模拟电子技术基础 章波形的产生和变换电路.pptx

《模拟电子技术基础 章波形的产生和变换电路.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术基础 章波形的产生和变换电路.pptx（95页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第八章第八章 波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路正弦波振荡电路正弦波振荡电路RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路电压比较器电压比较器矩形波发生器矩形波发生器三角波发生器三角波发生器锯齿波发生器锯齿波发生器非正弦波发生器非正弦波发生器单限比较器单限比较器滞回比较器滞回比较器窗口比较器窗口比较器第1页/共95页8.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路正弦波振荡电路：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。应用：测量、遥控、通信、热处理、超声波电焊第2页/共95页一一.产生正弦波振荡的条件产生正弦波振荡的条件概述概述带通滤波器变换成正弦波

2、振荡电路P358第3页/共95页第4页/共95页如果：,ifXX=则去掉,iX仍有信号输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。fiiXXX+=正弦波振荡的平衡条件：第5页/共95页正弦波振荡的平衡条件：（1）振幅条件：（2）相位条件：pjjnFA2=+n是整数要使振荡从小到大建立起来，即“起振”的条件是：第6页/共95页我们已经知道，电路内固有噪声和瞬态过程就是起振的原始信号，它们的频率非常丰富，我们可以用一个网络把需要的频率f0从噪声或瞬态过程中挑选出来，而使其它的频率分量有很大的衰减，具有这种功能的网络叫做“选频网络”。振荡一旦建立，因为 ，所以输出幅度不断增大，最后使输出级的管子进入饱和

3、或截止区，输出波形就会失真，因此正弦波振荡电路一般还要有稳幅电路。第7页/共95页组成：1.1.放大电路:没有放大电路就不能够产生振荡，要求结构合理，静态工作点合适，能实现能量的控制。2.2.选频网络只对一个频率满足振荡条件 从而获得单一频率的正弦波输出。3.3.正反馈网络4.4.稳幅环节使输出信号幅值稳定二二.正弦波振荡电路组成及分类正弦波振荡电路组成及分类措施：（1 1）放大环节中的元件是非线性 （2 2）在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益实用电路中常将选频网络和正反馈网络合二为一。第8页/共95页分类：RC正弦波振荡电路：振荡频率较低，一般在1MHz以下；LC正弦波振

4、荡电路：振荡频率较高，一般在1MHz以上；石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定。三三.判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法与步骤判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法与步骤1.1.观察电路是否包含放大电路、选频网络、正反馈网络、稳幅 环节四部分。2.2.判断放大电路是否正常工作。3.3.利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件即是正反馈。4.4.判断电路幅值是否满足起振条件。注意：只有在电路满足相位条件的情况下，判断是否满足幅值条件才有意义。第9页/共95页8.1.2 RC正弦波振荡电正弦波振荡电路路一一.RC 串并联选频网络串并联选频网络低频段等效电路高频段等效电路第10页/共95页

5、第11页/共95页第12页/共95页利用RC串并联选频网络构成正弦波振荡电路的方框图二、RC桥式正弦波振荡电路电路稳定，带载能力强，输出电压失真小，应用广泛第13页/共95页11f+=RRA1f2RR 引入负反馈：选：RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥）3第14页/共95页2、利用二极管作为非线性环节稳压措施：1、Rf采用负温度系数热敏电阻；R1采用正温度系数热敏电阻；11f+=RRA习题三第15页/共95页三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路频率可调范围：几赫兹几百千赫兹双层波段开关进行频率粗调同轴电位器进行频率细调第16页/共95页电子琴的振荡电路：_+RF1uoR1CCRD1D1RF2R

6、28R27R26R25R24R23R22R21第17页/共95页第18页/共95页四.RC移相式振荡电路移相式振荡电路 1.RC移相电路移相电路（1）RC超前移相电路超前移相电路（2）RC滞后移相电路滞后移相电路 A+90+180+2700A-90-180-2700第19页/共95页2.RC移相式振荡电路移相式振荡电路 在 f0 处满足相位条件：振荡频率：第20页/共95页RC正弦波振荡器的适用范围RC正弦波振荡器只适用于低频产生，原因有二：因为f0=1/2 RC，所以要提高f0，就要减小R、C的数值，R越小，放大电路的负载越重，C越小越易受寄生电容的影响，频率不稳。集成运放的带宽较窄，例如7

7、41的单位增益带宽fC=1MHz，由运放构成的RC正弦波振荡器的频率一般不超过1MHz。第21页/共95页 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1.LC谐振回路的频率特性R为电感和回路中的损耗电阻为电感和回路中的损耗电阻并联谐振。信号频率较低时，网络呈感性信号频率较高时，网络呈容性信号频率为某一值时，网络呈纯电阻性，电阻很大第22页/共95页只有当为谐振频率时，电压放大倍数的数值最大，且无附加相移。而其它频率，电压放大倍数很小且有附加相移第23页/共95页若在电路中引入正反馈，并能用反馈电压取代输入电压，则电路就成为正弦波振荡电路。根据反馈的方式不同，LC振荡电路分类：变压器反馈式电感反馈式电容反

8、馈式第24页/共95页判断是否是满足相位条件判断是否是满足相位条件相位平衡法：相位平衡法：，1.断开反馈到放大器的输入端点，假设在输入端加入一正极性的信号2.用瞬时极性法判定反馈信号的极性。若反馈信号与输入信号同相，则满足相位条件；否则不满足。二二.变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路先提条件？第25页/共95页例题：为使电路可能产生正弦波振荡，试说明变压器原边线圈和副边线圈的同名端第26页/共95页（+）（+）（）（+）LC正弦波振荡器举例正弦波振荡器举例（）满足相位平衡条件第27页/共95页2.振荡频率及起振条件变压器反馈式振荡电路的交流等效电路第28页/共95页优点：缺点：变压器

9、式振荡器：易于产生振荡。输出电压的波形失真 不大，应用广泛。变压器式振荡器：耦合不紧密，损耗较大。振荡频率稳 定性不高。第29页/共95页振荡频率：三三.电感反馈式电感反馈式LC振荡电路（电感三点式）振荡电路（电感三点式）交流通路哈特莱振荡器射同基反第30页/共95页+UCCCC1L1L2+例：电感三点式振荡电路例：电感三点式振荡电路正反馈正反馈中间抽中间抽头接地头接地振荡频率振荡频率第31页/共95页四四.电容反馈式电容反馈式LC振荡电路（电容三点式）振荡电路（电容三点式）振荡频率：考毕兹振荡器第32页/共95页+UCCC1C1LC2+反相反相例：电容三点式振荡电路例：电容三点式振荡电路正反

10、馈正反馈中间抽中间抽头接地头接地振荡频率振荡频率第33页/共95页采用共基放大电路的电容反馈式振荡电路第34页/共95页优点：缺点：变压器式振荡器：易于产生振荡。输出电压的波形失真 不大，应用广泛。电感三点式：耦合紧密，振荡频率调节范围较宽。电容三点式：输出电压波形好变压器式振荡器：耦合不紧密，损耗较大。振荡频率稳 定性不高。电感三点式：输出电压波形一般，常常用在对波形要求不高的设备中。电容三点式：调节振荡频率比较困难，常常用在固定振荡频率的场合。第35页/共95页二、改错：改正图所示各电路中的错误，使电路可能产生正弦波振荡。要求不能改变放大电路的基本接法（共射、共基、共集）。第36页/共95

11、页例题：改正错误，使之有可能产生正弦波振荡。要求不能改变放大电路的基本接法。改正电路原电路第37页/共95页分析正弦波振荡电路时应注意的问题把选频网络的电容与耦合电容、旁路电容区别开来，耦合、旁路电容的容量相当大，一般看成是交流短路。满足了相位平衡条件，说明电路有振荡的可能，还要检查是否满足幅值平衡条件。若不满足相位条件，肯定不能振荡。第38页/共95页三、试将图所示电路合理连线，组成RC桥式正弦波振荡电路。第39页/共95页8.5 判断图所示各电路是否可能产生正弦波振荡，简述理由。设图（b）中C4容量远大于其它三个电容的容量。可能可能第40页/共95页8.11 分别标出图所示各电路中变压器的

12、同铭端，使之满足正弦波振荡的相位条件。第41页/共95页+_x+_x+_+_+x+x+_+第42页/共95页 8.12 分别判断图所示各电路是否满足正弦波振荡的相位条件。可能可能不可能不可能第43页/共95页为生活设定目标马和驴在一户人家是好朋友。人人都在忙碌，人人都没有停下自己的脚步，可结果却为何如此大相径庭呢？关键在于有的人是“西行的马”有的人是“原地打转的驴”自己制定目标并持之以恒地向前迈进时，我们的生活也就掀开了新的一页。第44页/共95页8.2 8.2 电压比较电压比较器器功能：对输入信号进行鉴幅与比较的电路应用：组成非正弦波发生电路的基本单元电路。广泛应用于测量和控制中。学习重点：

13、电压比较器的组成特点电压比较器的电压传输特性电压比较器的分析方法第45页/共95页概述一、电压比较器的电压传输特性 输入模拟信号，经电压比较器后，输出数字信号。阈值电压：使输出电压跃变的输入电压值。画出电压传输特性的三要素：第46页/共95页1.1.运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。二、集成运放的非线性工作区电路开环电路引入正反馈电压传输特性第47页/共95页2.2.运放工作在非线性状态：(1)(1)若UPUN 则UO=+UOM；若UPUN 则UO=-UOM。(2)虚断（运放输入端电流=0）注意：此时不能用虚短！三、电压比较器的种类 单限比较器 滞回比较器 窗口比较器第48页/

14、共95页1。单限比较器：电路只有一个阈值电压，当输入电压经过阈值时，输出电压产生跃变。2 2。滞回比较器 电路有二个阈值电压，当输入电压从小到大经过阈值时，输出电压只产生一次跃变；当输入电压从大到小经过另一阈值时，输出电压也只产生一 次跃变。3。窗口比较器 电路有二个阈值电压，当输入电压从小到大过程中，输出电压产生二次跃变。第49页/共95页1.过零比较器过零比较器:单限电压比较器运放处于开环状态运放处于开环状态第50页/共95页电压比较器输入级的保护电路电压比较器的输出限幅电路两只稳压管稳压值不同两只稳压管稳压值相同第51页/共95页稳压管接在反馈通路中电路的优点：1。集成运放的净输入电压和

15、净输入电流 均近似为0，从而保护了输入级。2。提高了输出电压的变化速度。第52页/共95页二、一般单限比较器分析电压传输特性的三要素：1。通过限幅电路，求UOL和UOH2。令UN和UP0，求阈值电压UT3。输入电压为UT时，求UO的跃变方向。灵敏度高，但抗干扰差第53页/共95页例题：电路如图，输入波形为（A），UREF2V，R1R25k,求输出波形。UT0V UZ6V、6VUT2V UZ5V、5V第54页/共95页8.2.3滞回比较器滞回比较器特点特点:电路中使用正反馈电路中使用正反馈运放工作在非线性区。运放工作在非线性区。具有一定的惯性，抗干扰性强。具有一定的惯性，抗干扰性强。阈值电压：阈

16、值电压：输出电压：输出电压：输入电压从小到大变化时，UT时跃变，从高电平跃变为低电平；输入电压从大到小变化时，UT时跃变，从低电平跃变为高电平.第55页/共95页例题：R1=50k，R2=100k ，UZ=9V。当输入ui为如图所示的波形时，画 出输出uo的波形。第56页/共95页有参考电压的比较器电路阈值电压：阈值电压：输出电压：输出电压：输入电压从小到大变化时，UT2时跃变，从高电平跃变为低电平；输入电压从大到小变化时，UT1时跃变，从低电平跃变为高电平.总结：改变参考电压的大小和极性，其电压传输特性产生水平移动；改变稳压管的稳压电压，其电压传输特性产生垂直移动。第57页/共95页3V8V

17、uiuo+6V-6Vuoui08V3V传输特性传输特性+6V-6V第58页/共95页例题：设计一个电压比较器，使其电压传输特性如图所示，要求所用电阻阻值在20100k之间。解：从电压传输特性得输入电压作用于同相输入端第59页/共95页8.2.4窗口比较器窗口比较器第60页/共95页三种电压比较器的分析方法：（1）在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压只有高电平和低电平。（2）用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。（3）电压传输特性的三个要素是输出电压的高、低电平，阈值电压和输出电压的跃变方向。输出电压的高低电平决定于限幅电路；令u uP P=u uN N所求出的u uI

18、 I就是阈值电压；u uI I等于阈值电压时输出电压的跃变方向决定于输入电压作用于同相输入端还是反相输入端。若作用于同相端则上跳反之亦然。第61页/共95页8.2.5集成电压集成电压比较器比较器一、集成电压一、集成电压比较器的主要特点和分类比较器的主要特点和分类将模拟信号转换成数字信号，是模拟电路和数字电路的接口电路。特点：响应速度快，传输延迟时间短，一般不需要外加限幅电路可直接驱动集成数字电路。分类：单、双、四电压比较器通用型、高速型、低功耗型和高精度型普通、集电极开路输出和互补输出第62页/共95页二、集成电压二、集成电压比较器的基本接法比较器的基本接法1。通用型集成电压比较器AD790第

19、63页/共95页2。集电极开路集成电压比较器LM119第64页/共95页由LM119构成的双限比较器 及其电压传输特性第65页/共95页 8.15 试分别求解图所示各电路的电压传输特性。UOLUD0.2VUOHUZ6VUT0V。uOUZ8VUT3V第66页/共95页解：uOUZ6V。令 阈值电压 UT10 V UT24 V第67页/共95页解：同相输入的滞回比较器uOUZ6V。令 得出阈值电压 第68页/共95页uOUZ5VUT3V 第69页/共95页 8.16 已知三个电压比较器的电压传输特性分别如图（a）、（b）、（c）所示，它们的输入电压波形均如图（d）所示，试画出uO1、uO2和uO3

20、的波形。第70页/共95页第71页/共95页第72页/共95页常见的非正弦波常见的非正弦波矩形波三角波锯齿波尖顶波阶梯波8.38.3非正弦波发生电路非正弦波发生电路第73页/共95页矩形波发生电路一.电路组成及工作原理由滞回比较电路+RC定时电路构成矩形波发生电路是其它非正弦波发生电路的基础。第74页/共95页设 uo=+UZ,，uO给C 充电,uc ，t无穷大时，0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦一旦 uc UT,就有就有 uN uP,uo 立即由立即由UZ变成变成UZ；uN趋于趋于+UZ，+UZUT+uctUT-UZ二、波形分析及主要参数反之亦然。因充电、放电时间常数相同，故为方波发生

21、电路。第75页/共95页第76页/共95页第77页/共95页三、占空比可调电路第78页/共95页说明：改变电位器的滑动端可以改变占空比,但不能改变周期。P424 例第79页/共95页三角波发生电路三角波发生电路结构：滞回比较器+反相积分器一.电路的组成第80页/共95页实用三角波发生电路 将方波发生电路中的充放电回路用积分电路替代互为输入与输出第81页/共95页二、工作原理二、工作原理：各个分析:每个运放的输出与输入的函数关系;注重联系:各个运放的相互联系,得出电路功能.第82页/共95页若若uo1=+UZ，uo，uO=uT uo1翻转为翻转为-UZ。若若uo1=-UZ，uo，uO=uT uo

22、1翻转为翻转为+UZ振荡频率：第83页/共95页三角波发生电路中滞回比较器的电压传输特性三角波方波发生电路的波形图第84页/共95页8.3.锯齿波发生电路锯齿波发生电路第85页/共95页8.3.波形变换电路波形变换电路三角波变锯齿波的波形第87页/共95页利用低通滤波器将三角波变换成正弦波第88页/共95页8.3.函数发生器函数发生器ICL8038的引脚图第89页/共95页ICL8038 函数发生器中电压 比较器的电压传输特性第90页/共95页ICL8038 函数发生器原理框图第91页/共95页ICL8038的两种基本接法第92页/共95页ICL8038的输出波形第93页/共95页本章小结本章

23、小结1正弦波振荡的条件：正弦波振荡的条件：AF=1 （振幅条件）（振幅条件）（相位条件（相位条件正弦波振荡电路由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成。正弦波振荡电路由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成。2正正弦弦波波振振荡荡电电路路主主要要有有RC振振荡荡电电路路和和LC振振荡荡电电路路两两种种。RC振振荡荡电电路路主主要要用用于于中中低低频频场场合合，LC振振荡荡电电路路主主要要用用于于高高频频场场合合。石石英英晶晶体体振振荡电路是一种特殊的荡电路是一种特殊的LC振荡电路，其特点是具有很高的频率稳定性。振荡电路，其特点是具有很高的频率稳定性。3当当运运放放开开环环工工作作或或引引入

24、入正正反反馈馈时时，运运放放工工作作在在非非线线性性状状态态。其其分分析析方法为：方法为：若若U U+U U-则则U UO O=+U=+UOMOM；若若U U+U U-则则U UO O=-U=-UOMOM。虚断（运放输入端电流虚断（运放输入端电流=0=0）4 比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路。迟滞比较器具有回比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路。迟滞比较器具有回差特性。它们是运放非线性工作状态的典型应用。差特性。它们是运放非线性工作状态的典型应用。5在在方方波波、锯锯齿齿波波和和三三角角波波等等非非正正弦弦波波信信号号发发生生器器中中，运运放放一一般般也也工工作在非线性状态。电路由比较器、积分器等环节组成。作在非线性状态。电路由比较器、积分器等环节组成。第94页/共95页感谢您的观看。第95页/共95页