第八章波形产生与变换电路精选文档.ppt

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1、第八章波形产生与变换电路本讲稿第一页，共五十一页1.电路结构电路结构8.1.18.1.1方波发生器方波发生器下行的迟滞比较器，输出经积下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的输分电路再输入到此比较器的输入端。入端。上下限上下限:+RR1R2Cucuo8.1 信号发生电路信号发生电路本讲稿第二页，共五十一页2.工作原理：工作原理：(1)设设 uo=+UOM,此时，输出给此时，输出给C 充电充电,uc 则：则：u+=U+H+RR1R2C+ucuo0tuoUOM-UOMucU+H0t一旦一旦 uc U+H,就有就有 u-u+,在在 uc U+H 时，时，u-RwcUOMuo0t-UOM本讲

2、稿第八页，共五十一页反向积分器反向积分器方波发生器方波发生器8.1.2 三角波发生器三角波发生器矩形波经积分电路便可产生三角波，但是矩形波经积分电路便可产生三角波，但是此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。让积分器饱和。+R1R3R4C1uc_uo-+C2R5R2三角波发生器电路三角波发生器电路1:1:本讲稿第九页，共五十一页 三角波发生器三角波发生器(续续)UOMuo10t-UOM+R1R3R4C1uc_uo-+C2R5R2uo1本讲稿第十页，共五十一页反相积分器反相积分器上行的迟滞上行的迟滞比较器比较器+A1A2uouo1R02R01

3、RCR2R1特点特点:由由上行的迟滞比较器上行的迟滞比较器和和反相积分器反相积分器级联构成级联构成,迟迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入滞比较器的输出作为反相积分器的输入,反相积分器的反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入输出又作为迟滞比较器的输入.三角波发生器电路三角波发生器电路2:2:本讲稿第十一页，共五十一页+uoRR2R1ui上下门限电压上下门限电压上行的迟滞比较器上行的迟滞比较器U+HU+Luoui0Uom-Uom反相积分器反相积分器ui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uomuo-+CRRui回顾回顾:本讲稿第十二页，共五十一页+A1A2uouo1R02R01RCR2R1(1)设

4、设t=0时时,uo1=+UOM,uc(0)=0,uo=0u1+u1+=o212uRRR+o1211uRRR+=OM211URRR+u1-=0,uo1保持保持+UOMUOMuo10t-UOM三角波发生器电路三角波发生器电路2 2(续续):本讲稿第十三页，共五十一页+A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+(2)t=0 t1:uo1(0)=+UOM,uo(0)=0 -=dtuRC1uo1o=-OMURCtt=t1:uo(t=t1)=OM21LURRU-=+uo1从从+UOM -UOMt1UOMuo10t-UOMU+LU+Huo(a)(b)21RCRRt1=将将(b)式式代入代入(a)式式,

5、可解可解出出:三角波发生器电路三角波发生器电路2 2(续续):本讲稿第十四页，共五十一页+A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+(3)t=t1 t2:uo1(t1)=-UOM,uo(t1)=U+L t=t2:uo(t=t2)=OM21HURRU=+uo1从从-UOM +UOM21RCRRt2=3可解出可解出:UOMuo10t-UOMt1U+LU+Huo=uo(t1)u-dt=uRC1o1o+OMURC(t-t1)OM21URR-t1tt2三角波发生器电路三角波发生器电路2 2(续续):本讲稿第十五页，共五十一页(4)t=t2 t3:uo1(t2)=+UOM,uo(t2)=U+H t=

6、t3:uo(t=t3)=OM21+LURRU=-=-uo1从从+UOM -UOM21RCRRt3=5可解出可解出:=uo(t2)u-dt=uRC1o1o-OMURC(t-t2)OM21URRt2t+A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+UOMuo10t-UOMt1U+LU+Huot2三角波发生器电路三角波发生器电路2 2(续续):t3本讲稿第十六页，共五十一页+A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+三角波发生器电路三角波发生器电路2 2(续续):UOMuo10t-UOMt1U+LU+Huot2t321RCRR三角波周期三角波周期:T=2(t2-t1)=4T21RCRRt1=

7、21RCRRt2=3t3=521RCRR三角波频率三角波频率:f=1/T本讲稿第十七页，共五十一页改型电路改型电路1调整电位器调整电位器RW可以使三角波上下移动可以使三角波上下移动,而且而且使三角波正负半周时间不相等使三角波正负半周时间不相等.+A1A2uouo1R02R01RCR2R1+E-ERW本讲稿第十八页，共五十一页改型电路改型电路2tuoT1T2+R2R1-+RR2CuoRUo1被嵌位被嵌位于于UzR决定决定T2,R决定决定T1本讲稿第十九页，共五十一页uottuoT1T2当当R=0时时+R2R1-+RR2CuoRT1变为变为0三角波发生器三角波发生器,锯齿波发生器锯齿波发生器本讲稿

8、第二十页，共五十一页8.3.1 产生自激振荡的原理产生自激振荡的原理fidXXX-=改成正反馈改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自激振荡。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+dXoXfX8.3 正弦波振荡器正弦波振荡器+本讲稿第二十一页，共五十一页如果：如果：,ifXX=则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FdXoXfX反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+dXoXfX本讲稿第二十二页，共五十一页fidofdooX

9、XXXFXXAX+=FAAXXAooiof-=1基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+dXoXfX自激振荡条件的推导自激振荡条件的推导本讲稿第二十三页，共五十一页自激振荡条件的推导（续）自激振荡条件的推导（续）基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FdXoXfXfdofdooXXXFXXAX=FAoXoFAo=1自激振荡的条件自激振荡的条件本讲稿第二十四页，共五十一页当当x xi i=0=0时，时，A Ao oF=1F=1(1)(1)正反馈足够强正反馈足够强,输入信号为输入信号为 0 0 时仍有信号输时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。出，这就是产生了自激振荡。(2)(2

10、)要获得非正弦自激振荡要获得非正弦自激振荡,反馈回路中必须有反馈回路中必须有RCRC积分电路。积分电路。(3)(3)要获得正弦自激振荡要获得正弦自激振荡,反馈回路中必须有选反馈回路中必须有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：自激振荡条件的推导（续）自激振荡条件的推导（续）本讲稿第二十五页，共五十一页所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振幅条件：）振幅条件：（2）相位条件：）相位条件：jjnFA2=+n是整数是整数相位条件相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件振幅条件可以通过调整放大电路的放

11、大倍数达到。可以通过调整放大电路的放大倍数达到。因为：因为：00自激振荡的条件：自激振荡的条件：1)()(=wwFA00自激振荡条件的推导（续）自激振荡条件的推导（续）本讲稿第二十六页，共五十一页问题：问题：如何启振？如何启振？Uo 是振荡器的电压输出幅度，是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起是要求输出的幅度。起振时振时Uo=0，达到稳定振荡时，达到稳定振荡时Uo=B。起振并能稳定振荡的条件：起振并能稳定振荡的条件：本讲稿第二十七页，共五十一页正弦波振荡电路的正弦波振荡电路的基本组成基本组成1)放大电路：放大作用放大电路：放大作用2)正反馈网络：满足相位条件正反馈网络：满足相位条件3

12、)选频网络：确定选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振保证电路产生正弦波振荡荡4)非线性环节（稳幅环节）：稳幅非线性环节（稳幅环节）：稳幅常合二而一常合二而一本讲稿第二十八页，共五十一页4、分析方法分析方法 1)是否存在主要组成部分；是否存在主要组成部分；2)放大电路能否正常工作，即是否有合适的放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信点，信号是否可能正常传递号是否可能正常传递；3)是否满足相位条件，即是否存在是否满足相位条件，即是否存在 f0；4)是否满足幅值条件，即是否可能起振。是否满足幅值条件，即是否可能起振。本讲稿第二十九页，共五十一页常用选频网络所用元件分类。常用选频网络所用元件

13、分类。1)RC正弦波振荡电路：几百正弦波振荡电路：几百kHz以下以下2)LC正弦波振荡电路：几百正弦波振荡电路：几百kHz几百几百MHz3)石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定5、分类分类本讲稿第三十页，共五十一页8.3.2 RC振荡电路振荡电路用用RC 电路构成选频网络的振荡电路即所谓的电路构成选频网络的振荡电路即所谓的 RC振荡振荡电路，可选用的电路，可选用的 RC 选频网络有多种，这里只介绍选频网络有多种，这里只介绍文文氏桥选频电路氏桥选频电路。R1C1R2C2iUoU本讲稿第三十一页，共五十一页文氏桥选频电路文氏桥选频电路)1()1(11221122

14、1CRCRjCCRRUUioww-+=R1C1R2C2iUoU时，相移为时，相移为0 0。1221w1CRCR=w当当本讲稿第三十二页，共五十一页如果：如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：，则：1221w1CRCR=w21211CCRR=w01CR=w0)1()1(112211221CRCRjCCRRUUioww-+=13=文氏桥选频电路文氏桥选频电路)1(31CRCRjww-+=w=wo时本讲稿第三十三页，共五十一页文氏桥选频电路文氏桥选频电路)(3100ffffjUUio-+=传递函数：传递函数：2002)(31ffffUUio-+=幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性：如果：如果

15、：R1=R2=R，C1=C2=Cf+90 90 ff0UUio)1(31CRCRjww-+=本讲稿第三十四页，共五十一页用运放组成的用运放组成的RC振荡器：振荡器：只有在只有在 f0 处处才满足相位条件：才满足相位条件：因为：因为：AF=131=F1fF+=RRAfF2RR=uo_+RFRCRCRfA=3uouo3A=3同同相相放放大大器器文文氏氏桥桥选选频频电电路路输出正弦波频率：输出正弦波频率：本讲稿第三十五页，共五十一页例题例题:R=1kR=1k，C=0.1C=0.1 F F，R Rf f=10k=10k。R RF F为多大时才能起为多大时才能起振？振荡频率振？振荡频率f f0 0=？H

16、z Hz uo_+RFRCRCRfAF=1，31=F1fF+=RRAA=3=2 10=20k k=1592 Hz起振条件：起振条件：fF2RR=本讲稿第三十六页，共五十一页能自行起振的电路能自行起振的电路1半导体半导体热敏电阻热敏电阻起振时起振时R RT T2R2Rf f,使使A3,A3,易起振。易起振。当当u uo o幅度自激增长幅度自激增长达某一值时，达某一值时，R RT T=2R=2Rf f，A=3A=3。当当u uo o进一步增大时，进一步增大时，R RT T2R2Rf f,使使A3AR121F1fF2RRA+=F1R+2AF 1可调可调A 2RF1+RF2 Rf本讲稿第四十页，共五十

17、一页LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对离元件组成放大电路。本节只对 LC振荡电路做一简单振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。介绍，重点掌握相位条件的判别。首先介绍一下首先介绍一下 LC 选频网络。选频网络。8.3.3 LC正弦波振荡器正弦波振荡器本讲稿第四十一页，共五十一页1、LC 选频网络选频网络(LC并联谐振电路并联谐振电路)CLRuiLici(阻性阻性)LC并联谐振并联谐振特点：特点：谐振时，总路电流很小

18、，支谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。用于选频电路。电路呈阻性。用于选频电路。R为电感线圈中的电阻为电感线圈中的电阻本讲稿第四十二页，共五十一页CLRuiLici例例:LC并联谐振电路中并联谐振电路中,L=1mH,C=0.1 F,R=10，U=1V。求求谐振时的谐振时的f0、I0、IC、IL。=15924 Hz=1000 I0=U/Z0=1/1000=1 mAIC=U/ZC=10 mA1 CZC=100 IL=U/ZLR=9.95 mA结论结论:并联谐振电路中并联谐振电路中 IC IL I0谐振信号通谐振信号

19、通过过互感线互感线圈引出圈引出本讲稿第四十三页，共五十一页互感线圈的极性判别互感线圈的极性判别1234磁棒磁棒初级线圈初级线圈次级线圈次级线圈同极性端同极性端1234+本讲稿第四十四页，共五十一页例例1：+正反馈正反馈 2、LC正弦波振荡器举例正弦波振荡器举例判断是否是正反馈判断是否是正反馈:用用瞬时极性法瞬时极性法判断判断振荡频率振荡频率:+UCCCC1Luo利用利用1：晶体管共：晶体管共射极放大器，集电射极放大器，集电极电位变化与基极极电位变化与基极反相，发射极与基反相，发射极与基极同相。极同相。利用利用2：互感线圈的：互感线圈的同极性端电位变化同极性端电位变化相位相同。相位相同。本讲稿第

20、四十五页，共五十一页+UCCCC1L1L2例例2：+正反馈正反馈反相反相+振荡频率振荡频率:M为两线圈的互感为两线圈的互感(L+L+2M)Cf21012uo本讲稿第四十六页，共五十一页+UCCC1C1LC2+反相反相例例3：正反馈正反馈振荡频率振荡频率:其中：其中：C=C1 C2C1+C2本讲稿第四十七页，共五十一页+UCCC1C2例例4：+ubeube增加增加正反馈正反馈+本讲稿第四十八页，共五十一页3、石英晶体正弦波振荡电路、石英晶体正弦波振荡电路 1）石英晶体的特点）石英晶体的特点容性容性感性感性阻性阻性本讲稿第四十九页，共五十一页2）石英晶体振荡器电路）石英晶体振荡器电路本讲稿第五十页，共五十一页本讲稿第五十一页，共五十一页