《模拟电子技术基础_基于集成运放的信号产生与变换电路讲解》由会员分享,可在线阅读,更多相关《模拟电子技术基础_基于集成运放的信号产生与变换电路讲解(67页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 基于集成运放的信号产生与变换电路,信号转换电路,7.4,正弦波振荡电路,7.1,非正弦波产生电路,7.2,波形变换电路,7.3,7.1 正弦波振荡电路,7.1.1 概 述,1. 产生正弦波振荡的条件,正弦波振荡电路是一种信号发生电路,它不需外加任何输入信号,由电路自身就能产生一定频率和一定幅值的正弦输出信号。,在电扰动下,对于某一特定频率f0的信号形成正反馈:,起振条件:,要产生正弦波振荡,必须有满足相位条件的f0,且在合闸通电时对于f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程,即满足起振条件。,输出电压从幅值很小、含有丰富频率,到仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。,2振荡的建立与稳定
2、,振荡电路的起振条件为:,幅值很小 频率丰富,振荡的建立与稳定过程:,频率趋于单一幅值逐渐增大,逐渐变为单一频率的稳幅振荡,3正弦波信号发生器的电路组成,1) 放大电路:放大作用 2) 正反馈网络:满足相位条件 3) 选频网络:产生单一频率f0的振荡 4) 非线性环节(稳幅环节):稳定输出幅值,常合二为一,1) 是否存在四个主要组成部分; 2) 放大电路能否正常工作,即是否有合适的Q点,信号是否可能正常传递,有没有被短路或断路; 3) 是否满足相位条件,即是否存在 f0,是否可能振荡 ; 4) 是否满足幅值条件,即是否一定振荡。,4、分析方法,5正弦波振荡电路的分类,按选频网络所用元件分类:,
3、(1)RC正弦波振荡电路,(产生1MHz以下),(2)LC正弦波振荡电路,变压器反馈式,电感反馈式(电感三点式),电容反馈式(电容三点式),(产生几百千赫几百兆赫),(3)石英晶体振荡器,串联型,并联型,(振荡频率非常稳定),7.1.2 RC正弦波振荡电路,可见,当 时, 最大,且 。,RC串并联网络完整的频率特性曲线:,时,,时,,只要满足: 即可。,文氏电桥振荡器,例题:R=1k,C=0.1F,R1=10k。Rf为多大时才能起振?振荡频率f0=?,解:起振条件:,振荡频率:,能自动稳幅的振荡电路:,K:双联波段开关, 切换R,用于 粗调振荡频率。,C:双联可调电容,改变C,用于细调振荡频率
4、。,频率可调的文氏桥振荡器:,振荡频率连续可调的RC串并联选频网络,频率可调的文氏桥振荡器:,7.1.3 LC正弦波振荡电路,1LC并联谐振回路,一般情况下,,当 ,,LC并联谐振回路呈纯阻性,称其发生并联谐振。,即 ,,时,LC并联谐振回路的频率特性曲线:,时,,呈纯阻性,且达到最大值,2变压器反馈式LC振荡电路,(1)相位平衡条件,(2)起振条件,利用晶体管的非线性使 电路自动稳定输出幅值。,(3)振荡频率,特点: 易起振,波形较好;耦合不紧密,损耗大,频率稳定性不高。,(+),(-),(+),(+),变压器反馈式正弦波振荡器举例:,(+),(+),(+),(+),满足相位平衡条件,(-)
5、,(+),变压器反馈式正弦波振荡器举例:,(+),(+),(),(+),振荡频率:,(),满足相位平衡条件,变压器反馈式正弦波振荡器举例:,3电感反馈(三点)式LC振荡电路,首端,尾端,中间抽头,首端,尾端,中间抽头,振荡频率:,电感的三个抽头分别接晶体管的三个极,故称之为电感三点式振荡电路。,特点:耦合紧密,易起振,振幅大;调节C 可获得较宽范围的振荡频率。波形较差,常含有高次谐波。,3电感反馈(三点)式LC振荡电路,4电容反馈(三点)式LC振荡电路,首端,尾端,中间抽头,首端,尾端,中间抽头,4电容反馈(三点)式LC振荡电路,振荡频率:,特点:波形好,振荡频率调整范围小, 适于频率固定的场
6、合。,7.1.4 石英晶体正弦波振荡电路,1. 石英晶体,SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。,压电效应: 晶片的两个电极间加一电场,会使晶体产生机械变形;相反,若在晶体上施加机械压力,又会在两个电极上产生相应的电场。,如果在晶片的两个电极间加的是交变电压,就会产生机械振动,同时机械振动又会产生交变电场,当外加交变电压的频率与晶片的固有频率相等时,机械振动的振幅达到最大,这种现象称为压电谐振。,时,,R、L、C支路发生串联谐振。,当频率高于fs小于fp时,R、L、C支路呈感性,当与 C0发生并联谐振时,其振荡频率为:,由于CC0,因此,fsfp。,感性,阻性,固有频率只决定于其几何尺寸,故非常
7、稳定。,2. 石英晶体振荡电路,(1)并联型电路,当电路的振荡频率在fs与fp之间时,石英晶体呈电感性质,在电路中起电感作用,与电容C组成电容三点式振荡电路,满足相位平衡条件。,(2)串联型电路,振荡频率:,例:改错,使电路有可能产生正弦波振荡,例:改错,使电路有可能产生正弦波振荡,7.2 非正弦波产生电路,常见的非正弦波:,矩形波,三角波,锯齿波,尖顶波,阶梯波,矩形波是基础波形,可通过波形变换得到其它波形。 通过什么电路可将矩形波变为其它几种波形?,7.2.1 矩形波产生电路,1电路组成,上、下限电压:,2工作原理,2工作原理,(1) 设 vo = + VZ ,则,此时,vO给C 充电,
8、vc ,,设vC初始值vC(0+)= 0,一旦 vc VT+ , 就有 v- v+ , vo 立即由VZ变成VZ 。,在 vc VT+ 时,,v- v+ ,vo保持+VZ不变,2工作原理,(2) 当 vo = - VZ ,则,此时,C向vO放电,再反向充电,vc达到VT-时,vo上跳。,当vo 重新回到VZ 后,电路又进入另一个周期性的变化。,3波形分析,4主要参数计算,T2阶段vc(t)的过渡方程为:,4主要参数计算,0,T/2,5占空比可调的矩形波发生电路,充电时间常数:,正向充电和反向充电时间 常数可调,占空比就可调。,放电时间常数:,7.2.2 三角波和锯齿波产生电路,1电路组成,用积
9、分运算电路可将方波变为三角波。,2工作原理,若vo1=+VZ,vo,v+ 。,当vP1 0时,vo1翻转为-VZ。,若vo1=-VZ,vo,v+ 。,当 vP1 0时,vo1翻转为+VZ。,2工作原理,3主要参数计算,发生跳变的临界条件:,振荡周期:,锯齿波发生电路,7.2.3 压控振荡器,令 ,可得滞回比较器的阈值电压为:,(1)当 vo = + VZ时,二极管导通,电容C充电,输出电压 线性下降。,电路中,R1远大于R5,输出电压vo线性下降的时间为:,(2)当 vo = - VZ时,二极管截止,电容C放电,输出电压 线性上升。,输出电压vo线性上升的时间为:,由此可见,输出信号的振荡频率
10、正比于输入电压vi,该电路也称为电压频率转换电路。,7.3 波形变换电路,正弦波变方波、变矩形波、变二倍频,方波变三角波, 三角波变方波,固定频率的三角波变正弦波,7.3.1 三角波变锯齿波电路,利用电子开关改变比例系数,(1)开关断开,(2)开关闭合,(1)开关断开,(2)开关闭合,7.3.2 三角波变正弦波电路,1滤波法,三角波用傅立叶级数展开,除基波外,还含有3次、5 次谐波。,只要低通滤波器的上限截止频率小于基波的三倍频,即可得到频率等于基波频率的正弦波。,2折线近似法,图7.3.2 用折线近似正弦波的示意图,图7.3.3 三角波变正弦波电路,图7.3.2 用折线近似正弦波的示意图,7.4 信号转换电路,7.4.1 电压电流转换电路,1.负载不接地电压电流转换电路(基本型),2. 负载接地电压电流转换电路,7.4.2 电流电压转换电路,0,输出电压vo与输入电流成正比,而与负载电阻无关。,0,7.4.3 精密整流电路,将交流电转换为直流电,称为整流。,精密整流电路的功能是将微弱的交流电压转换成直流电压。,设RRf,半波整流,二倍频三角波,绝对值运算电路,全波精密整流电路,第7章 作业,7.1 7.2 7.3 直接做在书上。,7.4 7.6 7.7 7.8 7.9,