模电第8章波形的发生和信号的转换自动化.ppt
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1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换8.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.2 电压比较器电压比较器8.3 非正弦波发生电路非正弦波发生电路8.4 利用集成运放实现的信号转换电路利用集成运放实现的信号转换电路8.5 Multisim应用举例应用举例模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回8.1 正弦振荡电路正弦振荡电路 在没有外加输入信号的情况下,依靠电路自激振在没有外加输入信号的情况下,依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路称为荡而产生正弦波输出电压的电路称为正弦振荡电路。正弦
2、振荡电路。8.1.1 概述概述 一、产生正弦波振荡的条件一、产生正弦波振荡的条件 一是电路必须引入正反馈,使反馈信号能取代输一是电路必须引入正反馈,使反馈信号能取代输入信号;入信号;二是要有外加选频网络,用以确定振荡频率。二是要有外加选频网络,用以确定振荡频率。+表示正反馈表示正反馈表示正反馈表示正反馈模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 由于电扰动(如合闸通电),电路产生一个幅值由于电扰动(如合闸通电),电路产生一个幅值很小的输出量,它含有丰富的频率。很小的输出量,它含有丰富的频率。只含只含f0的信号的信号 在正反馈过程中,在正反馈过程中,Xo越来越大。越来越大
3、。由于晶体管的非线性特性,由于晶体管的非线性特性,当当Xo的幅值增大到一的幅值增大到一定程度时,放大倍数的数值将减小。定程度时,放大倍数的数值将减小。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 当当Xo增大到一定数值时,电路达到动态平衡。增大到一定数值时,电路达到动态平衡。这时,这时,Xo通过反馈网络产生通过反馈网络产生Xf作为放大电路的输作为放大电路的输入量,而输入量又通过放大电路维持着。入量,而输入量又通过放大电路维持着。正弦振荡的平衡条件为正弦振荡的平衡条件为(n为正整数)为正整数)振幅条件振幅条件相位条件相位条件 电路的起振条件为电路的起振条件为 电路把除频率电
4、路把除频率f=f0以外的输出量均逐渐衰减为零,以外的输出量均逐渐衰减为零,因此输出量为因此输出量为f=f0的正弦波。的正弦波。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 二、正弦波振荡电路的组成及分类二、正弦波振荡电路的组成及分类 1、正弦波振荡电路的组成:、正弦波振荡电路的组成:保证电路能够有从起振到动态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。量的控制。(1)放大电路)放大电路 确定电路的振荡频率,使电路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。产生单
5、一频率的振荡,即保证电路产生正弦波振荡。引入正反馈,使放大电路的引入正反馈,使放大电路的输入信号等于反馈信号。输入信号等于反馈信号。(2)选频网络)选频网络 (3)正反馈网络)正反馈网络 非线性环节,使输出信号幅值非线性环节,使输出信号幅值稳定。稳定。(4)稳幅环节)稳幅环节模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 2、正弦波振荡电路的分类、正弦波振荡电路的分类 按选频网络所用元件:按选频网络所用元件:分为分为RC正弦波振荡电路、正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路和正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路。石英晶体正弦波振荡电路。RC正弦波振荡电路的振荡频率较低,一般在
6、正弦波振荡电路的振荡频率较低,一般在1MHz以下;以下;LC正弦波振荡电路的振荡频率多在正弦波振荡电路的振荡频率多在1MHz以上;以上;石英晶体正弦波振荡电路也可等效为石英晶体正弦波振荡电路也可等效为LC正弦波振正弦波振荡电路,其特点是荡电路,其特点是振荡频率非常稳定。振荡频率非常稳定。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法 (1)观察电路是否包含了放大电路、选频网络、)观察电路是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。(2)判断
7、放大电路是否能够正常工作,即是否)判断放大电路是否能够正常工作,即是否有合适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输出有合适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输出和放大。和放大。(3)电路是否引入正反馈。)电路是否引入正反馈。具体的做法是:断开反馈,在断开处给放大电路具体的做法是:断开反馈,在断开处给放大电路加加ui,采用瞬时极性法判断。反馈为并联反馈。,采用瞬时极性法判断。反馈为并联反馈。(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。具体做法是:分别求解电路的具体做法是:分别求解电路的A和和F,然后判断,然后判断AF是否大于是否大于1。模拟电子技术基础模
8、拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回8.1.2 RC正弦振荡电路正弦振荡电路 一、一、RC串并联选频网络串并联选频网络RC串并联选频网络串并联选频网络频频率率很很低低f0,Uf0。频频率率很很高高f,Uf0。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 令令0=1/RC,则,则f0=1/2RC,当当f=f0时,时,模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回f0ff+90-90模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 二、二、RC桥式正弦波振荡电路
9、桥式正弦波振荡电路 当当f=f0时,时,上式表明,只要为上式表明,只要为RC串并联选频网络匹配一个电压放串并联选频网络匹配一个电压放大倍数等于大倍数等于3的放大电路就可以构成正弦波振荡电路。的放大电路就可以构成正弦波振荡电路。放大电路放大电路 考虑到起振条件,考虑到起振条件,所选放大电路的电压放所选放大电路的电压放大倍数应略大于大倍数应略大于3。为减小放大电路对为减小放大电路对选频特性的影响,应选选频特性的影响,应选用输入电阻大、输出电用输入电阻大、输出电阻小的放大电路。阻小的放大电路。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 通常选用电压串联负反馈放大电路。通常选用
10、电压串联负反馈放大电路。一般在电路中加入非线性一般在电路中加入非线性环节来稳定输出电压的幅值。环节来稳定输出电压的幅值。例如,例如,R1选用选用正温度系数正温度系数的热敏电阻;的热敏电阻;或或Rf选用选用负温度系数负温度系数的热敏电阻;的热敏电阻;模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回8.1.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 一、一、LC谐振回路的频率特性谐振回路的频率特性频率较低时,感纳较大,电路呈感性;频率较低时,感纳较大,电路呈感性;频率较高时,容纳较大,电路呈容性;频率较高时,容纳较大,电路呈容性;f=f0时,电路呈电阻性,且阻抗为无穷大,称为时,电路呈
11、电阻性,且阻抗为无穷大,称为谐振谐振。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回称为品质因数。称为品质因数。当当Q1时,时,模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 当当Q1时,时,若谐振时网络的输入电流为若谐振时网络的输入电流为I0,则,则IL=IC=QI0。f0f Q值越大,曲线越尖锐,值越大,曲线越尖锐,选频特性越好。选频特性越好。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 二、变压器反馈式振荡电路二、变压器反馈式振荡电路 1、工作原理、工作原理-+模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回
12、 判断电路能否产生判断电路能否产生正弦波振荡:正弦波振荡:(1)电路的组成)电路的组成 放大电路并且能正放大电路并且能正常工作;常工作;选频网络;选频网络;正反馈网络;正反馈网络;稳幅环节。稳幅环节。+-+(2)电路满足相位条件。)电路满足相位条件。(3)只要合理选择变压器原、副边线圈的匝数)只要合理选择变压器原、副边线圈的匝数比以及其它电路参数,电路很容易满足幅值条件。比以及其它电路参数,电路很容易满足幅值条件。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 2、振荡频率及起振条件、振荡频率及起振条件 L1Rb2ibi1uiRb1RN1N2L2Rii2 L1为考虑到为考虑
13、到N2回路参数折合到原回路参数折合到原边的等效电感,边的等效电感,L2为副边电感;为副边电感;Ri为放大电路的输入电阻:为放大电路的输入电阻:BA i1BA(M为两线圈为两线圈间的互感)间的互感)模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 当当Q1时,时,若谐振时网络的输入电流为若谐振时网络的输入电流为I0,则,则IL=IC=QI0。若谐振时,若谐振时,通常,通常,Ri0L2,模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 电路的起振条件:电路的起振条件:模拟电子技术基础模拟电子技术基
14、础上一页上一页下一页下一页返返 回回 三、电感反馈式振荡电路三、电感反馈式振荡电路 1、电路组成及工作原理、电路组成及工作原理 判断电路能否产生判断电路能否产生正弦波振荡:正弦波振荡:(1)电路的组成)电路的组成 放大电路并且能正放大电路并且能正常工作;常工作;选频网络;选频网络;正反馈网络;正反馈网络;稳幅环节。稳幅环节。+-+(2)电路满足相位条件。)电路满足相位条件。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 (3)只要电路参数选择得当,电路就可满足幅)只要电路参数选择得当,电路就可满足幅值条件,从而产生正弦波振荡。值条件,从而产生正弦波振荡。原边线圈的三个端分别
15、接在晶体管的三个极,所原边线圈的三个端分别接在晶体管的三个极,所以称电感反馈式振荡电路为电感三点式电路。以称电感反馈式振荡电路为电感三点式电路。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 2、振荡频率和起振条件、振荡频率和起振条件 Rb2ibuiRb1BA模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 四、电容反馈式振荡电路四、电容反馈式振荡电路 1、电路组成及工作原理、电路组成及工作原理 判断电路能否产生判断电路能否产生正弦波振荡:正弦波振荡:(1)电路的组成)电路的组成 放大电路并
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- 模电第 波形 发生 信号 转换 自动化
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