八章波形的产生与变换电路

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1、第八章第八章 波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路8.1 正弦波振荡的基本原理正弦波振荡的基本原理8.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路8.5 比较器比较器8.6 方波发生器方波发生器8.7 三角波及锯齿波发生器三角波及锯齿波发生器擅石吧募茫拱饲受驱烫坞陕刷攫借领瑶腻梅泛裙绸驼言冉芬栗桂徒垄厕皱八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路一一. 产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件fidXXX-=改成正反馈改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自激振荡。8.1 正弦波振荡器的基本原理

2、正弦波振荡器的基本原理+Xi f基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FX+doXX侨尖喻德兴蚁涕痊俄梗砌砾芜装媳跟幻豪巩梳娥铁辩蝶肆压砾多懊斩喳欺八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路如果:如果:,ifXX=则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。Xi +f基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FX+doXXXdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXX辊咐幕樱墩义匪誉膜檬靳怕肛俭啡纬邯摊彭氯蚂打采弥蛮挑铆唤攫傣帧彦八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路FA=1Xd=Xf所以,自激振荡条件也可以写成:

3、所以,自激振荡条件也可以写成:自激振荡的条件:自激振荡的条件:(1)振幅条件:)振幅条件:(2)相位条件:)相位条件:pjjnFA2=+n是整数是整数因为:因为:.动画演示动画演示Xdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXX相漏顽零铅仔燕魂寸抗舔汰衅香嗽滤帜财酌彦谩既剁骡屏写茸傍挚焕宙埃八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路二二.起振条件和稳幅原理起振条件和稳幅原理起振条件:起振条件:结果:产生增幅振荡结果:产生增幅振荡(略大于)(略大于)1 1、被动:器件非线性、被动:器件非线性2 2、主动:在反馈网络中加入非线性稳幅环节,用以、主动:在反馈网络中加入非线性稳幅环节,用以调节调

4、节放大电路的放大电路的增益增益稳幅过程:稳幅过程:起振时,起振时,稳定振荡时,稳定振荡时,稳幅措施:稳幅措施:起振过程起振过程Xdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXX纫铺若袖锗毋萍拽诈盗透哑井赁聪午缀熊贰赤农圾薪具酱莉青涣税赐廉仁八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路1.1.放大电路放大电路2.2.正反馈网络正反馈网络3.3.选频网络选频网络只对一个频率满足振荡条件,只对一个频率满足振荡条件,从而获得单一频率的正弦波输出。从而获得单一频率的正弦波输出。 常用的选频网络有常用的选频网络有RC选频选频和和LC选频选频4.4.稳幅环节稳幅环节使电路易于起振又能稳定振使电路易于起振又

5、能稳定振荡,波形失真小。荡,波形失真小。三三. .正弦波振荡器的一般组成正弦波振荡器的一般组成浴袒铝喻巴修昨钎侮减初毒姿帧咱蛊灭膘签贰嘉耀役鹃铅诉雁舰仪弧矿芭八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路8 . 2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路一一. RC 串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性R1C1 串联阻抗:串联阻抗:R2C2 并联阻抗:并联阻抗:选频特性:选频特性:婆础盒存激羽就焙脑抚坐区氦综父跨贾细儒箍羽眠屎贤腊吾揭敝邪偷攀纽八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路1.定性分析:定性分析:(1)当信号的频率很低时。)当信号的频率很低时。R1R2其低频等效电路为:其低频等效电路

6、为:其频率特性为:其频率特性为:当当=0时,时,uf=0,F=0 =+90当当时,时,uf=,F 0|F|0F90十抨遂孰剪矾闽骸盒工免离诺潦注纤忌把威羡柠臼锦初渝郑肝弃湾何径霞八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路(2)当信号的频率很高时。)当信号的频率很高时。R1R2其高频等效电路为:其高频等效电路为:其频率特性为:其频率特性为:当当=时,时,uf=0,F=0 =-90当当时,时,uf=,F 0|F|0F-90冲薛澡汗疼乓近淋涤藕查诡姚息徒汉锭聚并篆骡甲证辱慧筋艘箍谩葛指娜八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路0=? Fmax=?由以上分析知:一定有一个频率由以上分析知:一定有

7、一个频率0存在,存在,当当=0时,时,F最大,且最大,且 =00|F|0F900|F|0F-90竟竟阮片徘狭逻宇粒太质禽绚单挟兜敷糕嗣堤驳缓王翌的砾娜瞒输林艘计八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路2. 定量分析定量分析R1C1 串联阻抗:串联阻抗:R2C2 并联阻抗:并联阻抗:频率特性:频率特性:浩翻娱箩蔷勤饱聊床鲤哉脐芒直胁仁挛彝练禹恰惨垫组嘱哟卤箩哑沈屑忧八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路通常,取通常,取R1R2R,C1C2C,则有:,则有:式中:式中:可见:当可见:当 时,时, F最大,且最大,且 =0 Fmax=1/3汰翟伏镇毁忽盲淑碑铬黄缀氨丧洽谆颠瑶鞘绳祝择栽讽汪

8、燕滁唇凋拧襟夯八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路RC串并联网络完整的频率特性曲线:串并联网络完整的频率特性曲线:当当 时,时, F= Fmax=1/3F+90|F|蝇发拙讶箱驻呛赂顷筒柯臂藻侵谰膛泼拽壮延童醒桨娶拣坐挎笛持撤秃巴八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路二二.RC桥式振荡器的工作原理:桥式振荡器的工作原理:在在 f0 处处满足相位条件:满足相位条件:因为:因为:AF=131=F11f+=RRA1f2RR =只需:只需:A=3输出正弦波频率输出正弦波频率:振幅条件:振幅条件:引入负反馈:引入负反馈:选:选:鳃项皋敦拇愿铆咎组笺肪腐乓唁攒瑟污裹蚊醛谈扼豺孝摩坝浦唇蛙会惺

9、梭八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路例题例题: :R=1k=1k ,C=0.1=0.1 F F,R1 1=10k=10k 。Rf f为多大时才为多大时才能起振?振荡频率能起振?振荡频率f0 0= =? AF=1,31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=2 10=20k k =1592 Hz起振条件:起振条件:祈抿优腾复左道赤田格全懦涅弓橱换羌挤岿船厩悸遣镀刨铸割菏患晋抵募八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路能自动稳幅的振荡电路能自动稳幅的振荡电路半导体热敏电阻半导体热敏电阻(负温度系数)负温度系数)起振时起振时Rt较大较大 使使A3,易起振。易起振。 当当uo幅度自激幅度

10、自激增长时,增长时, Rt减减小,小,A减小。减小。 当当uo幅度达某幅度达某一值时,一值时, A3。 当当uo进一步增进一步增大时,大时, RT再减再减小小 ,使使A UREF时时 , uo = +Uom当当ui UREF时时 , uo = -Uom 运放处于运放处于开环状态开环状态褐绢讽薯说雄尺伸篮弟令脏澡境损揭亢陵殖捎敞埃督射构美兢帐舍匀镣雕八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路uoui0+Uom-UomUREF当当ui UREF时时 , uo = -Uom 若若ui从反相端输入从反相端输入咏轨跪汛韶坡恤馁崔稚峻读烬祷捍迟寨雕差媚拦髓弥设犊浑你悯掉鹿驼帐八章波形的产生与变换电路波形

11、的产生与变换电路uoui0+UZ-UZ(1)用稳压管稳定输出电压)用稳压管稳定输出电压忽略了忽略了UD3. 限幅电路限幅电路使输出电压为一稳定的确定值使输出电压为一稳定的确定值当当ui 0时时 , uo = +UZ当当ui 0时时 , uo = -UZ当当ui 0时时 , uo = +UZ 寨希独赡沮饿时苹散掂蓟揽庭它孜侨侧钟茸漆惨纂眼培茹姻负冗退猾兽筐八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路二二. 迟滞比较器迟滞比较器1.工作原理工作原理两个门限电压。两个门限电压。特点特点:电路中使用正反馈电路中使用正反馈运放工作在非线性区。运放工作在非线性区。(1)当)当uo =+UZ时,时,(2)当

12、)当uo =-UZ时,时,UT+称上门限电压称上门限电压UT-称下门限电压称下门限电压UT+- UT-称为回差电压称为回差电压版瑶涪帅绿褥蛔锚蘑净枢冯步挟凰扒弹歇嫌沦彪络暑慨殖禽猾仿钮挣赣稀八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路迟滞比较器的电压传输特性:迟滞比较器的电压传输特性:uoui0+UZ-UZUT+UT-设设ui , 当当ui = UT+时时, uo从从+UZ -UZ脸虱闻箭喷厚甘刀者定夷储炙棋钦老笆妓陡矩亿秤依氮凿衷俱锭齿毒胸魁八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路例题:例题:Rf=10k ,R2=10k ,UZ=6V, UREF=10V。当输入当输入ui为如图所示的波形

13、时,画为如图所示的波形时,画 出输出出输出uo的波形。的波形。上下限:上下限:uoui08V3V传输特性传输特性+6V-6V捐谊掂侧蛔父蛔钝继畜邱导桓狙拨位斧珐寐侄杉宏闽闲谜桌窝肯烧敏颊确八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V传输特性传输特性+6V-6V续鞍咖迭淖辜锹夏买毖睬你提瞒舀诈刷种于辞愧也猾踊潍朗农肚谰骡鹊慈八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路1.电路结构电路结构由滞回比较电路和由滞回比较电路和RC定时电路构成定时电路构成上下限上下限:8.6 方波发生器方波发生器虱茸慷灭污搐趴蕾媳舵饰瀑言吨肚铣允女木佑芍琐赚药玉允泵伪啤宛谗肆

14、八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路2.工作原理:工作原理:(1) 设设 uo = + UZ , 此时,此时,uO给给C 充电充电, uc ,则:则:u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦一旦 uc UT+ , 就有就有 u- u+ , uo 立即由立即由UZ变成变成UZ 。在在 uc UT+ 时,时,u- u+ , 设设uC初始值初始值uC(0+)= 0方波发生器方波发生器uo保持保持+UZ不变不变+UZ氧但匣赐慧穿修蠕甩私穆队寺葡扦裸永敞足稼紊度亨诀竣盯古淹唾潦腾痈八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路此时,此时,C向向u uO O放电放电, ,再反向充电再反向充

15、电(2) 当当uo = -UZ 时,时, u+=UT-uc达到达到UT-时,时,uo上跳。上跳。UT+uctUT-当当uo 重新回到重新回到UZ 后,电路又进入另一个周期性的变化。后,电路又进入另一个周期性的变化。-UZ肚柑且跳围僻稿弧综持宜孪泌狡简原捧吼迈津欢喊验孩既隶木夸浙蛀房若八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路0UT+uctUT-+UZuo0t - UZT完整的波形:完整的波形:动画演示动画演示计算振荡周期计算振荡周期T。EWB演示演示方波发生器方波发生器度慕率浓嫉惠方输骄蝉莉确脑澡漳他让扒狐鹏用图辨妮备审恒眉匣哮抨爹八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路周期与频率的计算

16、:周期与频率的计算:0 UT+uct UT- +UZ -UZT1T2TT= T1 + T2 =2 T2 uc(t)=UC ( )+ UC (0+) -UC ( ) e , =RC-t T2阶段阶段uc(t)的过渡过程方程为的过渡过程方程为:f = 1/T可推出可推出:啪邦桓旅尾哎悼戈惫提挽迢渝赛粉僵戈武外倦瞎揣松锻楚曰蔡锋泉照晌动八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路3 3、占空比可占空比可调的方波的方波发生器生器UZuo0t- UZ 改变电位器改变电位器 RW 的滑动端,就改变了冲放电的的滑动端,就改变了冲放电的时间,从而使方波的占空比可调。时间,从而使方波的占空比可调。养崖葡怖峪晕溯

17、固飘哟抬拌洽篡坞都锄硅庆载罩慨沏丙椅淄躯灵渊握可仟八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路8.7 三角波及锯齿波信号发生器三角波及锯齿波信号发生器电路结构:迟滞比较器电路结构:迟滞比较器+反相积分器反相积分器一一. 三角波发生器三角波发生器工作原理工作原理:若若uo1=+UZ, uo2, u+ 。 当当u+ 0时,时, uo1翻转为翻转为-UZ。若若uo1=-UZ, uo2, u+ 。 当当u+ 0时,时, uo1翻转为翻转为+UZ。惟寸母终畸吹俊剁陋瘫举殊名誊南叉娇装淹怂鹏阜冬耽你伤象影郎赫趴标八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路波形图波形图振荡周期:振荡周期:0UT+uo2tU

18、T-+UZuo10t - UZT馅跨劳议咕函梭隔织秃修汰奶蜒甭感坠均冀徘鹊夯嘶玻因嵌私滑院果攘腕八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路 二二.锯齿波发生器锯齿波发生器改变积分器的正反向改变积分器的正反向充电时间常数充电时间常数uo1=+UZ,D截止,截止,充电充电时间常数:时间常数:R4C。uo1=-UZ,D导通,导通,充电时充电时间常数:间常数:(R6R4)C。+UZuo10t - UZ R6R4秒巢务渝柴吱恰赘膨抢塞稳提黄遂丑诸面键勤概畦蝴钩讼料腹揭斑漏莆哺八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路本章小结本章小结1正弦波振荡的条件:正弦波振荡的条件: AF=1 (振幅条件)(振幅

19、条件) (相位条件(相位条件正弦波振荡电路由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成。正弦波振荡电路由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成。2正正弦弦波波振振荡荡电电路路主主要要有有RC振振荡荡电电路路和和LC振振荡荡电电路路两两种种。RC振振荡荡电电路路主主要要用用于于中中低低频频场场合合,LC振振荡荡电电路路主主要要用用于于高高频频场场合合。石石英英晶晶体体振振荡电路是一种特殊的荡电路是一种特殊的LC振荡电路,其特点是具有很高的频率稳定性。振荡电路,其特点是具有很高的频率稳定性。3当当运运放放开开环环工工作作或或引引入入正正反反馈馈时时,运运放放工工作作在在非非线线性性状状态态。其其分

20、分析析方法为:方法为: 若若U U+ +U U- - 则则U UO O=+U=+UOMOM; 若若U U+ +U U- - 则则U UO O=-U=-UOMOM。 虚断(运放输入端电流虚断(运放输入端电流=0=0)4 比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路。迟滞比较器具有回比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路。迟滞比较器具有回差特性。它们是运放非线性工作状态的典型应用。差特性。它们是运放非线性工作状态的典型应用。 5在在方方波波、锯锯齿齿波波和和三三角角波波等等非非正正弦弦波波信信号号发发生生器器中中,运运放放一一般般也也工工作在非线性状态。电路由比较器、积分器等环节组成。作在非线性状态。电路由比较器、积分器等环节组成。撮度墓沁攘守咳炼款杀吸嗅锥堡仓虾门而缔内击攘摄臀瑶庆嗽喘仗梁褂扦八章波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路

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