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1、第8章波形发生与信号转换电路 小结 第8章波形发生与信号转换电路 第8单波形发生与信号转换电路 信号产生电路 振荡器 Oscillators 分类 正弦波振荡 非正弦波振荡 RC振荡器 1kHz 数百kHz LC振荡器 几百kHz以上 石英晶体振荡器 频率稳定度高 方波 三角波 锯齿波等 主要性要求能 输出信号的幅度准确稳定 输出信号的频率准确稳定 8 1概述 8 1概述 8 2正弦波振荡电路 8 2 1正弦波振荡的条件 8 2 2RC正弦波振荡电路 8 2 3LC正弦波振荡电路 8 2 4石英晶体正弦波振荡电路 8 2正弦波振荡电路 8 2 1正弦波振荡的条件 一 振荡条件 微弱的电扰动中
2、某一频率成分通过正反馈逐渐放大 则产生正弦振荡 振幅平衡条件 相位平衡条件 n 0 1 2 8 2 1正弦波振荡条件1 二 起振条件 起振条件 1 Fu Au 1 Fu O ui uo Au uo AuFu 1 AuFu 1 Ui1 Uo1 Uf1 Ui2 Uo2 Uf2 Ui3 Uo3 Uf2 Ui4 Uo4 uf 起振 稳幅 8 2 1正弦波振荡条件2 三 电路的组成和起振的判断 1 放大电路Au 2 正反馈网络Fu 3 选频率网络 实现单一频率的振荡 4 稳幅环节 使振荡稳定 波形好 满足振荡条件 组成 8 2 1正弦波振荡条件3 判断 1 检查电路组成 2 Q 是否合适 3 是否满足起
3、振条件 8 2 1正弦波振荡条件4 8 2 2RC正弦波振荡电路 一 RC桥式振荡电路 1 RC串并联选频网络 式中 0 1 RC 当 0时 0 8 2 2RC正弦波振荡电路1 2 RC桥氏振荡电路 A 2n F 0 2 电路 同相放大器 1 组成 8 2 2RC正弦波振荡电路2 3 振荡频率 4 振荡条件 Rf不能太大 否则正弦波将变成方波 应使 8 2 2RC正弦波振荡电路3 5 稳幅措施 为使电Au为非线性 起振时 应使Au 3 稳幅后Au 3 C R1 Rf R C R 正温度系数 负温度系数 热敏电阻稳幅 8 2 2RC正弦波振荡电路4 R1 R2 V1 V2 R3 Au 1 R2
4、R1 3 为使失真小 R2 2R1 R2 2R1 R3 Au 1 R2 R3 R1 3 起振时信号小 二极管电阻大 12 4k R2 8 1k f0 1 94kHz 二极管稳幅 8 2k 6 2k 22k 4 3k 0 01 F 8 2k 0 01 F 8 2 2RC正弦波振荡电路5 二 RC移相式振荡电路 补充 C R Rf R C R C 一节RC环节 移相 90 二节RC环节 移相 180 三节RC环节 移相 270 满足相位平衡条件 优点 结构简单 缺点 选频特性差 输出波形差 8 2 2RC正弦波振荡电路6 8 2 3LC正弦波振荡电路 类型 变压器反馈式 电感三点式 电容三点式 一
5、 变压器反馈式LC振荡电路 L的等效损耗电阻 一 LC并联回路的特性 Z 8 2 3LC正弦波振荡电路1 1 谐振频率f0 2 谐振阻抗Z0 3 回路品质因数Q 8 2 3LC正弦波振荡电路2 4 频率特性 Q大 Q小 Q增大 幅频特性 相频特性 8 2 3LC正弦波振荡电路3 5 并联谐振的本质 电流谐振 1 Z Z0 呈纯阻 2 形成环流 大小是总电流的Q倍 8 2 3LC正弦波振荡电路4 二 变压器反馈式振荡电路 满足相位平衡条件 同名端同极性 8 2 3LC正弦波振荡电路5 8 2 3LC正弦波振荡电路6 1 电感三点式和电容三点式LC正弦波发生器 把并联LC回路中的C或L分成两个 则
6、LC回路就有三个端点 把这三个端点分别与三极管的三个极相连 就形成了LC三点式正弦波发生电路 它们又分为电感三点式和电容三点式两类 二 三点式LC振荡电路 8 2 3LC正弦波振荡电路7 2 组成LC三点式正弦波发生电路的规律 LC三点式正弦波发生电路的一般结构如下图所示 图LC三点式正弦波发生电路的一般结构 a 反相放大 b 同相放大 图a 为中点接地 图b 为一端接地 8 2 3LC正弦波振荡电路8 结论 在LC三点式正弦波发生电路中 为了判断相位平衡条件 有 3 电感三点式振荡电路 M 8 2 3LC正弦波振荡电路9 优点 缺点 易起振 L间耦合紧 易调节 C可调 输出取自电感 对高次谐
7、波阻抗大 输出波形差 8 2 3LC正弦波振荡电路10 4 电容三点式振荡电路 考毕兹振荡器 Colpitts C3 8 2 3LC正弦波振荡电路11 优点 波形较好 缺点 2 T极间电容影响f0 1 调频时易停振 C3的改进 8 2 3LC正弦波振荡电路12 8 2 4石英晶体 Crystal 振荡电路 一 石英晶体谐振器的阻抗特性 1 结构和符号 化学成分SiO2 结构 晶片 符号 8 2 4石英晶体振荡电路1 2 压电效应 形变 形变 机械振动 外力 压电谐振 外加交变电压的频率等于晶体固有频率时 机械振动幅度急剧加大的现象 8 2 4石英晶体振荡电路2 3 等效电路 L 晶体的动态电感
8、 10 3 102H 大 C 晶体的动态电容 0 1pF 小 r 等效摩擦损耗电阻 小 Co 晶片静态电容 几 几十pF 8 2 4石英晶体振荡电路3 大 小 小 大 4 频率特性和谐振频率 容性 容性 感性 8 2 4石英晶体振荡电路4 5 使用注意 2 要有合适的激励电平 过大会影响频率稳定度 振坏晶片 过小会使噪声影响大 还能停振 1 要接一定的负载电容CL 微调 以达标称频率 8 2 4石英晶体振荡电路5 二 石英晶体谐振电路 1 串联型 f fs 晶体呈纯阻 2 并联型 fs f fp 晶体呈感性 8 2 4石英晶体振荡电路6 8 3电压比较器 8 3 1简单比较器 8 3 2窗口比
9、较器 8 3 3滞回比较器 8 3电压比较器 电压比较器 Comparer 的分类 8 3 1简单比较器 功能 类型 基本比较器 简单比较器 单门限 窗口比较器 双门限 滞回比较器 施密特触发器 比较电压信号 被测试信号与标准信号 大小 1 过零电压比较器 uI 0 uI 0 UOmax UOmax UOH UOL 8 3 1简单比较器1 2 同相输入单门限比较器 UZ uI UREF UZ uI UREF 门限电压UT 特点 1 工作在非线性区 2 不存在虚短 除了uI UREF时 3 存在虚断 门限电压UT UREF 8 3 1简单比较器2 8 3 2窗口比较器 uO U1 U2 uI D
10、1 D2 uO1 uO2 8 3 2简单比较器3 设U1 U2 比较器采用单电源 UOmax 截止导通 UZ 0 UOmax 0 导通截止 UZ 0 0 截止截止 0 UZ U1 U2 8 3 2简单比较器4 应用举例 三极管 值分选电路 50 100 LED不亮 分析电路是否满足要求 100 LED亮 8 3 2简单比较器5 解 IB 15 0 7 1430 0 01mA 当 50时 IC 0 5mA UC 2 5V V2导通 LED亮 当 100时 IC 1mA UC 5VV1导通 LED亮 当50 100时 2 5V UC 5V LED不亮 8 3 2简单比较器6 1 电路和门限电压 8
11、 3 3滞回比较器 1 反相型滞回比较器 正反馈 当uI uP时 uO UZ 当uI uP时 uO UZ 当uI uP时 状态翻转 8 3 3滞回比较器1 例 R1 30k R2 15k UZ 6V UREF 0 求UT 8 3 3滞回比较器2 特点 2 传输特性 R R1 uI UREF R2 R3 UZ P uO uO UT UT UZ UZ 当uI逐渐增大时 只要uI UT 则uO UZ 一旦uI UT 则uO UZ 当uI逐渐减小时 只要uI UT 则uO UZ 一旦uI UT 则uO UZ 上门限 下门限 U UT UT 回差电压 uI上升时与上门限比 uI下降时与下门限比 8 3
12、3滞回比较器3 2 同相型滞回比较器 状态翻转时 uP uN UREF 若UREF 0 8 3 3滞回比较器4 传输特性 U UT UT 8 3 3滞回比较器5 抗干扰 单门限比较 UT 滞回比较 UT UT uO 8 3 3滞回比较器6 整形 8 3 3滞回比较器7 8 4 1矩形波产生电路 AstableMultivibrator 1 电路组成和输出波形 8 4非正弦波发生电路 8 4非正弦波发生电路 2 振荡频率 占空比 50 8 4 1矩形波发生电路1 8 4 1矩形波发生电路2 3 占空比可调的矩形波电路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
13、电路如下图 8 4 2三角形波发生电路 三角波发生电路8 4 2三角波发生电路三角波发生器的电路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UREF 8 4 3三角形波发生电路 8 4 3锯齿波发生电路为了获得锯齿波 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小为 R R C 而放电时间常数仍为RC 锯齿波电路的波形图如下 例1 指出能够实现下列波形的各个电路的名称 例2 例2 设振荡周期为T 在一个周期内uO1 UZ的时间为T1 则占空比为T1 T 在电路某一参数变化时 其余参数不变 选择 增大 不变或 减小填入空内 当R1增
14、大时 uO1的占空比将 振荡频率将 uO2的幅值将 若RW1的滑动端向上移动 则uO1的占空比将 振荡频率将 uO2的幅值将 若RW2的滑动端向上移动 则uO1的占空比将 振荡频率将 uO2的幅值将 答案 设RW1 RW2在未调整前滑动端均处于中点 则应填入 例3 已知ui为正弦波 画出uo波形 补充 压控方波产生电路 一 积分 施密特触发器型压控振荡器 压控恒流源 压控恒流源 积分器 积分器 镜象电流源 镜象电流源 uO UOL V3截止 uO UOH C充电至UT V3导通 C放电至UT uO UOL 占空比50 补充1 压控方波产生电路1 二 8038集成函数发生器 I01 1 原理 1
15、1 VCC R R R R S C I01 I02 6 9 3 2 VEE 或地 10 反相器 电压跟随器 正弦波变换器 补充1 压控方波产生电路2 当Q 0 S断开 C充电 I01 至2 3VCC Q 1 当Q 1 S闭合 C放电 I02 I01 至1 3VCC Q 0 当I02 2I01 引脚9输出方波 引脚3输出三角波 当I02 2I01 引脚9输出矩形波 引脚3输出锯齿波 补充1 压控方波产生电路3 2 应用 应用1 调占空比和正弦波失真 应用2 一 信号产生电路的分类 正弦波振荡 非正弦波振荡 RC振荡器 低频 LC振荡器 高频 石英晶体振荡器 振荡频率精确 方波 三角波 锯齿波等
16、小结 小结1 二 正弦波振荡条件 电路结构和选频电路 1 振荡条件 振幅平衡条件 相位平衡条件 n 0 1 2 判断电路是否起振采用瞬时极性法 即断开反馈网络 加一信号 如果信号极性逐级变化后 返回后与原信号同极性 则满足相位平衡条件 小结2 2 振荡电路的两种结构 3 选频电路及其特性 小结3 1 RC串并联式 幅频特性 相频特性 当 0 1 RC时 0 电路 小结4 2 LC并联谐振回路 阻抗幅频特性 电路 阻抗相频特性 谐振频率 谐振阻抗 回路品质因数 小结5 三 正弦波振荡电路 1 RC桥氏振荡电路 C R1 Rf R C R 振荡频率 振荡条件 即 自动稳幅措施 使电Au成为非线性 Rf串接二极管 图略 Rf串接负温度系数热敏电阻 R1采用正温度系数热敏电阻 小结6 3 LC振荡电路 变压器反馈式 电感三点式 小结7 电容三点式 小结8 四 石英晶体振荡电路 1 等效电路和频率特性 符号 等效电路 频率特性 串联谐振频率 并联谐振频率 2 石英晶体谐振电路 串联型 f fs 晶体呈纯阻 并联型 fs f fp 晶体呈感性 小结9 五 比较器 1 单限电压比较器 传输特性 小结
