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1、,积分运算电路,微分运算电路,对数运算电路,指数运算电路,理想运放在线性工作区的特点,基本运算电路分析思路： 以“虚短”、“虚断”为理论分析基础，对与uo 和uI联系紧密的节点列节点电流方程式，然后将方程式中的支路电流以其两个端点的电位差来表征，进行整理，即可得到uo与uI 所对应的运算关系。,集成模拟乘法器,K-称为乘法系数（乘积增益或标尺因子）,第8章 波形的发生和信号的转换,8.1 正弦波振荡电路,8.2 电压比较器,8.3 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,8.1 正弦波振荡电路,知识要点： 1、掌握正弦波振荡的平衡条件； 2、掌握正弦波振荡电路的组成、各部分作
2、用及其分类； 3、掌握文氏桥振荡电路（RC正弦波振荡电路）的电路构成及其特点。,正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。 电路的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦。,应用： 无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。,概述：,8.1.1 正弦波振荡电路工作原理,从电路结构组成上讲，正弦波振荡电路属于正反馈放大电路。电路要进行正常的工作，必须产生“自激振荡”，电路才可以输出一定频率与一定幅值的正弦波信号。,“自激振荡”现象的特征：,当放大电路输入信号为0时，电路输出端仍有一定频率和一定幅值的信号输
3、出。,正弦波振荡电路方框图：正反馈放大电路结构框图,电扰动信号,经电路放大,起振过程,动态平衡-稳定振荡,uf 与 uo 波形,以及自激振荡发生时，输入信号为0的条件，可知：,而当自激振荡达到最终的动态平衡状态时：,此为正弦波振荡电路中自激振荡动态平衡条件,可分为幅值平衡条件和相位平衡条件两部分：,由正反馈结构放大电路所对应的：,8.1.2 正弦波振荡电路“自激振荡”建立与维持动态平衡的条件,幅值平衡条件：,相位平衡条件：,起振的幅值条件：,稳幅环节,一个反馈放大电路如果满足自激振荡的幅值和相位条件，是不是就能够输出正弦波？,振荡电路输出波形的幅值会不会无限增大下去？,选频网络,8.1.3正弦
4、波振荡电路的组成、各部分作用,至少应具备四部分： 放大电路，选频网络，正反馈网络，稳幅环节。,1、放大电路：作用是完成起振过程，实现内部振荡信号幅值由小到大的增长过程。,2、选频网络：由它来决定电路中振荡信号频率，确保电路产生单一频率的正弦波信号的输出。 选频特性体现为：仅对由电路参数所确定的频率的信号实现幅值由小到大的振荡过程，而对其他频率的信号，电路会令它们逐渐的衰减，直至消失。,3、正反馈网络：满足自激振荡的相位条件。,4、稳幅环节：非线性电路，是为了促使振荡信号幅值尽快稳定，达到最终的动态平衡状态。 一般分立电路中不需要单独的配置稳幅环节，而对集成电路而言，则需要再配置一定的非线性电路
5、。,注意： 通常正弦波振荡电路中的选频网络与正反馈网络是合二为一的 。,8.1.4判断一电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤,1、观察电路构成是否包含放大电路，选频网络，正反馈网络，稳幅环节；,2、判断其放大电路能否正常工作，即其Q点设置是否合适、动态信号能否被顺利的输入、放大、输出。,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：,4、判断电路是否满足正弦波振荡起振的幅值条件。,fo,8.1.5 正弦波振荡电路的分类,分类依据：根据选频网络中所用器件的不同来划分：,1、RC正弦波振荡电路： 振荡频率fo较低，一般小于1MHZ；,2、LC正弦波振荡电路： fo较高，一般大于1MHZ
6、 ；,3、石英晶体正弦波振荡电路： fo较高，大于1MHZ，且非常稳定。,8.1.6 RC正弦波振荡电路 （桥式、移相式和双T型）,文氏桥振荡电路是RC正弦波振荡电路（低频正弦波振荡电路）中的典型电路结构，又称为RC桥式正弦波振荡电路。,1、结构特点：,（1）由单一的集成运放构成； （2）R1与Rf构成负反馈网络，作用是确保集成运放工作在线性放大区，使电路具有放大电路； （3）R与C相串、并联的电路构成正反馈网络，它与电路的选频网络是合二为一的； （4）此结构暂没考虑配置稳幅电路。,（5）因正反馈网络与负反馈网络两部分电路构成一电桥，故命名为文氏桥振荡电路。,式中 ：,2、R与C串、并联网络选
7、频特性,3、负反馈网络中R1，Rf阻值的选配,起振的幅值条件：,+Uf _,在电路中再加入非线性环节稳幅环节， 常用的措施有两种：,措施一：将负反馈网络中的R1或Rf 用热敏电阻来取代。,热敏电阻的特性：随温度的变化，其本身阻值随之发生变化 ，当温度升高时，阻值变大，称为具有正温度系数的热敏电阻，而反之称为具有负温度系数的热敏电阻。,4、稳幅环节（额外配置）,负温度系数 热敏电阻,正温度系数 热敏电阻,热敏电阻,即,热敏电阻的作用,稳幅原理,起振时：,措施二：在Rf支路上串接两个并联反接的二极管,二极管在动态信号的作用下可等效成为一个动态电阻rd，而rd阻值会随着流经电流的增大而变小，从而达到
8、了稳定幅值的目的。,振荡建立：,当电路一接上直流电源，由于电冲击或噪声或干扰等信号的存在，它们都含有丰富的谐波，总有与振荡频率f0相同的谐波，这个信号虽然很微弱，但经过放大电路和反馈网络的作用，使输出信号的幅值越来越大，正弦波振荡由小到大地建立起来。,稳定：,输入谐波经过放大 反馈 再放大的循环，使输出幅度不断增加，但由于幅度增大到一定程度时，运算放大器工作在非线性区，或三极管工作在非放大区，所以输出幅度趋于稳定。,5、振荡频率fo的可调措施,双层波段开关,同轴电位器,电子琴的振荡电路：,例1：判断电路是否满足振荡的相位条件,输入端,正反馈,例2：判断电路是否满足振荡的相位条件,输入端,RC网
9、络正反馈，RF、RE1组成负反馈，参数合适则可产生振荡。,例3：判断电路是否满足振荡的相位条件。,正弦波振荡电路的组成、各部分作用,至少应具备四部分： 放大电路，选频网络，正反馈网络，稳幅环节。,1、放大电路：作用是完成起振过程，实现内部振荡信号幅值由小到大的增长过程。,2、选频网络：由它来决定电路中振荡信号频率，确保电路产生单一频率的正弦波信号的输出。 选频特性体现为：仅对由电路参数所确定的频率的信号实现幅值由小到大的振荡过程，而对其他频率的信号，电路会令它们逐渐的衰减，直至消失。,3、正反馈网络：满足自激振荡的相位条件。,4、稳幅环节：非线性电路，是为了促使振荡信号幅值尽快稳定，达到最终的
10、动态平衡状态。,通常正弦波振荡电路中的选频网络与正反馈网络是合二为一的 。,幅值平衡条件：,相位平衡条件：,起振的幅值条件：,正弦波振荡电路中自激振荡动态平衡条件,判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法,1、观察电路构成是否包含放大电路，选频网络，正反馈网络，稳幅环节；,2、判断其放大电路能否正常工作，即其Q点设置是否合适、动态信号能否被顺利的输入、放大、输出。,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：,4、判断电路是否满足正弦波振荡起振的幅值条件。,fo,正弦波振荡电路的分类,分类依据：根据选频网络中所用器件的不同来划分：,1、RC正弦波振荡电路： 振荡频率fo较低，一般小于1
11、MHZ；,2、LC正弦波振荡电路： fo较高，一般大于1MHZ ；,3、石英晶体正弦波振荡电路： fo较高，大于1MHZ，且非常稳定。,RC正弦波振荡电路 （桥式、移相式和双T型）,文氏桥振荡电路,常用的措施有两种：,措施一：将负反馈网络中的R1或Rf 用热敏电阻来取代。,稳幅环节（额外配置）,负温度系数 热敏电阻,正温度系数 热敏电阻,措施二：在Rf支路上串接两个并联反接的二极管,二极管在动态信号的作用下可等效成为一个动态电阻rd，而rd阻值会随着流经电流的增大而变小，从而达到了稳定幅值的目的。,8.1.7 LC正弦波振荡电路,LC选频网络：并联,损耗等效电阻,理想状态,一、LC并联谐振回路
12、的选频特性,谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻,二、选频放大电路：,LC正弦波振荡电路构建思路： 在选频放大电路的基础上再引入正反馈，若能以反馈电压取代输入电压，则就构成了LC正弦波振荡电路。,变压器反馈式、电感反馈式、电容反馈式,三、LC正弦波振荡电路分类：,所用放大电路视振荡频率而定，可为共射极放大电路，也可以为共基极放大电路。,互感线圈的同名端判别,磁棒,初级线圈,次级线圈,同名端,反馈信号通过互感线圈引出,变压器线圈同名端和异名端的相位关系,若变压器原副边线圈通过两端相连，另外两端若为同名端则同相位，若为异名端则反相位。,若b和d相连，a和c为异名端则a和c反相位。,若b和d相连，a和
13、c为同名端则a和c同相位。,电感线圈各点的相位关系,若电感线圈的一端点接地（a或c），中间点(b)和另一端点(c或a)同相位；若中间点(b)接地，则两端点（a和c）反相位。,四、变压器反馈式LC振荡电路,放大电路,选频电路,正反馈网络,变压器反馈式振荡电路特性总结：,易于产生振荡，波形较好，应用范围广泛，但由于其输出电压和反馈电压靠磁路耦合，耦合不紧密，损耗较大，并且振荡频率稳定性不高。,五、电感反馈式振荡电路（电感三点式振荡电路）,放大电路,选频电路,正反馈网络,uf,反馈电压取自L2,电感反馈式振荡电路特性总结：,两N1、N2线圈耦合紧密，振幅大，振荡频率高，且具有较宽的调节范围，但其输出
14、电压波形中常含有高次谐波，因此常用在对波形要求不高的设备之中。,例：电路如图所示，Cb为旁路电容，C1为耦合电容，对交流信号均视为短路。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。,解：,变压器原边线圈的下端和副边线圈的上端为同名端；或者说原边线圈的上端和副边线圈的下端为同名端。,输入端,输出端,反馈端,六、 电容反馈式LC振荡电路,1、电容网络各点的相位关系,若一端点接地（a或c），中间点(b)和另一端点(c或a)同相位；若中间点(b)接地，则两端点（a和c）反相位。,2、电路组成及工作原理,放大电路,正反馈网络,反馈电压取自C2,选频电路,六、电容反馈式振荡电路（电
15、容三点式振荡电路）,uf,电容反馈式振荡电路特性总结：,输出电压波形好，但实现对其振荡频率的调节较难，所以常用于固定振荡频率的场合。,七、石英晶体正弦波振荡电路,石英晶体谐振器简称石英晶体，具有非常稳定的振荡频率。,1、石英晶体谐振器的结构示意图及符号,SiO2结晶体,压电效应：,交变电场,机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高,当交变电场频率 = 固有频率时，振幅最大 ,压电振荡,2、 基本特性,3、 石英晶体的等效电路,等效电路,静态电容,机械振动惯性等效,晶片弹性等效,晶片的摩擦损耗等效,（1）R、L、C支路发生串联谐振,石英晶体等效阻抗近似为纯阻性,4、 石英晶体的频率特性,等效电
16、路,（2）并联谐振（R、L、C支路与C0）,通常,所以,（1） 并联型石英晶体振荡电路,5、石英晶体正弦波振荡电路,2、 串联型石英晶体振荡电路,共基放大电路,共集放大电路,uf,一、LC并联谐振回路的选频特性,谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻,变压器反馈式、电感反馈式、电容反馈式,三、LC正弦波振荡电路分类：,所用放大电路视振荡频率而定，可为共射极放大电路，也可以为共基极放大电路。,七、石英晶体正弦波振荡电路,石英晶体谐振器简称石英晶体，具有非常稳定的振荡频率。,1、石英晶体谐振器的结构示意图及符号,SiO2结晶体,压电效应：,交变电场,机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高,当交变电场频率 = 固有频率时，振幅最大 ,压电振荡,
