模拟电子技术基础6章.pptx

会计学1模拟电子技术基础模拟电子技术基础6章章基本要求（1 1）掌握掌握电路产生正弦波振荡的幅值平衡条件和相位平衡条件，电路产生正弦波振荡的幅值平衡条件和相位平衡条件，以及以及RCRC桥式正弦波振荡电路的组成、起振条件和振荡频率。理桥式正弦波振荡电路的组成、起振条件和振荡频率。理解它们的振荡频率与电路参数的关系。并能够根据相位平衡条件解它们的振荡频率与电路参数的关系。并能够根据相位平衡条件正确判断电路是否可能产生正弦波振荡。正确判断电路是否可能产生正弦波振荡。（2 2）理解典型电压比较器的电路组成、工作原理和性能特点）理解典型电压比较器的电路组成、工作原理和性能特点（3 3）理解由集成运放构成的矩形波、三角波和锯齿波发生电路的）理解由集成运放构成的矩形波、三角波和锯齿波发生电路的工作原理、波形分析和有关参数。工作原理、波形分析和有关参数。（4 4）了解信号转换电路的工作原理。）了解信号转换电路的工作原理。第1页/共42页波形发生电路：它是一种不需外施激励就能将直流电源提供的能量转换成一定它是一种不需外施激励就能将直流电源提供的能量转换成一定频率、一定幅值的交流能量输出的电路。频率、一定幅值的交流能量输出的电路。分为分为：正弦波发生电路、非正弦波发生电路：正弦波发生电路、非正弦波发生电路信号的转换电路：信号的转换电路：电压信号电压信号电流信号电流信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号电压信号电压信号频率与之成正比的脉冲信号频率与之成正比的脉冲信号第2页/共42页6 61 1正弦波振荡器的基本原理正弦波振荡器的基本原理6.1.16.1.1 自激振荡的自激振荡的平衡平衡条件条件（正弦波振荡电路框图）平衡平衡条件条件to在在1 1处接入处接入 的正弦信号的正弦信号将将1 1、2 2连接在一起连接在一起=0不考虑反馈时，不考虑反馈时，toto+12第3页/共42页振幅平衡条件（n=0、1、2）相位平衡条件6.1.2 起振条件（振荡的建立）uo=f(ud)uf=Fuoououd(uf)接通电源瞬间ud1ud1 uo1 uo1uf1(ud2)uf1(ud2ud1)A在一个正弦波振荡电路中只有在一个频率(fo)下满足相位平衡条件。第4页/共42页6.1.3 6.1.3 正弦波振荡电路的组成与分类正弦波振荡电路的组成与分类1.1.正弦波振荡电路的正弦波振荡电路的组成组成（1 1）放大电路放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。（2 2）选频网络选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。荡，即保证电路产生正弦波振荡。（3 3）正反馈网络正反馈网络：引入正反馈，满足相位平衡条件。：引入正反馈，满足相位平衡条件。（4 4）稳幅环节稳幅环节：即非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。：即非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。2.2.正弦波振荡电路的分类正弦波振荡电路的分类 RCRC正弦波振荡电路正弦波振荡电路LCLC正弦波振荡电路正弦波振荡电路(f f 1MHz)1MHz)石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路(f f 1MHz)1MHz)第5页/共42页6.1.46.1.4 正弦波振荡的分析步骤正弦波振荡的分析步骤1.1.观察电路是否包含了正弦波振荡四个组成部分观察电路是否包含了正弦波振荡四个组成部分。2.2.判断放大电路是否能正常工作，即是否有判断放大电路是否能正常工作，即是否有合适合适的的静态静态工作点。工作点。4.4.判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件，判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件，3.3.利用瞬时极性法判断利用瞬时极性法判断+-+-若引入若引入正正反馈，则满足相位平衡条件。反馈，则满足相位平衡条件。第6页/共42页62 RC正弦波振荡电路R1C1 RFRR2C26.2.1 6.2.1 RCRC串并联网络选频特性串并联网络选频特性RC+-0RC+-0低频时低频时高频时高频时第7页/共42页RRCC+-整理可得整理可得代入上式，得幅频特性相频特性相频特性ff0+900fF-90000f0令令第8页/共42页6.2.26.2.2 RCRC桥式振荡电路的工作原理桥式振荡电路的工作原理RRCC ARFR满足相位平衡条件满足相位平衡条件1.1.振荡频率振荡频率2.2.起振条件起振条件3.3.稳幅措施稳幅措施采用热敏电阻的稳幅方法采用热敏电阻的稳幅方法温度升高温度升高选用负温度系数电阻选用负温度系数电阻选用正温度系数电阻选用正温度系数电阻第9页/共42页采用二极管稳幅方法采用二极管稳幅方法 例例 图示电路中，图示电路中，A A为理想运放，其最大输出电压为为理想运放，其最大输出电压为14V14V。（。（1 1）图中图中D D1 1 、D D2 2作为稳幅元件，是分析其稳幅原理；（作为稳幅元件，是分析其稳幅原理；（2 2）设电路已）设电路已产生稳幅正弦波振荡，当输出电压达到正弦波峰值时，二极管正产生稳幅正弦波振荡，当输出电压达到正弦波峰值时，二极管正向压降略为向压降略为0.60.6V V。试粗略估算出输出电压峰值；（。试粗略估算出输出电压峰值；（3 3）试定性说）试定性说 明因不慎使明因不慎使R R2 2短路时，输出电压的波短路时，输出电压的波 形；（形；（4 4）定性定性说明因不慎使说明因不慎使R R2 2开路开路 时，输出电压的波形。（标明振幅）时，输出电压的波形。（标明振幅）RRCC AD2R15.1KD1R3R210K2.7K9.1K0.015F解：（1）当当u uo o很小时，很小时，有利于起振有利于起振D D1 1 、D D2 2截止（开路）截止（开路）第10页/共42页RRCC AD2R15.1KD1R3R210K2.7K9.1K0.015F当uo幅值较大时，uo0，D2导通uo 0，D1导通使使u uo o幅值趋于稳定。幅值趋于稳定。（2）第11页/共42页（3）当R2=0时，（4）当R2=时，otuo14V-14VRRCC AD2R15.1KD1R3R210K2.7K9.1K0.015F第12页/共42页例 试用相位平衡条件，判断图示电路能否振荡。解：在T1射极加 的信号+-uiCRRe2Re1RC2RC1RbRCT1T2Vccuf+-不满足相位平衡条件，不能产生振荡。不满足相位平衡条件，不能产生振荡。第13页/共42页CRRe2Re1RC2RC1Rb1RCT1T2Vcc(a)+-ufui+-在T1基极加 的信号不满足相位平衡条件，VccCReRRC2RbT1T2RC-Vee(b)+-ufui+-在T1基极加 的信号满足相位平衡条件，满足相位平衡条件，不能产生振荡。能产生振荡。能产生振荡。第14页/共42页6363 LC LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路6.3.1 6.3.1 LCLC并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性CLR谐振角频率谐振角频率品质因数品质因数谐振频率谐振频率当Q1时，第15页/共42页在谐振频率附近，在谐振频率附近，0Q1Q2+900-900Q2Q10第16页/共42页6.3.2 6.3.2 变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路1.1.电路组成电路组成C CR Rb2b2Rb1R Re eC Ce e+V VCCCCT TC Cb bRLN N2 2N1-+P P+-u ui i+-2.2.振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件当当Q Q 11时，振荡频率时，振荡频率起振条件起振条件第17页/共42页(1)(1)电路组成电路组成(2)(2)工作原理工作原理(3)(3)振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件反馈系数反馈系数6.3.3 6.3.3 三点式三点式LCLC振荡电路振荡电路1.1.电感式电感式LCLC振荡振荡电路电路+-u ui iRb2Rb1ReCe+VCCTCbRL+CL1L2+-u uf f第18页/共42页2.2.电容三点式电容三点式LCLC振荡电路振荡电路(1)电路组成(2)(2)工作原理工作原理(3)(3)振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件+-u uf fR Rb2b2R Rb1b1R Re eC Ce e+V VCCCCT TC Cb bR Rc cC C2 2C C1 11 1+L L2 23 3(4)(4)电容三点式改进电路电容三点式改进电路R Rb2b2R Rb1b1R Re eC Ce e+V VCCCCT TC C3 3R Rc cC C2 2C C1 1L LC Co oC Ci iC CC CC C1 1，C CC C2 2第19页/共42页6 65 5 电压比较器电压比较器6.5.1 6.5.1 概述概述1.1.概念：概念：输入：模拟量输入：模拟量u ui i;参考电压：参考电压：（直流）直流）U UREFREF;输出：输出：u uo o=0(0(U UoLoL)1 1(U UoHoH)2.2.传输特性传输特性3.3.阈值电压阈值电压 使使u uOO从从U UOHOH跃变为跃变为U UOLOL，或者从，或者从U UOLOL跃变为跃变为U UOHOH的输入电压称为的输入电压称为电压进行比较，其结果是输出两个不同的电平。高电平和低电平。电压进行比较，其结果是输出两个不同的电平。高电平和低电平。是一种模拟信号处理电路。它是将输入的模拟电压与参考是一种模拟信号处理电路。它是将输入的模拟电压与参考阈值电压，或转折电压，记作阈值电压，或转折电压，记作U UT T。第20页/共42页4.4.电压比较器结构特点电压比较器结构特点 AuOu+u-AuOu+u-正反馈通路uOUOM-UOM0u+-u-5 5.电压比较器的种类电压比较器的种类（1 1）单限比较器）单限比较器uOUOHUOL0uI（2 2）滞回比较器）滞回比较器（3 3）窗口比较器）窗口比较器uOUT-UT+0uIuOUOHUOL0uIUT-UT+第21页/共42页6.5.2 6.5.2 单门限比较器单门限比较器1.1.一般的单门限比较器一般的单门限比较器 A Au uO Ou uI IU UREFREF+UOm-UOm2.2.过零比较器过零比较器 AuOuI+UOm-UOmuO0uIU UREFREF=0=0 AuOuIDZUZR AuOuIDZR第22页/共42页3.3.任意电平比较器任意电平比较器 AuOuIDZUZR2R1RUREFuOuO+UZ-UZ0uIUT利用叠加原理，利用叠加原理，当当 u u-u u+时，时，所以所以u u OO=+U+UOMOM ，所以所以u u OO=-U-UOMOM ，u uOO=U UOHOH=+=+U UZ Z ；u uOO=U UOLOL=-=-U UZ Z 。u+=0第23页/共42页分析电压传输特性三个要素的方法分析电压传输特性三个要素的方法 (1)(1)通过电压比较器通过电压比较器结构结构确定确定U UOLOL和和U UOHOH ；(2)(2)写出写出u u+和和u u-的表达式，的表达式，令令u u-=u u+，解得的，解得的输入电压输入电压就是阈值电就是阈值电压压U UT T ；(3)(3)u uOO在在u ui i过过U UT T时的跃变方向决定于时的跃变方向决定于u ui i作用于集成运放的哪个输入作用于集成运放的哪个输入端。端。当当u ui i从反相输入端输入（或通过电阻接反相输入端）时，从反相输入端输入（或通过电阻接反相输入端）时，u uI I U UT T ，u uOO=U UOLOL ；当当u uI I从同相输入端输入（或通过电阻接同相输入端）时，从同相输入端输入（或通过电阻接同相输入端）时，u ui i U UT T ，u uOO=U UOHOH 。第24页/共42页 例例 在图（在图（a a）所示的电路中，稳压管的稳定电压）所示的电路中，稳压管的稳定电压U UZ Z=6V=6V；在图；在图（b b）所示电路中，）所示电路中，R R1 1=R R2 2=5k=5k，基准电压，基准电压U UREFREF=2V=2V，稳压管的稳，稳压管的稳定电压定电压U UZ Z=5V=5V ；它们的输入电压为图（；它们的输入电压为图（c c）所示的三角波。试画）所示的三角波。试画出图（出图（a a）所示电路的输出电压）所示电路的输出电压U UO1O1和图（和图（b b）所示电路的输出电压）所示电路的输出电压U UO2O2。uI/V50-5t图(c)解：图解：图(a)(a)为过零比较器。为过零比较器。AuOuIDZR图(a)当当u uI I0 00时，时，u uO1O1=-=-U UZ Z=-6V =-6V。6uo1/Vt0-6第25页/共42页5-5t0uo2/VuI/V50-5t-2 AuOuIDZUZR1R2RUREFuO图(b)当当u uI I-2V2V2V时，时，u uO1O1=-=-U UZ Z=-5V =-5V。特点：结构简单，灵敏度高；特点：结构简单，灵敏度高；抗干扰能力差，易造成电路误动作。抗干扰能力差，易造成电路误动作。第26页/共42页6.5.3 6.5.3 迟迟滞比较器滞比较器令令u u+=u u-，求出阈值电压，求出阈值电压u-=ui，uO=UZ；uO0ui设设t t=0=0时，时，u uOO=+=+U UZ Z ，当当u ui iU UT+T+，u ui i U UT+T+时，时，UT-UT+u u+=U UT-T-。u ui i U UT-T-时，时，当当u ui iU UT-T-，u u+=U UT+T+。重复上述过程重复上述过程u u+=U UT+T+；u uOO=+=+U UZ Zu uOO=-=-U UZ Z ，u uOO=-=-U UZ Z ，u uOO=+=+U UZ Z，AuOuiDZUZR1RFRUREFR2回差电压衡量抗干扰能力的强弱越大，抗干扰能力越强，但灵敏度差。第27页/共42页例 在图（a）所示的电路中，已知R1=50k，R2=100k，稳压管的稳定电压UZ=9V，输入电压uI的波形如图（b）所示，试画出uO的波形。AuOuIDZUZR1R2R图图（a）3-3uI/V0t图图（b）9-9uO/V0t解：解：uO9-90uI+3-3第28页/共42页6.5.4 6.5.4 窗口比较器窗口比较器uOuiD1 A1D2R1 A2+URHURLuO1uO2R2DZ设设U URHRH U URLRL ，R R1 1 、R R2 2和和D DZ Z构成限幅电路。构成限幅电路。当当u ui i U URHRH，当当u ui i U URLRL，当当U URLRL u uI I U URHRH，u uO1O1=u uO2O2=-=-U UOmOm，UzURLURHuO0uiD D1 1导通，导通，D D2 2截止，截止，D D1 1截止，截止，D D2 2导通，导通，D D1 1和和D D2 2均截止，稳压管截止，输出电压均截止，稳压管截止，输出电压u uOO=0=0u uo1o1=+=+U Uomom，u uo2o2=-=-U Uomom 。u uo1o1=-=-U Uomom，u uo22o22=+=+U Uomom 。u uOO=U UZ Zu uOO=U UZ Z第29页/共42页例例：电路如图所示，：电路如图所示，A A1 1、A A2 2为理想运放，二极管为理想运放，二极管D D也是理想器件，也是理想器件，R Rb b=51K,=51K,R RC C=5.1K=5.1K,三极管的三极管的=50,U=50,UCESCES=0,I=0,ICEOCEO=0=0,试求（试求（1 1）当）当u ui i=1V1V时时u uo o=？（？（2 2）当）当u ui i=3V=3V时，时，u uo o=?(3)=?(3)u ui i=5sint=5sint时，试画出时，试画出u uo1o1，u uo2o2和和u uo o的波形的波形 A1uOuIDRbRc A A2 26VUREF=2VuO1uO22K2K12V-12V12V-12V第30页/共42页6 66 6 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路6.6.1 6.6.1 方波发生器方波发生器1 1、电路结构及工作原理电路结构及工作原理 AuO u-(uC)DZUZR1R2R3RCRCRC电路（起反馈延迟作用）电路（起反馈延迟作用）迟滞比较器（起开关作用）迟滞比较器（起开关作用）uO+UZ-UZ0uIUT+UT-设设t t=0=0时，时，u uc c(0)=0(0)=0 ，u uo o=U Uz zUT+C C被充电被充电u uc c,第31页/共42页uot0uC0tUT-UT+-UZ+UZuO+UZ-UZ0uIUT+UT-随后随后C C放电放电uc,AuO uN(uC)DZUZR1R2R4R3C重复上述过程2.波形分析及主要参数占空比占空比：TkT第32页/共42页3.3.占空比可调的矩形波电路占空比可调的矩形波电路 AuO uN(uC)DZUZR1R2R3RCRW1D1D2RW2uC0-UTtuot0+UT-UZ+UZT1T2当当u uOO=+=+U UZ Z时，对电容时，对电容C C充电充电，当当u uOO=-=-U UZ Z时，电容时，电容C C放电，放电，第33页/共42页6.6.2 6.6.2 三角波发生电路三角波发生电路1 1、电路的组成电路的组成令令u u1+1+=u u1-1-=0=0，积分电路的输入电压积分电路的输入电压u uO1O1=U UZ Z ，同相输入滞回比较器同相输入滞回比较器积分运算电路积分运算电路 A1uO1DZUZR1R2R3 A2R5uOR4Cu1+2 2、工作原理工作原理所以所以或或即即第34页/共42页uO+UZ-UZ0uI+UT+UT-uot0uO10t+UZ-UZUT-UT+A1uO1DZUZR1R2R3 A2R5uOR4Cu1+设设t t=0=0时，时，u uo1o1从从-U Uz z U Uz z第35页/共42页3 3、振荡频率及三角波输出幅值振荡频率及三角波输出幅值积分电路正向积分时，积分电路正向积分时，uO10tuot0+UZ-UZUT-UT+（1）幅值（2 2）频率频率起始值为起始值为U UT-T-，u uO1O1=-=-U UZ Z ，为二分之一周期。为二分之一周期。终了值为终了值为U UT+T+，积分时间积分时间第36页/共42页 A1uO1DZUZR1R2R3 A2RuOCRWR4D1D26.6.3 锯齿波发生电路uO1tuot0+UZ-UZUT-UT+t1t2T2t0T1 当当u uO1O1=-=-U UZ Z时，时，当当u uO1O1=+=+U UZ Z时，时，D D1 1导通，导通，D D2 2截止。截止。D D2 2导通，导通，D D1 1截止。截止。第37页/共42页6.6.4 6.6.4 压控振荡器压控振荡器 A2uO1-UR3R2 A1RuOCCDZS+UR1uO0t+UZ-UZuot0UT-UT+设t=0时，uo=Uzu uo o为为高高电平时开关置电平时开关置U U端端；反之置；反之置-U U端。端。uO+UZ-UZ0uI+UT+UT-u uo o=-=-U Uz zu uo o=U Uz z重复上述过程。重复上述过程。第38页/共42页课堂练习课堂练习 1 1.由运放组成的电路如图所示，求输出由运放组成的电路如图所示，求输出u uo1o1、u uo o的表达式。的表达式。2.2.如图所示电路为波形发生电路，是说明它是由那些单元电路如图所示电路为波形发生电路，是说明它是由那些单元电路组成的，各起什么作用，并定性画出组成的，各起什么作用，并定性画出u uo1o1、u uo2o2、u uo3o3各点的波形，各点的波形，R R1 1取值的范围。取值的范围。A1+-uI1R1R2uO1uI2RfC A2R3R4uO A3R3R4uO3RC RfR1RC uO1DZR2CuO2A2A110K20K0.110K10K1第39页/共42页1 1.由运放组成的电路如图所示，求输出由运放组成的电路如图所示，求输出u uo1o1、u uo o的表达式。的表达式。A1+-uI1R1R2uO1uI2RfC A2R3R4uOA A1 1为电压跟随器为电压跟随器A A2 2为积分电路为积分电路第40页/共42页 A3R3R4uO3RC RfR1RC uO1DZR2CuO2A2A110K20K0.110K10K12.2.如图所示电路为波形发生电路，是说明它是由那些单元电路如图所示电路为波形发生电路，是说明它是由那些单元电路组成的，各起什么作用，并定性画出组成的，各起什么作用，并定性画出u uo1o1、u uo2o2、u uo3o3各点的波形，各点的波形，R R1 1取值的范围。取值的范围。A A1 1为正弦波振荡电路为正弦波振荡电路A A2 2为过零比较器为过零比较器A A3 3为积分电路为积分电路uo1uo2uo3第41页/共42页