模電第章波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換

第八章

波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換8.1正弦波振蕩電路8.2電壓比較器8.3非正弦波發(fā)生電路（自學(xué)）8.4利用集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路（自學(xué)）第四版童詩白第四版童詩白本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：1.重點(diǎn)掌握RC正弦波振蕩工作原理。2.重點(diǎn)掌握電壓比較器的傳輸特性。3.掌握非正弦波發(fā)生電路的原理。本章教學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)

8.1正弦波振蕩電路正弦波發(fā)生電路能產(chǎn)生正弦波輸出，它是在放大電路的基礎(chǔ)上加上正反饋而形成的，它是各類波形發(fā)生器和信號(hào)源的核心電路。正弦波發(fā)生電路也稱為正弦波振蕩電路或正弦波振蕩器。正弦波振蕩電路的振蕩條件RC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路石英晶體振蕩電路8.1.1概述一、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件正弦波振蕩電路就是一個(gè)沒有輸入信號(hào)的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大電路。AF=a+

f=2n→→振蕩條件幅度平衡條件

相位平衡條件

n=0,1,2．．．→動(dòng)畫二.起振和穩(wěn)幅滿足上述條件后，一旦電源接通，隨著時(shí)間增加輸出幅度增大。增大到一定程度后，放大電路中晶體管將進(jìn)入飽和或截至狀態(tài)，輸出正弦波將失真?！獞?yīng)采取穩(wěn)幅措施。起振的幅度條件是：三、正弦波振蕩電路的組成及分類組成：分類：RC正弦波振蕩電路，頻率較低，在1MHz以下。LC正弦波振蕩電路，頻率較高，在1MHz以上。石英晶體振蕩電路，頻率較高，振蕩頻率非常穩(wěn)定。（1）放大電路——沒有放大，不可能產(chǎn)生振蕩。 要保證電路具有放大功能（2）反饋網(wǎng)絡(luò)——形成正反饋，以滿足相位平衡條件（3）選頻網(wǎng)絡(luò)——以產(chǎn)生單一頻率的正弦波(RC、LC)（4）穩(wěn)幅電路——以保證輸出端得到不失真的正弦波四、判斷電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟判斷能否產(chǎn)生振蕩的一般方法和步驟：a.檢查電路的組成部分c.將電路在放大器輸入端斷開，利用瞬時(shí)極性法判斷電路是否滿足相位平衡條件b.檢查放大電路是否正常工作d.分析是否滿足振蕩產(chǎn)生的幅度條件。一般AF應(yīng)略大于18.1.2RC正弦波振蕩電路1.電路組成2.

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性3.振蕩電路工作原理4.穩(wěn)幅措施8.1.2RC正弦波振蕩電路RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路也稱RC橋式正弦波振蕩電路或稱文氏振蕩電路(Wien)電路組成：放大電路——集成運(yùn)放A；選頻與正反饋網(wǎng)絡(luò)——R、C串并聯(lián)電路；穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——RF與R組成的負(fù)反饋電路。圖8.1.7RC橋式正弦波振蕩電路圖8.1.4一、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)Z1Z2取R1=R2=R，C1=C2=C，令

則：得RC串并聯(lián)電路的幅頻特性為：相頻特性為：最大，F(xiàn)=0。0F01/3+90o-90o圖8..1.5二、振蕩頻率與起振條件1.振蕩頻率2.起振條件f=f0時(shí)，由振蕩條件知：所以起振條件為：同相比例運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)為即要求：三、振蕩電路中的負(fù)反饋(穩(wěn)幅環(huán)節(jié))引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，提高帶負(fù)載能力。反饋系數(shù)改變RF，可改變反饋深度。增加負(fù)反饋深度，并且滿足則電路可以起振，并產(chǎn)生比較穩(wěn)定而失真較小的正弦波信號(hào)。圖8.1.7反饋電阻RF采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻，均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)幅。穩(wěn)幅的其它措施電流增大時(shí)，二極管動(dòng)態(tài)電阻減小。電流減小時(shí)，動(dòng)態(tài)電阻增大，加大非線性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。在RF回路中串聯(lián)二個(gè)并聯(lián)的二極管四、孟振蕩耀頻率優(yōu)可調(diào)沉的RC橋式原正弦牧波振眨蕩電酷路用雙孔層波坡段開推關(guān)接軍不同響電容誓，作類為振中蕩頻雪率f0的粗調(diào)；用同歌軸電動(dòng)位器摘實(shí)現(xiàn)f0的微調(diào)。RC串、售并聯(lián)旬網(wǎng)絡(luò)笑中，旱如何只調(diào)節(jié)惜頻率愉？問題欄：如雜何提播高頻蛛率？動(dòng)畫av硬i\禾11栗-2慣.a飽vi8.哭1.禾3LC正弦形波振曲蕩電美路變壓器反饋式電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式分類LC正弦廊波振斑蕩電荒路可掠產(chǎn)生10杜00遵MH哨z以上這的正撤弦波宵信號(hào)濁，而未一般鋤運(yùn)放持頻帶晃較窄趣，高勝速運(yùn)厲放價(jià)錄格昂血貴，嬌所以LC振蕩護(hù)電路趣中的達(dá)放大這器一顧般采吐用分延離元誘件組持成。1.等效史阻抗一LC并聯(lián)冬諧振翼回路吼選頻蜂特性一般有則當(dāng)時(shí)，電路交諧振儲(chǔ)。為諧振頻率諧振斬時(shí)阻抗李最大蚊，且地為純隨阻性其中為品質(zhì)因數(shù)同時(shí)有即等效蚊損耗餐電阻2.頻率顆響應(yīng)一LC并聯(lián)腔諧振陶回路州選頻縫特性雖然詞波形摔出現(xiàn)辮了失奸真，餅但由潑于LC諧振莫電路嘉的Q值很善高，封選頻紙?zhí)匦园楹?，翅所以鴉仍能切選出0的正博弦波列信號(hào)斃。二變壓辨器反眾饋式LC振蕩亂電路1.電路烏結(jié)構(gòu)2.相位倉平衡嗎條件3.幅值熔平衡店條件4.穩(wěn)幅5.選頻通過選擇高值的BJT和調(diào)整變壓器的匝數(shù)比，可以滿足，電路可以起振。BJT進(jìn)入非線性區(qū)，波形出現(xiàn)失真，從而幅值不再增加，達(dá)到穩(wěn)幅目的。（定倘性分境析）注意:1、拴同名徑短況同雁相位異名主端獅反役相位2、優(yōu)掙點(diǎn)：f高，鑼易產(chǎn)燥生振仗蕩，協(xié)波形渣失真恒不大缺點(diǎn)清：損聽耗大吉，f0的穩(wěn)定帥性不忘高(+船)(-風(fēng))(+凱)(+士)(+輕)(+螺)(+將)(+宗)反饋滿足齊相位系平衡孤條件滿足痛相位襪平衡值條件反饋二變壓撿器反宏饋式LC振蕩段電路仍然有由LC并聯(lián)稀諧振昌電路喜構(gòu)成新選頻肆網(wǎng)絡(luò)A.若中雨間點(diǎn)慎交流窩接地蜘，則達(dá)首端鄭與尾彩端相位住相反饅。1.三點(diǎn)披式LC并聯(lián)冰電路電容三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式中間山端的推瞬時(shí)啞電位蜓一定斥在首薪、尾泥端電伐位之箱間。三點(diǎn)卷的相堵位關(guān)終系B.若首豬端或可尾端繪交流斜接地厚，則保其他后兩端相河位相主同。三三點(diǎn)田式LC振蕩喬電路2.電感偉三點(diǎn)栽式振吹蕩電劫路三三點(diǎn)局式LC振蕩安電路3.電容米三點(diǎn)悔式振訴蕩電聯(lián)路三三點(diǎn)聞式LC振蕩拘電路8.任2電壓泳比較串器1.電壓因比較案器將絕一個(gè)芽模擬聚量輸黎入電元壓與群一個(gè)貫參考絲式電壓露進(jìn)行網(wǎng)比較記，輸貍出只披有兩防種可脖能的匠狀態(tài)給：高欺電平稱或低星電平主。2.比較動(dòng)器中陽的集暴成運(yùn)襪放一洪般工層作在席非線咳性區(qū)富；處予于濁開魂環(huán)狀響態(tài)或新引入剝正反曾饋。3.分類或：單限標(biāo)比較挽器、半滯回濕比較蓮器及贈(zèng)窗口組比較準(zhǔn)器。8.削2.邀1概述4.比較南器是貢組成幼非正蹈弦波樓發(fā)生氣電路易的基例本單忠元，氏在測量帶、控罩制、D/同A和A/竹D轉(zhuǎn)換濕電路英中應(yīng)仇用廣主泛。一、跑電盞壓比沖較器欲的傳窩輸特懲性1.電壓豪比較姿器的獄輸出鑼電壓機(jī)與輸撞入端借的電裂壓之罰間函采數(shù)關(guān)棗系2.閾值電壓：UT當(dāng)比擦較器問的輸散出電余壓由她一種敬狀態(tài)珠跳變額為另呀一種短狀態(tài)仰所對塌應(yīng)的輸入噸電壓。3.電壓遮傳輸杏特性日的三難要素(1映)輸出振電壓尾的高仍電平UOH和低編電平UOL的數(shù)顛值。(2模)閾值假電壓燦的數(shù)續(xù)值UT。(3匆)當(dāng)uI變化膝且經(jīng)側(cè)過UT時(shí)，uO躍變垮的方物向。二、榮理想桃運(yùn)放靈的非青線性新工作撥區(qū)+UOMuOuP-uNO-UOM集成駐運(yùn)放行的電濾壓傳奴輸特宵性在電壓急比較聞器中軌，集膠成運(yùn)昂放不債是工災(zāi)作在造開環(huán)延狀態(tài)曠，就拿是工畏作在陵正反秋饋。8.滲2.驕2單限蘆比較徹器一、禽過零凱比較愁器由于啞理想益運(yùn)放態(tài)的開倘環(huán)差具模增灶益為妖無窮繁大，吵所以當(dāng)uI<病0時(shí)，uO=+UOM；當(dāng)uI>0時(shí)，uO=-UOM；過零離比較虹器的傳輸叛特性為：uIuO+UOM-UOMOUOM為集攀成運(yùn)貴放的竟最大壇輸出鋒電壓秋。閾值電壓：當(dāng)比哥較器把的輸憶出電搬壓由抄一種敵狀態(tài)殘?zhí)兛诪榱碓钜环N溪狀態(tài)山所對僚應(yīng)的劫輸入李電壓慶。圖8.階2.梁3++uiuoui0+UZ-UZ電路柳改進(jìn)晉：用穩(wěn)劈燕壓管夜穩(wěn)定習(xí)輸出擔(dān)電壓蛇。++uiuoUZRR′uoUZ電壓比較器的另一種形式

——將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上問題菠：過零誕比較背器如軋圖所垃示，這輸入蕉為正植負(fù)對疾稱的散正弦齡波時(shí)少，輸乞出波奮形是和怎樣璃的？傳輸鐮特性u(píng)IuO+UOpp

-UOppO+UZ-UZ將正弦販波變滴為矩村形波二、幻玉單限袖比較瓶器單限比較叢器有現(xiàn)一個(gè)咐門限拆電平陽，當(dāng)晉輸入渾電壓請等于亭此門肚限電以平時(shí)箏，輸災(zāi)出端環(huán)的狀喂態(tài)立辦即發(fā)吹生跳抄變。當(dāng)輸北入電傳壓uI變化播，使張反相響輸入艷端的零電位奧為零邊時(shí)，罩輸出變端的碰狀態(tài)儉將發(fā)夏生跳忽變，蹲門限過電平退為：uIuO+UOM-UOMO+UZ-UZ過零比較矩器是而門限姓電平銳為零恥的單身限比雷較器販。圖8.蒙2.梅7存在干擾時(shí)單限比較器的uI、uO波形單限奪比較曲器的作用：檢傻測輸繡入的喜模擬采信號(hào)銹是否捐達(dá)到她某一聞給定贈(zèng)電平袖。缺點(diǎn)：抗稈干擾歷能力兼差。解決亂辦法：采用鴿具有滯回傳輸丙特性企的比白較器競。電壓什比較邀器分姥析方于法小肥結(jié)（1）由報(bào)限幅笛電路段確定烘電壓釋比較素器的怎輸出冬高電由平UOH和輸虛出低促電平UOL。（2）寫餐出up和uN的電惜位表租達(dá)式隊(duì)，令up=uN，解得斗輸鍛入電步壓就苦是閾狂值電牌壓UT。（3）u0在uI過UT時(shí)的浩躍變陽方向墊決定堪于作縣用于型集成財(cái)運(yùn)放濤的哪解個(gè)輸廳入端書。當(dāng)uI從反喬向輸止入端車輸入衫時(shí)，uI<UT,u0=U0H;護(hù)uI>UT,u0=U0L。反之金，結(jié)迎論相戒反。[例8.劍2.為1]在圖8.槽2.且6所示親電路舞中，UZ=±6V，在圖8.漸2.嫂7中所缺示電光路中岸，R1=歸R2=5廟kΩ，基準(zhǔn)屢電壓URE噴F=2痕V，穩(wěn)壓施管的呈穩(wěn)定其電壓UZ=±5V；它們述的輸革入電策壓均瞎為圖8.哀2.忘8（a）所示呼的三勿角波帝。試序畫出我圖8.旅2.瞎6所示董電路撈的輸旱出電毛壓u01和圖8.顯2.濱7所示旁電路刪的輸生出電艦壓u02解圖8.掀2.漆6為過拳零比熄較器圖8.店2.挺7為一甲般單津限比沙較器皂。圖8.鵲2.嘴8例8.燃2.課1波形僻圖R1R28.繡2.紋3滯回士比較局器一、傭從反相輸入籮端輸談入的副滯回舞比較處器電右路計(jì)算珍閾值烏電壓UT電壓襪傳輸膠特性u(píng)o從+UZ躍變析到-UZ的閾值輛電壓戚為+UTuo從-UZ躍變置到+UZ的閾值嗽電壓圾為-UTuI在-UT與+UT之間角增加急或減登小,uO不發(fā)飼生變倉化[例8.嚴(yán)2.誤2]已知嗎輸入銷波形擇和電璃壓傳逗輸特勉性，脂分析怖輸出登電壓狂的波救形。圖8.雷2.虧11例8.務(wù)2.眾2波形拾圖±UZ＝±9V圖8.2.9滯回比較器電路uO/Vt0+9-9二.加上斬參考志電壓因后的張遲滯籃比較棉器加上扣參考哨電壓煮后的蝴上下暫限：－++uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL例：R1=1芳0k，R2=2量0k，UOM=1傾2V，UR=9掏V當(dāng)輸北入ui為如滅圖所隨示的魯波形稀時(shí)，固畫出就輸出uo的波頸形。－++uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL5V10Vuit0首先豈計(jì)算藝上下綱門限顧電壓味：－++uoRR2R1uiUR+UOM-UOM根據(jù)駁傳輸裹特性上畫輸乳出波咬形圖露。－++uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHULuiuott10V5V002VURE田F為參涼考電猴壓；轎；uI為輸膨入電肢壓；駕輸出修電壓uO為+UZ或-UZ。當(dāng)uP=uN時(shí)，蠶輸出斃電壓饒的狀藥態(tài)發(fā)燦生跳吩變。比較研器有魄兩個(gè)除不同娘的門距限電畫平，取故傳騰輸特疑性呈圖滯回圈形狀低。+UZuIuO-UZOUT-UT+圖8.光2.湯10滯回壩比較毫器二、牲加了大參考冷電壓盼的滯回萌比較紋器a.反相遲輸入盡滯回籠比較炒器臨界狀態(tài)下有:vI-+AR2vOR1R3±VZVRvNvP二、慕加了椅參考功電壓副的滯回撤比較丘器當(dāng)vI從VT-逐漸方增大乓，增簡大到vI≥VT+時(shí)，vo=-VzvP=VT-當(dāng)vI<VT-時(shí)，vo=+VzvP=VT+當(dāng)vI從VT+逐漸沖減小，減小陳到vI≤VT-時(shí)，vo=+VzvP=VT+(VR=0V)vI-+AR2vOR1R3±VZVRvNvP滯回定比較突器輸入輸出波形VT+VT-(VREF=0V)臨界狀態(tài)下有:b.同相辰滯回累比較屯器vI-+AR2vOR1R3±VZVRvPvN同相號(hào)滯回謎比較副器電逮壓傳惑輸特唱性VT+VT-(VREF=0V)vRVT+VT-vIvOVOHVOL滯回歷比較扯器應(yīng)犯用為了塊提高堆簡單終電壓恐比較諷器的覽抗干孟擾能犧力滯回娛比較炸器應(yīng)債用正弦喚波變哨換為承矩形牲波拾有填干擾溝正弦自波變值換為亦方波設(shè)R1=R2，則有志：當(dāng)vI＞VH時(shí)，vO1為高電勝平，D3導(dǎo)通樸；vO2為低電勉平,著D4截止炎，vO=vO1=VOH。8.投2.踢4窗口需比較鍛器能檢逐測出娃輸入攤電壓翻是否到在二劫個(gè)電捎壓之平間窗口懲比較久器當(dāng)VH＞vI＞VL時(shí)，vO1為低懲電平板，vO2為低果電平漲，D3、D4截止側(cè)，vO為0V；傳輸特性當(dāng)vI＜VL時(shí)，vO2為高繡電平忍，D4導(dǎo)通攪；vO1為低乓電平揭，D3截止說，vO=vO2=VOH。分別墊求解井如圖碰所示抗各電滲路的芳電壓擦傳輸銳特性已知販三個(gè)拐電壓躁比較庭器的箭電壓埋傳輸奇特性蜓分別績?nèi)鐖D則試畫無出uO1、uO2和uO3的波塊形。8.艦2.狡5集成診電壓涌比較總器一、稠集成案電壓挑比較同器的戒主要座特點(diǎn)哲和分隊(duì)類：1.具有慶較高銳的開懶環(huán)差蛙模增勻益；2.具有矩較快瓣的響寫應(yīng)速伶度；3.具有姐較高事的共隙模抑偉制比決和允炒許共緒模輸厚入電轉(zhuǎn)壓較基高；4.具有栽較低款的失治調(diào)電百壓、納失調(diào)爪電流原及較存低的越溫漂雅。分類鐘：單、聯(lián)雙和輸四電荷壓比縮慧較通用菠型、掃高速復(fù)型、號(hào)低電貼壓型妹和高棄精度陵型普通燙、集遙電極血（或伐漏極膨）開請路輸花出或嚼互補(bǔ)剝輸出防型二、敘集成盤電壓窮比較米器的返基本就接法1.通用獲型集地成電妙壓比策較器AD砌79縫0引腳圖+12V單電源供電，邏輯電源為5V。±5V雙電源供電，邏輯電源為5V。±15V雙電源供電，邏輯電源為5V。2.集電狀極開際路集廚成電吵壓比潑較器LM摧11獄9金屬騙封裝泛的管旗腳圖反相輸入2同相輸入2電路鉤為雙鴿限比愧較器室，能鉤實(shí)現(xiàn)珍線與股功能圖8.識(shí)2.盯16由LM搏11拴9構(gòu)成庭的雙滴限比合較器燃及其莖電壓軌傳輸非特性8.銜3非正綿弦波犯發(fā)生圾電路非正羽弦波：矩形墊波、海三角互波、警尖頂怪波和雹階梯宮波等圖8.豪3.船1幾種瓜常見哨的非選正弦遭波8.秋3.鋸1矩形嘩波發(fā)吊生電眼路一、負(fù)電路膽組成RC充放青電回悠路滯回比較捕器圖8.3.2滯回精比較眨器：億集成梨運(yùn)放孩、R1、R2；充放電際回路秧：R、C；（延遲僚環(huán)節(jié)暈、反姻饋網(wǎng)眉絡(luò)）鉗位電路票：VDZ、R3。（穩(wěn)幅禮環(huán)節(jié)瓣）動(dòng)畫av沿i\泳14塵-1圾.a傲vi二、遙工作拉原理設(shè)t繳=0時(shí)，uC=0，uO=紛+UZ則tOuCOuOtu+u-當(dāng)u-=uC=u+時(shí)，t1t2則當(dāng)u-=uC=u+時(shí)，陜輸出太又一遣次跳遭變，uO=抄+UZ輸出嘆跳變龍，uO=-UZ圖8.捐3.磨4三、煮振蕩焰周期電容苦的充帽放電蠅規(guī)律賢：對于幣放電砍，解得：結(jié)論第：改刮變充培放電母回路糞的時(shí)鞋間常陡數(shù)及砌滯回竹比較雕器的魚電阻浙，即蜻可改垃變振定蕩周秤期。t1t2tOuCOuOtt3圖8.3.4振蕩凡頻率f=柔1/屈T四、上占空棟比可撐調(diào)的吼矩形剩波發(fā)睛生電碰路圖8.3.5a使電吩容的寄充、研放電吼時(shí)間琴常數(shù)同不同順且可秘調(diào)，碌即可改使矩竹形波趣發(fā)生姨器的亭占空剖比可辮調(diào)。tOuCuOtOT1T2T充電來時(shí)間T1放電拒時(shí)間T2占空比D圖8.賠3.藏5b8.首5.歉2三角店波發(fā)匆生電獅路一、福電路袍組成圖8.淡3.夏6采用踢波形凱變換益的方營法得甜到三抖角波uO1為方封波電路悔分析uO2為三角玻波二、挖工作唐原理當(dāng)u+=u-=連0時(shí)，寺滯回臥比較還器的釘輸出翻發(fā)生伍跳變肢。圖8.呀3.非8實(shí)用劈燕電路左邊哪是同惱相輸球入滯柄回比丈較器伍右邊始為反煮向積肉分運(yùn)梅算電始路圖8.3.7R3R4傳輸壤特性+UT-UT+UZ-UZuOuI二、止工作何原理OuO1tOuOt當(dāng)u+=u-=努0時(shí)，個(gè)滯回聽比較趙器的出輸出睛發(fā)生慢跳變氏。圖8.鉤3.娃9圖8.3.7R3R4設(shè)t=鴨0時(shí)，uO1=哥+UZu0=些0三、然輸出豎幅度聲和振庫蕩周繩期解得芳三角傅波的輸出掃幅度當(dāng)u+=u-=抽0時(shí)，uO1跳變齊為-UZ，uO達(dá)到滔最大齡值Uom。振蕩影周期調(diào)節(jié)果電路催中的R1、R2、R3阻值顆和C的容闊量，救可改槍變振裁蕩頻增率，抽調(diào)節(jié)R1、R2的阻鐮值，數(shù)可改貓變?nèi)探遣◣r的幅卸值。圖8.3.10a8.聽5.湯3鋸齒量波發(fā)亭生電餅路一、洪電路暴組成OuO1tOuOtT1T2T二、脈輸出百幅度究和振則蕩周努期圖8.