模拟电子技术基础：8-波形的发生和信号的转换

刘宏展刘宏展 第八章 波形的发生和信号的转换刘宏展刘宏展 第八章 波形的发生和信号的转换8.1 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8.4 8.4 信号的转换信号的转换(自学自学)刘宏展刘宏展 8.18.1 正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成一、正弦波振荡的条件和电路的组成二、二、RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路三、三、LC正弦波正弦波振荡振荡电路电路（自学）（自学）四、石英晶体正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路（自学）（自学）刘宏展刘宏展 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。无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，中引入的是正反馈，且振荡频率可控且振荡频率可控。在电扰动下，对于某一特定频率在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：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。终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。刘宏展刘宏展 1.正弦波振荡的条件 一旦产生稳定的振荡，则一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即电路的输出量自维持，即幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件起振条件：起振条件：要产生正弦波振荡，必须有要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的满足相位条件的f0，且在且在合闸通电时对于合闸通电时对于f=f0信号有从小到大直至稳幅的过程，信号有从小到大直至稳幅的过程，即即满足起振条件满足起振条件。刘宏展刘宏展 2.起振与稳幅：输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到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。仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。很多种频率很多种频率刘宏展刘宏展 频率逐渐变频率逐渐变为单一为单一刘宏展刘宏展 振幅越来越大振幅越来越大刘宏展刘宏展 趋于稳幅趋于稳幅刘宏展刘宏展 2.起振与稳幅电路如何从起振到稳幅？电路如何从起振到稳幅？稳定的稳定的振幅振幅非线性环节非线性环节的必要性！的必要性！刘宏展刘宏展 3.基本组成部分1)放大电路：放大作用放大电路：放大作用2)正反馈网络：满足相位条件正反馈网络：满足相位条件3)选频网络：确定选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡保证电路产生正弦波振荡4)非线性环节（稳幅环节）：稳幅非线性环节（稳幅环节）：稳幅1)是否存在主要组成部分；是否存在主要组成部分；2)放大电路能否正常工作，即是否有合适的放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否可点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路能正常传递，没有被短路或断路；3)是否满足相位条件，即是否存在是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡是否可能振荡；4)是否满足幅值条件，即是否一定振荡。是否满足幅值条件，即是否一定振荡。常合二为一常合二为一4、分析方法刘宏展刘宏展 相位条件的判断方法：瞬时极性法瞬时极性法 断开反馈，在断开处给放大电路加断开反馈，在断开处给放大电路加 ff0的信号的信号Ui，且规且规定其极性，然后根据定其极性，然后根据 Ui的极性的极性 Uo的极性的极性 Uf的极性的极性若若Uf与与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。可能产生自激振荡。在多数正弦波振荡电路在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。反馈量均为电压量。极性？极性？刘宏展刘宏展 5.分类常用选频网络所用元件分类。常用选频网络所用元件分类。1)RC正弦波振荡电路：正弦波振荡电路：1兆赫兆赫以下以下2)LC正弦波振荡电路：几百正弦波振荡电路：几百千赫千赫几百几百兆赫兆赫3)石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定刘宏展刘宏展 二、RC 正弦波振荡电路1.RC串并联选频网络低频段低频段高频段高频段 在频率从在频率从0中必有一个频率中必有一个频率f0，F0。刘宏展刘宏展 RC串并联选频网络的频率响应当当 f=f0时，不但时，不但=0，且且 最大，为最大，为1/3。刘宏展刘宏展 1)是否可用共射放大电路？是否可用共射放大电路？2)是否可用共集放大电路？是否可用共集放大电路？3)是否可用共基放大电路？是否可用共基放大电路？4)是否可用两级共射放大电路？是否可用两级共射放大电路？2.电路组成 应应为为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。的放大电路。不符合相位条件不符合相位条件不符合幅值条件不符合幅值条件输入电阻小、输出输入电阻小、输出电阻大，影响电阻大，影响f0 可引入电压串联负反馈，使可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于电压放大倍数大于3，且，且Ri大、大、Ro小，对小，对f0影响小影响小刘宏展刘宏展 3.3.RC 桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）用同相比例运算电路作放大电路。用同相比例运算电路作放大电路。因同相比例运算电路有非常好的因同相比例运算电路有非常好的线性度，故线性度，故 R 或或 Rf 用热敏电阻，或用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。加二极管作为非线性环节。文氏桥振荡文氏桥振荡器的特点？器的特点？以以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入电串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入电压串联负反馈，两个网络构成桥路，一对顶点作为输出电压串联负反馈，两个网络构成桥路，一对顶点作为输出电压，一对顶点作为放大电路的净输入电压，就构成文氏桥压，一对顶点作为放大电路的净输入电压，就构成文氏桥振荡器。振荡器。刘宏展刘宏展 频率可调的文氏桥振荡器 改变电容以粗调，改变电改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。位器滑动端以微调。加稳压管可以限制输出电加稳压管可以限制输出电压的峰压的峰-峰值。峰值。同轴同轴电位器电位器刘宏展刘宏展 讨论一：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路合理连接电路，组成文氏桥振荡电路刘宏展刘宏展 讨论二：判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？RC 移项式电路移项式电路RC 双双T选频网络选频网络 选频网络和正反馈选频网络和正反馈网络是两个网络。网络是两个网络。1)RC 移相电路有几级才移相电路有几级才可能产生正弦波振荡？可能产生正弦波振荡？2)若若R 和和C 互换呢？互换呢？正反馈正反馈网络网络选频选频网络网络刘宏展刘宏展 三、LC 正弦波振荡电路(自学)1.LC并联网络的选频特性 理想理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。阻抗无穷大。谐振频率为谐振频率为在在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗损耗 在在ff0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？阻为多少？刘宏展刘宏展 构成正弦波构成正弦波振荡电路最简振荡电路最简单的做法是通单的做法是通过变压器引入过变压器引入反馈。反馈。附加相移附加相移LC选频放大电路正弦波振荡电路 当当 f=f0时，电时，电压放大倍数的数压放大倍数的数值最大，且附加值最大，且附加相移为相移为0。共射电路共射电路A=-刘宏展刘宏展 2.变压器反馈式电路C1是必要的吗？是必要的吗？特点：特点：易振，波形较好；耦合不紧密，易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。损耗大，频率稳定性不高。分析电路是否可能产生正弦分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：波振荡的步骤：1)是否存在四个组成部分是否存在四个组成部分2)放大电路是否能正常工作放大电路是否能正常工作3)是否满足相位条件是否满足相位条件4)是否可能满足幅值条件是否可能满足幅值条件 为为使使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。电路。必须有合适的同铭端！必须有合适的同铭端！为什么用分立元为什么用分立元件放大电路件放大电路如何组成？如何组成？刘宏展刘宏展 3.电感反馈式电路反馈电压取自哪个线圈？反馈电压取自哪个线圈？反馈电压的极性？反馈电压的极性？必要吗？必要吗？电感的三个抽头分别接晶电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电体管的三个极，故称之为电感三点式电路。感三点式电路。电路特点？电路特点？刘宏展刘宏展 3.电感反馈式电路特点：耦合紧密，易振，振特点：耦合紧密，易振，振幅大，幅大，C 用可调电容可获得用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。较差，常含有高次谐波。由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。刘宏展刘宏展 4.电容反馈式（电容三点式）电路 若要振荡频率高，则若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当的取值就要小。当电容电容减减小到一定程度小到一定程度时时，晶体管的极间电容将并联在，晶体管的极间电容将并联在C1和和C2上，影上，影响振荡频率。响振荡频率。特点：特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。与放大电路参数无关与放大电路参数无关作用？作用？刘宏展刘宏展 四、石英晶体正弦波振荡电路（自学）SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。结晶体按一定方向切割的晶片。压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。容性容性感性感性阻性阻性 一般一般LC选频网络的选频网络的Q为几百，石英晶体的为几百，石英晶体的Q可达可达104106；前者；前者f/f为为105，后者可达，后者可达10101011。1.石英晶体的特点刘宏展刘宏展 2.电路 石英晶体工作在哪个区？石英晶体工作在哪个区？是哪种典型的正弦波振荡是哪种典型的正弦波振荡电路？电路？石英晶体工作在哪个区？石英晶体工作在哪个区？两级放大电路分别为哪种两级放大电路分别为哪种基本接法？基本接法？C1的作用？的作用？（1）并联型电路）并联型电路（2）串联型电路）串联型电路刘宏展刘宏展 讨论三：改错，使电路有可能产生正弦波振荡：改错，使电路有可能产生正弦波振荡同名端对吗？同名端对吗？放大电路能放大吗？放大电路能放大吗？各电容的作用？各电容的作用？刘宏展刘宏展 讨论四同铭端？同铭端？能产生正弦能产生正弦波振荡吗？波振荡吗？“判振判振”时的注意事项：时的注意事项：1.放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；2.断开反馈，在断开处加断开反馈，在断开处加 f=f0的输入电压；的输入电压；3.找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。三个电路有什么相同之处？这样的电路形式有什么三个电路有什么相同之处？这样的电路形式有什么好处？好处？刘宏展刘宏展 8.28.2 电压比较器一、概述一、概述二、单限比较器二、单限比较器三、滞回比较器三、滞回比较器四、窗口比较器四、窗口比较器五、集成电压比较器五、集成电压比较器(自学自学)刘宏展刘宏展 一、概述1.电压比较器的功能：比较电压的大小。：比较电压的大小。输入电压是模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高输入电压是模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况，为二值信号。使输出产生跃变的输电平和低电平两种情况，为二值信号。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。入电压称为阈值电压。广泛用于各种报