第8章集成运放及应用.ppt

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1、第八章第八章 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 8.2 电压比较器电压比较器8.3 8.3 非正弦波发生电路非正弦波发生电路一一.产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件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A反馈电路反馈电路FiX+dXoXfX8.1.1概述概述+如果：如果：,dfXX=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A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

2、放大基本放大电路电路A反馈电路反馈电路FiX+dXoXfX基本放大基本放大电路电路A反馈电路反馈电路FdXoXfXFA=1Xd=Xf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：自激振荡的条件：自激振荡的条件：（1）振幅条件：）振幅条件：（2）相位条件：）相位条件：jjnFA2=+n是整数是整数因为：因为：.起振条件和稳幅原理振荡建立与振荡建立与稳定过程图稳定过程图起振条件起振条件：结果：产生增幅振荡结果：产生增幅振荡（略大于）1 1、被动：器件非线性、被动：器件非线性2 2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以节，用以调节调节放大电路的

3、放大电路的增益增益稳幅：稳幅：1.1.放大电路放大电路 二二.正弦波振荡器的一般组成正弦波振荡器的一般组成2.2.正反馈网络正反馈网络3.3.选频网络选频网络只对一个频率满足振荡条件，从而获得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。单一频率的正弦波输出。4.4.稳幅电路稳幅电路选频网络组成：选频网络组成：R、C和和L、C正弦波振荡器命名正弦波振荡器命名RCLC低频低频高频高频（石英晶体）（石英晶体）8.1.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路一一.RC 串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性R1C1R2C2OUfUR1C1 串联阻抗：串联阻抗：R2C2 并联阻抗：并联阻抗：选

4、频特性：选频特性：)1()1(112211221CRCRjCCRRUUOfww-+=R1C1R2C2OUfU时，相移为时，相移为0 0。1221w1CRCR=w当当22如果：如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：则：1221w1CRCR=w21211CCRR=w01CR=w0)1()1(112211221CRCRjCCRRUUofww-+=13=选频特性选频特性)1(31CRCRjww-+=w=wo时RC串并联网络的频率特性曲线串并联网络的频率特性曲线RC桥式振荡器的工作原理：桥式振荡器的工作原理：在在 f0 处处满足相位条件：满足相位条件：因为：因为：AF=131=F11f+=RRA1f

5、2RR=uo_+RfRCRCR1A=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：振幅条件：振幅条件：例题例题:R=1kR=1k，C=0.1C=0.1 F F，R R1 1=10k=10k。R Rf f为多大时才能为多大时才能起振？振荡频率起振？振荡频率f f0 0=？uo_+RfRCRCR1AF=1，31=F11f+=RRAA=3=2 10=20k k=1592 Hz起振条件：起振条件：1f2RR=能自动稳幅的振荡电路能自动稳幅的振荡电路半导体热敏电阻半导体热敏电阻(负温度系数）负温度系数）起振时起振时R RT T2R2R1 1,使使A3,

6、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=2R1 1，A=3A=3。当当u uo o进一步增大时，进一步增大时，R RT T2R2R1 1,使使A3AR121F1fF2RRA+=F1R+2AF 1可调可调A 2RF1+RF2 Rf1.LC并联谐振回路的并联谐振回路的选频特性选频特性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，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支路电流很大，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。补偿，电路呈阻性。用于选频电路。R为电感

7、线圈中的电阻为电感线圈中的电阻 8.1.3 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 Q Q为谐振回路的品质因数，为谐振回路的品质因数，Q Q值越大，曲线越陡越窄，值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。图中选频特性越好。图中Q Q1 1Q Q2 2。并联谐振阻抗为并联谐振阻抗为Z Z0 0谐振时谐振时LC并联谐振电路并联谐振电路相当一个电阻。相当一个电阻。LC并联谐振回路的并联谐振回路的幅频特性曲线幅频特性曲线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+CLRuiLici反馈信号反馈信号通过通过互感互感线圈引出线圈引出二二.变压器反馈式变压器

8、反馈式LC振荡电路振荡电路 工作原理：工作原理：三极管共射放大器。三极管共射放大器。利用互感线圈的同利用互感线圈的同名端：名端：满足相位条件。满足相位条件。振荡频率振荡频率: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(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)LC正弦波振荡器举例正弦波振荡器举例反馈反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件反馈反馈+正反馈正反馈 LC正弦波振荡器举例正弦波振荡器举例振荡频率振荡频率:+UCCCC1Luo满足相位平衡条件满足相位平衡条件仍然由仍然由LC并联谐振电路构成选频网络并联谐振电路构成选频网络A.若中间

9、点交流接地，则首端与尾端若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。相位相反。三三.三点式三点式LC振荡电路振荡电路原理：原理：电容三点式电容三点式电感三点式电感三点式中中间间端端的的瞬瞬时时电电位位一一定定在在首首、尾尾端端电电位之间。位之间。三点的相位关系三点的相位关系B.若首端或尾端交流接地，则其他两若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。端相位相同。三三.三点式三点式LC振荡器振荡器 1.电感三点式电感三点式LC振荡电路振荡电路振荡频率：振荡频率：2.电容三点式电容三点式LC振荡电路振荡电路振荡频率：振荡频率：例例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相：试判断下图所示三点式振荡电路

10、是否满足相位平衡条件。位平衡条件。(a)(b)Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。8.1.4 石英晶体石英晶体振荡电路振荡电路1.频率稳定问题频率稳定问题频率稳定度一般由频率稳定度一般由 来衡量来衡量频率偏移量。频率偏移量。振荡频率。振荡频率。LC振荡电路振荡电路 Q 数百数百石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 Q 10000 500000一一.石英晶体石英晶体2.基本特性基本特性1.结构：结构：极板间加电场极板间加电场极板间加机械力极板间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应压电效应交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械

11、振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当交变电压频率当交变电压频率=固有频率时，振幅最大固有频率时，振幅最大 压电谐振压电谐振3.石英晶体的等效电路与频率特性石英晶体的等效电路与频率特性等效电路：等效电路：（1）串联谐振）串联谐振频率特性：频率特性：晶体等效阻抗为纯阻性晶体等效阻抗为纯阻性（2）并联谐振）并联谐振通常通常所以所以实际使用时外接一小电容实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为则新的谐振频率为由于由于由此看出由此看出调整调整二二.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路利用石英晶体的高品质因数的特点，构成利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振

12、荡电路。振荡电路。1.并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器 石英晶体工作在石英晶体工作在fs s与与fp p之间，相当一个大电感，与之间，相当一个大电感，与C C1 1、C C2 2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q值很高，可达到几值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。2.并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器 石英晶体工作在石英晶体工作在fs s处，呈电阻性，且阻抗最小，正反馈最处，呈电阻性，且阻抗最小，正反馈最强。该电路为电感三点式振荡器。强。该电路为电感三点式振荡器。加入石

13、英晶体是利用石英晶体的高加入石英晶体是利用石英晶体的高Q值，提高振荡频率的值，提高振荡频率的稳定性。稳定性。例：例：分析下图的振荡电路能否产生振荡，若产生振分析下图的振荡电路能否产生振荡，若产生振荡荡,石英晶体处于何种状态？石英晶体处于何种状态？(a)(b)8.2 8.2 电压比较器电压比较器 将将一一个个模模拟拟电电压压信信号号与与一一参参考考电电压压相相比比较较，输输出一定的高低电平。出一定的高低电平。功能：功能：特性：特性：运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系的关系uo=f(ui)是非线性函数。是非线性函数。1.1.运放工作在非线性状态的

14、判定：电路开环或引入正反馈。运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。运放工作在非线性状态基本分析方法运放工作在非线性状态基本分析方法2.2.运放工作在非线性状态的分析方法：运放工作在非线性状态的分析方法：若若U+U-则则UO=+UOM；若若U+U-则则UO=-UOM。虚断（运放输入端电流虚断（运放输入端电流=0）注意：此时不能用虚短！注意：此时不能用虚短！uoui0+UOM-UOM+uoui1.过零比较器过零比较器:（门限电平（门限电平=0）+uouiuoui0+UOM-UOM一一.单门限电压比较器单门限电压比较器+uouituituo+Uom-Uom例题：利用电压比例题：利用电压比

15、较器将正弦波变为较器将正弦波变为方波。方波。2.单门限比较器（与参考电压比较）单门限比较器（与参考电压比较）+uouiUREFuoui0+Uom-UomUREFUREF为参考电压为参考电压当当ui UREF时时,uo=+Uom当当ui UREF时时,uo=-Uom 运放处于运放处于开环状态开环状态+uouiUREFuoui0+Uom-UomUREF当当ui UREF时时,uo=-Uom 若若ui从反相端输入从反相端输入+uiuoui0+UZ-UZ用稳压管稳定输出电压用稳压管稳定输出电压uo UZuoui0+UOM-UOM+uoui忽略了忽略了UD3.限幅电路限幅电路使输出电压稳定使输出电压稳定

16、稳幅电路的另一种形式：稳幅电路的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路上将双向稳压管接在负反馈回路上+uiuo UZR R_uoui0+UZ-UZR=R二二.迟滞比较器迟滞比较器1.迟滞比较器迟滞比较器特点特点:电路中使用正反馈。电路中使用正反馈。1、因为有正反馈，所以输、因为有正反馈，所以输出饱和。出饱和。2、当、当uo正饱和时正饱和时(uo=+UOM)：+om211+UURRRUT T=+=3、当、当uo负饱和时负饱和时(uo=-UOM)：-om211+UURRRUT T=+-=+uoRR2R1uiU+uoRR2R1uiU+迟滞比较器迟滞比较器uoui0+Uom-UomUT+UT-设设ui

17、 ,当当ui=UT+,uo从从+UOM -UOM传输特性传输特性uoui0+Uom-UomUT+UT-UT+上门限电压上门限电压UT-下门限电压下门限电压UT+-UT-称为回差称为回差om211URRR+=+UT Tom211URRR+=-=-UT TtuiUT+UT-tuoUom-Uom例例:设输入为正弦波设输入为正弦波,画出输出的波形。画出输出的波形。+uoRR2R1uiU+加上参考电压后的迟滞比较器：加上参考电压后的迟滞比较器：上下限：上下限：uoui0UT-UT+传输特性传输特性+UZ-UZ例题：例题：R1=10k，R2=10k ，UZ=6V，UR=10V。当当输入输入ui为如图所示的

18、波形时，画为如图所示的波形时，画 出输出出输出uo的波形。的波形。上下限：上下限：3V8Vuiuo+UZ-UZ8.2.4 窗口比较器窗口比较器 窗口比较器的电路如图14.04所示。电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。设R1=R2，则有：图14.04 窗口比较器 窗口比较器的电压传 输特性如下页 图 14.05所示。当vIVH时，vO1为高电平，D3导通；vO2为低电平,D4截止，vO=vO1。当vI VL时，vO2为高电平，D4导通；vO1为低电平，D3截止，vO=vO2。当VH vI VL时，vO1为低电平，vO2为低电平，D3、D4截止，vO为 低电平。图14.05 窗口比较器的传

19、输特性 信号的电位水平高于某规定值VH的情况，相当比较电路正饱和输出。信号的电位水平低于某规定值VL的情况，相当比较电路负饱和输出。该比较器有两个阈值，传输特性曲线呈窗口状，故称为窗口比较器。8.2.4 比较器的应用比较器的应用 比较器主要用来对输入波形进行整形，可以将不规则的输入波形整形为方波输出,其原理图如图14.06所示。(a)正弦波变换为矩形波 (b)有干扰正弦波变换为方波 图14.06 用比较器实现波形变换8.3.1 方波发生电路8.3.2 三角波发生电路8.3.3 锯齿波发生电路 8.3 非正弦波发生电路1.电路结构电路结构由滞回比较电路和由滞回比较电路和RC定时电路构成的定时电路

20、构成的上下限上下限:+RR1R2Cucuo8.3.1矩形波发生电路矩形波发生电路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+=UT+RR1R2C+ucuo0tuoUOM-UOMucUT+0t一旦一旦 uc UT+,就有就有 u-u+,在在 uc UT+时，时，u-u+,uo 立即由立即由UOM 变成变成UOM ,设设uC初始值初始值uC(0+)=0方波发生器方波发生器uo保持保持+UOM不变不变UOM此时，此时，C 经输出端放电经输出端放电,再反向充电再反向充电(2)当当uo =-UOM 时，时，u+=UT-uc达到达到UT-时，

21、时，uo上翻上翻+RR1R2C+ucuoUT+uctUT-当当uo 重新回到重新回到UOM 以后，电路又进入另一个以后，电路又进入另一个周期性的变化。周期性的变化。动态演示动态演示-UOM0UT+uctUT-UOMuo0t-UOMT周期与频率的计算：周期与频率的计算：+RR1R2C+ucuof =1/T此期间是分析问题时的假设此期间是分析问题时的假设,实际上用实际上用示波器观察波形时看不到这段波形示波器观察波形时看不到这段波形.周期与频率的计算：周期与频率的计算：+RR1R2C+ucuo0UT+uctUT-+UOM-UOMT1T2TT=T1+T2=2 T2，因正反向充电条件一样因正反向充电条件

22、一样T1=T2。uc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e ,=RC-t T2阶段阶段uc(t)的过渡过程方程为的过渡过程方程为:0UT+uctUT-+UOM-UOMT1T2Tuc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e ,=RC-t UC(0+)=UC()=+UOMt=T2时时,uc(t=T2)=周期与频率的计算：周期与频率的计算：)21ln(21RRRCT2+=(2)占空比可调的矩形波电路 显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。占空比可调的矩形波电路见图14.09。C充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管D1、Rf；C放电时，放电电流经Rf、二极管D2、

23、电位器的下半部。图14.09 占空比可调方波发生电路 占空比为：其中，是电位器中点到上端电阻，是二极管D1的导通电阻。其中，是二极管D2的导通电阻。即改变 的中点位置，占空比就可改变。图14.08 方波发生器波形图8.3.2 三角波发生器 三角波发生器的电路如图8.20所示。它是由滞回比较器和积分器闭环组合而成的。积分器的输出反馈给滞回比较器，作为滞回比较器的 。1.当vO1=+VZ时,则电容C 充电,同时vO按线性逐 渐下降，当使A1的VP 略低于VN 时，vO1 从 +VZ跳变为-VZ。波形 图参阅图8.21。图8.20 三角波发生器2.在vO1=-VZ后，电容C开 始放电，vO按线性上升

24、，当使A1的VP略大于零时，vO1从-VZ跳变为+VZ，如此周而复始，产生振 荡。vO的上升时间和下降 时间相等，斜率绝对值 也相等，故vO为三角波。图8.21 三角波发生器的波形输出峰值振荡周期：8.3.3 锯齿波发生器 锯齿波发生器的电路如图8.22所示。显然，为了获得锯齿波，应改变积分器的充放电时间常数。图中的二极管D和R将使充电时间常数减为(RR)C，而放电时间常数仍为RC。图8.22 锯齿波发生器电路图 锯齿波电路的输出波形图如图8.23所示。图8.23 锯齿波发生器的波形 锯齿波周期可以根据时间常数和锯齿波的幅值求得。锯齿波的幅值为：vo1m=|Vz|=vomR2/R1 vom=|

25、Vz|R1/R2于是有动画14-48.4 8.4 信号转换电路信号转换电路8.4.1 8.4.1 电流电流-电压变换器电压变换器8.4.2 8.4.2 电压电压-电流变换器电流变换器8.4.3 8.4.3 电压电压-频率变换器频率变换器 8.4.1 电流电流-电压变换器电压变换器图图8.10是电流是电流-电压变换器电压变换器。由图可知由图可知 可见输出电压与输可见输出电压与输入电流成比例。入电流成比例。输出端的负载电流输出端的负载电流图8.10电流-电压变换电路8.4.2 8.4.2 电压电压-电流变换器电流变换器图图8.118.11的电路为电压的电路为电压-电流变换器电流变换器图图8.118

26、.11电压电压-电流变换器电流变换器由图（由图（a a）可知可知所以输出电流与输入电压成比例所以输出电流与输入电压成比例。(a)负载不接地(b)负载接地(b)负载接地可解得 对图（b）电路，R1和R2构成电流并联负反馈；R3、R4和RL构成构成电压串联正反馈。由图（b）可得讨论：1.当分母为零时，iO，电路自激。2.当R2/R1=R3/R4时,则 说明iO与vS成正比,实现了线性变换。电压电压-电流电流和和电流电流-电压电压变换器广泛应用于变换器广泛应用于放大电路和传感器的连接处，是很有用的电子放大电路和传感器的连接处，是很有用的电子电路。电路。8.4.3 8.4.3 电压电压-频率变换器频率

27、变换器电压频率转换电路（VFC）或 电压控制振荡电路（VCO）输入端：直流电压输出端：频率值与直流输入电压成正比的一定频率的信号典型应用：数字式测量仪器一、由集成运放构成的电压频率转换电路1、电荷平衡式电路放电过程充电过程放电过程周期：积分起始值：积分终止值：2、复位式电路周期：复位式电压频率转换电路8.5 8.5 锁相环锁相环(PLL)PLL)锁相环锁相环用用PLLPLL表示表示8.5.1 8.5.1 锁相环电路的基本结构锁相环电路的基本结构8.5.2 8.5.2 锁相环的工作原理锁相环的工作原理 使一个振荡器的频率和相位受一个使一个振荡器的频率和相位受一个控制信号锁定的闭环振荡电路。在频率

28、上，控制信号锁定的闭环振荡电路。在频率上，振荡频率严格等于控制信号的频率，振荡频率严格等于控制信号的频率，在相位上则保持一个固定的差值。在相位上则保持一个固定的差值。8.5.3 8.5.3 频率合成频率合成8.5.1 8.5.1 锁相环电路的基本结构锁相环电路的基本结构 锁相环的基本框图如锁相环的基本框图如图图20.1120.11所示，它的组成：所示，它的组成：鉴相器鉴相器(PD)PD)环路滤波器环路滤波器(LF)LF)压控振荡器压控振荡器(VCO)VCO)图图20.11 20.11 锁相环的原理框图锁相环的原理框图鉴相器的输出鉴相器的输出vD(t)与与vI和和vO的相差成比例，的相差成比例，

29、实现相差实现相差/电压的变换。电压的变换。鉴相器一般采用模拟乘法器实现鉴相器一般采用模拟乘法器实现(1)(1)鉴相器鉴相器PD原理如下原理如下:是一个相位比较电路，是一个相位比较电路，可实现输入信号可实现输入信号vI和和压控振荡器输出压控振荡器输出vO的相位鉴别的相位鉴别设设输入信号为输入信号为 vi(t)=Vimcosi t+i(t)VCO的输出为的输出为 vo(t)=Vomcoso t+o(t)将和频分量滤除，且将和频分量滤除，且当当io时时,有有 vD(t)=Km vi(t)vo(t)相乘后得到相乘后得到 v D(t)=Km vi(t)vo(t)Kd 称为鉴相灵敏度称为鉴相灵敏度(t)=

30、i(t)-o(t)称为输入与输出称为输入与输出之间的瞬时相差之间的瞬时相差 (2)环路滤波器环路滤波器LF一般是一个低通滤波器一般是一个低通滤波器功能是：功能是：传递相位误差信号传递相位误差信号 vD(t)；滤除高频分量和干扰滤除高频分量和干扰 。输出为输出为VC(t)F(s)vD(s)F(s)为滤波器的传递函数，为滤波器的传递函数，s s为拉氏算子为拉氏算子 图图20.12 20.12 环路滤波器电路图环路滤波器电路图 电路如电路如图图20.12所示。所示。图中的图中的R2一般集成一般集成在运放中在运放中,R1和和C外外接接,用以调节电路的用以调节电路的相移滞后角度。相移滞后角度。演示演示

31、环路滤波器的环路滤波器的RC电路往往与运放组成有源滤波器，电路往往与运放组成有源滤波器，(3)(3)压控振荡器压控振荡器VCO 一般的振荡器要调节频率，是通过改变选频网络一般的振荡器要调节频率，是通过改变选频网络的参数的参数(如如R、L、C)实现的。实现的。VCO的压控特性为的压控特性为 o(t)=o+Kovc(t)称为固有频率，即称为固有频率，即vc(t)=0时的时的VCO输出频率输出频率称为压控灵敏度，称为压控灵敏度，单位单位Hz/V VCO是通过改变一个控制电压去改变振荡器的频是通过改变一个控制电压去改变振荡器的频率，因此率，因此VCO是一个电压是一个电压/频率变换电路。频率变换电路。由

32、于由于VCO便于控制，它可以组合成许多有用的电便于控制，它可以组合成许多有用的电路。路。8.5.2 8.5.2 锁相环的工作原理锁相环的工作原理 为了说明锁相环的工作原理，设输入频率为了说明锁相环的工作原理，设输入频率fi 与与VCO的的振荡频率振荡频率fo之间有一个小的频率差。这两个信号经鉴相器之间有一个小的频率差。这两个信号经鉴相器PD和环路滤波器和环路滤波器LF后，得到后，得到 vc(t)作作用用在在VCO上上，对对VCO调调频频，此此时时VCO的的振振荡荡频频率率将将在在f0的的基基础础上上随随时时间间按按余余弦弦规规律律变变化化，如如图图20.13所所示。示。图图20.13 20.1

33、3 鉴相器输出波形的形成鉴相器输出波形的形成vo(t)的频率的频率()(i-o)()vD(t)上宽下窄上宽下窄有直流分量有直流分量Vc控制控制fo向向fi趋近趋近频率牵引频率牵引环路锁定环路锁定牵引过程结束后牵引过程结束后,锁相环达到锁相环达到 i-o=0,=const,vc(t)=Vc的状态的状态捕捉过程捕捉过程从环路失锁到从环路失锁到环路锁定的过程环路锁定的过程所需要的时间称为捕捉时间，所需要的时间称为捕捉时间，用用tc表示。表示。环路跟踪环路跟踪锁相环锁定后，锁相环锁定后，i-o=0,而而=const0,就有就有 vc(t)=VC使锁相环有能力使锁相环有能力一旦在输入信号频率发生变化时，

34、一旦在输入信号频率发生变化时，继续锁定输出频率，继续锁定输出频率，使输出频率始终使输出频率始终同步跟踪输入频率的现象。同步跟踪输入频率的现象。图图20.14 20.14 环路滤波器的输出波形环路滤波器的输出波形 图图20.13 20.13 鉴相器输出波形的形成鉴相器输出波形的形成8.5.3 8.5.3 锁相环用于调制解调电路锁相环用于调制解调电路调制：携带信息的输入信号来控制另一信号的某一参数，使之按照输入信号的规律而变化的过程，输入信号称为调制信号，被控制的信号称为载波（或载频）信号，能够完成调制功能的电路称为调制器，其输出信号为调制波。载波信号一般为等幅振荡信号，其振荡频率相对输入信号的频

35、率为高频信号。若调制信号控制载波信号的幅度，则称为幅度调制，简称调幅，用AM表示。调幅波的频率等于载波的频率，幅值随调制信号的幅值变化。若调制信号控制载波信号的频率，则称为频率调制，简称调频，用FM表示，调频波以载波频率为中心频率，且频率随调制信号幅值成线性关系，但其幅度不变。若调制信号控制载波信号的相位，则称为相位调制，简称调相，用PM表示。二、锁相环用于调频电路三、锁相环用于解调电路1、调频波的解调电路低通滤波器的上限频率足够高，能够反映原调制信号锁相环的捕捉带要足够宽，应大于输入调频信号的频率变化范围。2、调幅波的同步检波电路8.5.4 8.5.4 锁相环用于频率合成电路锁相环用于频率合

36、成电路 频率合成是频率合成是锁相环的重要应用。频率合成是对一个基锁相环的重要应用。频率合成是对一个基准信号准信号fR 进行算术运算，从而得到许多新的频率成分。进行算术运算，从而得到许多新的频率成分。频率合成电路由锁相环和两个分频器构成，见图频率合成电路由锁相环和两个分频器构成，见图20.15。显显然然改改变变分分频频系系数数M和和N，输输出出频率频率f0将随之改变。将随之改变。分频器分频器M和分频器和分频器N的输出的输出锁相环锁定时图20.15 频率合成电路框图二、锁相混频器普通混频器锁相混频器本章小结本章小结1自自激激振振荡荡可可以以使使反反馈馈放放大大器器工工作作不不稳稳定定，但但我我们们

37、可可以以利利用用产产生生自自激激振振荡荡的的条条件件去去构构成成正正反反馈馈电电路路，以以产产生生正正弦弦波波振振荡荡。正正弦弦波波振振荡荡电电路路由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成。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荡电电路路是是一一种种特特殊殊类类型型的的LC振振荡荡电电路路，其其特特点点是是具具有有很很高高的的频频率率稳稳定定性。性。3比比较较

38、器器是是一一种种能能够够比比较较两两个个模模拟拟量量大大小小的的电电路路。由由于于集集成成运运放放的的开开环环电电压压增增益益很很高高，所所以以，当当集集成成运运放放工工作作在在开开环环状状态态时时，可可以以作作为为比比较较器器使使用用。这这时时，运运放放工工作作在在非非线线性性状状态态，其其输输出出电电压压仅仅为为正正负负饱饱和和值值，输输入入信信号号“虚虚短短”的的概概念念也也不不再再成成立立。迟迟滞滞比比较较器器具具有有回回差差特特性性，在信号处理电路中得到了广泛应用。在信号处理电路中得到了广泛应用。4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，运运放放一一般般工工作作在在非非线线性性状状态态。电电路路是是由由积积分分器器、反反馈馈网网络络、和和比比较较器器等等环环节节组组成成，属于一种弛张振荡电路。这一类电路也得到了广泛的应用。属于一种弛张振荡电路。这一类电路也得到了广泛的应用。