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1、第八章 波形的发生和信号的转换,模拟电子技术电 子 教 案沈阳工业大学电子技术教研室,第八章 波形的发生和信号的转换,第八章 波形的发生和信号的转换,第八章 波形的发生和信号的转换,目 录,第一节 电压比较器第二节 非正弦波发生器第三节 正弦波发生器第四节 信号转换电路,第八章 波形的发生和信号的转换,第一节 电压比较器,目录,一、概述,二、单限比较器,三、滞回比较器,四、窗口比较器,五、集成电压比较器,第八章 波形的发生和信号的转换,目录,第一节 电压比较器,一、概述,1. 功能： 比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。 输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有
2、高电平和低电平两种情况。广泛用于各种报警电路。,2. 电压比较器的描述方法: 电压传输特性 uOf(uI),电压传输特性的三个要素：1) 输出高电平UOH和输出低电平UOL2) 阈值电压UT3) 输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向,第八章 波形的发生和信号的转换,目录,第一节 电压比较器,3. 几种常用的电压比较器,1) 单限比较器：只有一个阈值电压,3) 窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。,2) 滞回比较器：具有滞回特性 回差电压,第八章 波形的发生和信号的转换,目录,第一节 正弦波发生器,4. 集成运放的非线性工作区,电路特征：集成运放处于开环或仅引入正
3、反馈（uPuN),集成运放工作在非线性区的特点,净输入电流为0 即虚断2) uP uN时， uOUOM； uP 0 时 uO UOM， uI 0 时 uO UOM。,集成运放的净输入电压最大值为UD,输入限幅电路：,第八章 波形的发生和信号的转换,目录,第一节 电压比较器,输出限幅电路 为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路,UOH UZ1 UD2 UOL( UZ2 UD1),UOH UOL UZ,UOH UZ UOL UD,不可缺少！,第八章 波形的发生和信号的转换,目录,第一节 电压比较器,输出限幅电路,uO UZ,1) 保护输入端2) 加速集成运放状态的转换,电压比较器的分析方法：
4、写出 uP、uN的表达式，令uP uN，求解出的 uI即为UT；根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定uO的跃变方向。,第八章 波形的发生和信号的转换,目录,第一节 电压比较器,2. 一般单限比较器,1) 若要UTURH时uO1= uO2= UOM，D1导通，D2截止； uO= UZ,当uIURH时uO2= uO1= UOM，D2导通，D1截止； uO= UZ,当URLuI URH时 uO1= uO2= UOM，D1、D2均截止； uO= 0,第八章 波形的发生和信号的转换,目录,第一节 电压比较器,讨论三,已知各电压比较器的电压传输特性，指出比
5、较器类型；输入电压为5sint(V)，画出输出电压的波形。,你能分别组成具有图示电压传输特性的电压比较器电路吗？,同相输入单限比较器,反相输入滞回比较器,窗口比较器,第八章 波形的发生和信号的转换,目录,第一节 电压比较器,五、 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。,(a) 正弦波变换为矩形波 (b) 有干扰正弦波变换为方波,第八章 波形的发生和信号的转换,五、单片集成比较器1.由运放组成的VC与IC-VC比较,2.使用IC-VC考虑LM339（2） IC-VC可组成电平VC、滞回VC、窗口VC。使用 时查IC手册。,第一节 电压比较器,第八章
6、 波形的发生和信号的转换,目录,第二节 非正弦波发生电路,一、常见的非正弦波,二、矩形波发生电路,三、三角波发生电路,四、锯齿波发生电路,五、波形变换电路,矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。,第八章 波形的发生和信号的转换,第二节 非正弦波发生电路,一、矩形波发生电路,输出无稳态，有两个暂态；若输出为高电平时定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。,1.基本组成部分 1) 开关电路：输出只有高电平和低电平两种情况，称为两种状态；因而采用电压比较器。 2) 反馈网络：自控，在输出为某一状态时孕育翻转成另一状态的条件。应引入反馈。 3) 延迟环节：使得两个状态均维持一定的时间，决定振
7、荡频率。利用RC电路实现。,第八章 波形的发生和信号的转换,第二节 非正弦波发生电路,2. 电路组成,正向充电： uO（+UZ）RC地,反向充电： 地C R uO（UZ）,RC 回路,滞回比较器,第八章 波形的发生和信号的转换,第二节 非正弦波发生电路,3.工作原理、分析方法,分析方法：方法一： 设电路已振荡，且在某一暂态，看是否能自动翻转为另一暂态，并能再回到原暂态。方法二： 电路合闸通电，分析电路是否有两个暂态，而无稳态。,设合闸通电时电容上电压为0，uO上升，则产生正反馈过程： uO uN uO ，直至 uOUZ， uP+UT，第一暂态。,第八章 波形的发生和信号的转换,第二节 非正弦波
8、发生电路,3. 工作原理：分析,电容正向充电，t uN，t，uN UZ；但当uN+UT时，再增大， uO从+ UZ跃变为-UZ， uPUT，电路进入第二暂态,电容反向充电，t uN，t ， uN - UZ；但当uN UT时，再减小， uO从- UZ跃变为+UZ， uP+UT，电路返回第一暂态,第一暂态：uOUZ， uP+UT,第八章 波形的发生和信号的转换,第二节 非正弦波发生电路,脉冲宽度,4.波形分析,第八章 波形的发生和信号的转换,正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。,5. 占空比可调电路,为了占空比调节范围大，R3应如何取值？,第二节 非正弦波发生电路,第八章 波形的发生和信
9、号的转换,三、三角波发生电路,1. 电路组成 用积分运算电路可将方波变为三角波。,实际电路将两个RC 环节合二而一,为什么采用同相输入的滞回比较器？,uO要取代uC，必须改变输入端。,集成运放应用电路的分析方法：化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算,第二节 非正弦波发生电路,第八章 波形的发生和信号的转换,2. 工作原理,滞回比较器,积分运算电路,求滞回比较器的电压传输特性：三要素 UOH 、 UOL ， UT， uI过UT时曲线的跃变方向。,第二节 非正弦波发生电路,第八章 波形的发生和信号的转换,三角波发生电路的振荡原理,合闸通电，通常C 上电压为0。设uO1 uP1 u
10、O1，直至uO1 UZ（第一暂态）；积分电路反向积分，t uO，一旦uO过 UT ，uO1从 UZ跃变为 UZ （第二暂态） 。 积分电路正向积分，t uO， 一旦uO过 UT ， uO1从 UZ跃变为 UZ ，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。,电路状态翻转时，uP1=?,第二节 非正弦波发生电路,第八章 波形的发生和信号的转换,3. 波形分析,如何调整三角波的幅值和频率？,为什么是三角波？怎样获得锯齿波？,“定性地调试”：哪些参数与幅值有关？哪些参数与频率有关？先调哪个参数？,第二节 非正弦波发生电路,第八章 波形的发生和信号的转换,四、锯齿波发生电路,1. R3应大些
11、？小些？2. RW的滑动端在最上端和最下端时的波形？,T,3. R3短路时的波形？,第二节 非正弦波发生电路,第八章 波形的发生和信号的转换,讨论一,已知uO1和uO2的峰-峰值均为12V，二极管为理想二极管。1、求出稳压管的稳压值UZ和R4的阻值；2、定性画出uO1、uO2的波形图；3、求解的表达式。,第二节 非正弦波发生电路,第八章 波形的发生和信号的转换,讨论二,现有频率为1kHz的正弦波ui，实现下列变换：1kHz的正弦波ui2kHz的正弦波2kHz的方波2kHz的三角波,第二节 非正弦波发生电路,第八章 波形的发生和信号的转换,第三节 正弦波振荡电路,一、正弦波振荡的条件和电路的组成
12、,二、RC正弦波振荡电路,三、LC正弦波振荡电路,四、石英晶体正弦波振荡电路,第八章 波形的发生和信号的转换,第三节 正弦波振荡电路,一、正弦波振荡的条件和电路的组成,1. 正弦波振荡的条件 无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。 与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。,在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：,由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。,第八章 波形的发生和信号的转换,第三节 正弦波振荡电路,一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即,起振条件：,要产生正弦波振荡，必须有满足相位
13、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。,第八章 波形的发生和信号的转换,第三节 正弦波振荡电路,2. 起振与稳幅,电路如何从起振到稳幅？,稳定的振幅,第八章 波形的发生和信号的转换,第三节 正弦波振荡电路,3. 基本组成部分,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：确定f0，保证电路产生正弦波振荡4) 非线性环节（稳幅环节）：稳幅,1) 是否存在主要组成部分；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，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。,常合二而一,4.分析方法,第八章 波形的发生和信号的转换,第三节 正弦波振荡电路,相位条件的判断方法：瞬时极性法,断开反馈，在断开处给放大电路加 ff0的信号Ui，且规定其极性，然后根据 Ui的极性 Uo的极性 Uf的极性若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。,
