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第八章波形(bōxínɡ)的发生与信号的转换8.1正弦波振荡器的基本原理本章(běnzhānɡ)目录总目录点击(diǎnjī)即可进入学习8.2RC正弦波振荡电路8.3LC正弦波振荡电路8.4石英晶体振荡电路8.5电压比较器8.6非正弦波发生电路习题解答第一页，共77页。一.产生(chǎnshēng)自激振荡的条件fidXXX-=改成正反馈只有(zhǐyǒu)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+Xi–f基本放大器A反馈网络FX+doXX第二页，共77页。如果：,ifXX=则去掉,iX仍有信号输出。反馈信号(xìnhào)代替了放大电路的输入信号(xìnhào)。Xi+f基本放大器A反馈网络FX+doXXXdof基本放大器A反馈网络FXX第三页，共77页。FA=1Xd=Xf所以，自激振荡条件(tiáojiàn)也可以写成：自激振荡的条件(tiáojiàn)：1、振幅条件：2、相位条件：pjjnFA2=+n是整数因为：..Xdof基本放大器A反馈网络FXX第四页，共77页。二.起振条件(tiáojiàn)和稳幅原理起振条件(tiáojiàn)：结果：产生增幅(zēnɡfú)振荡（略大于）1、被动稳幅：器件非线性2、主动稳幅：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益。稳幅过程：起振时，稳定振荡时，稳幅措施：起振过程Xdof基本放大器A反馈网络FXX第五页，共77页。1.放大电路——实现能量控制(kòngzhì)。2.正反馈网络——满足起振条件。3.选频网络——只有一个频率满足振荡条件，从而获得单一频率的正弦波输出。常用的选频网络有RC选频和LC选频4.稳幅环节——使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小。三.正弦波振荡器的一般(yībān)组成第六页，共77页。8.2RC正弦波振荡电路(zhèndànɡdiànlù)一.RC串并联网络(wǎngluò)的选频特性R1C1串联(chuànlián)阻抗：R2C2并联阻抗：选频特性：第七页，共77页。1.定性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 (dìngxìngfēnxī)（1）当信号(xìnhào)的频率很低时。>>R1>>R2其低频(dīpín)等效电路为：其频率特性为：当ω=0时，uf=0，│F│=0=+90°当ω↑时，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF90°第八页，共77页。（2）当信号(xìnhào)的频率很高时。＜＜R1＜＜R2其高频(ɡāopín)等效电路为：其频率特性为：当ω=∞时，uf=0，│F│=0=-90°当ω↓时，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF-90°第九页，共77页。ω0=？│F│max=？由以上分析知：一定有一个频率ω0存在，当ω=ω0时，│F│最大，且=0°0|F|0φF90°0|F|0φF-90°频率(pínlǜ)很低频率(pínlǜ)很高第十页，共77页。2.定量分析(dìngliàngfēnxī)R1C1串联(chuànlián)阻抗：R2C2并联(bìnglián)阻抗：第十一页，共77页。通常(tōngcháng)，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，则有：式中：可见：当时，│F│最大，且=0°│F│max=1/3第十二页，共77页。RC串并联网络(wǎngluò)完整的频率特性曲线：当时，│F│=│F│max=1/3φF+90°|F|第十三页，共77页。二.RC桥式振荡器的工作(gōngzuò)原理在f0处满足相位(xiàngwèi)条件：因为(yīnwèi)：AF=131=F11f+=RRA1f2RR=只需：A=3输出正弦波频率：振幅条件：引入负反馈：选：第十四页，共77页。RC桥式正弦波振荡电路(zhèndànɡdiànlù)反馈网络(wǎngluò)构成桥路EWB仿真(fǎnɡzhēn)第十五页，共77页。例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才能起振？振荡(zhèndàng)频率f0=？AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k=1592Hz起振条件(tiáojiàn)：第十六页，共77页。能自动(zìdòng)稳幅的振荡电路半导体热敏电阻(负温度系数）起振时Rt较大使A>3,易起振当uo幅度自激增长时，Rt减小，A减小。当uo幅度达某一值时，A→3当uo进一步增大时，RT再减小,使A<3。因此uo幅度自动稳定(wěndìng)于某一幅值。第十七页，共77页。能自动(zìdòng)稳幅的振荡电路起振时D1、D2不导通，Rf1+Rf2略大于2R1。随着uo的增加，D1、D2逐渐(zhújiàn)导通，Rf2被短接，A自动下降，起到稳幅作用。将Rf分为(fēnwéi)Rf1和Rf2，Rf2并联二极管第十八页，共77页。K：双联波段(bōduàn)开关，切换R，用于粗调振荡频率。C：双联可调电容(diànróng)，改变C，用于细调振荡频率。振荡(zhèndàng)频率的调节：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振荡频率：第十九页，共77页。一、LC并联谐振(xiézhèn)回路的选频特性(阻性)LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感(diànɡǎn)与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。R为电感和回路中的损耗(sǔnhào)电阻8.3LC正弦波振荡器当时，产生并联谐振。谐振时，电路呈阻性：第二十页，共77页。Q为谐振(xiézhèn)回路的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。谐振时LC并联(bìnglián)谐振电路相当一个大电阻。LC并联谐振回路(huílù)的幅频特性曲线|Z|Q小Q大第二十一页，共77页。互感线圈(xiànquān)的极性判别1234初级线圈次级线圈同名端1234+–+–在LC振荡器中，反馈信号通过互感(hùgǎn)线圈引出同名(tóngmíng)端：第二十二页，共77页。二.变压器反馈(fǎnkuì)式LC振荡电路工作(gōngzuò)原理：三极管共射放大器:利用互感线圈(xiànquān)的同名端：满足相位条件。振荡频率:第二十三页，共77页。判断(pànduàn)是否是满足相位条件——相位平衡法：断开反馈到放大器的输入端点，假设(jiǎshè)在输入端加入一正极性的信号，用瞬时极性法判定反馈信号的极性。若反馈信号与输入信号同相，则满足相位条件；否则不满足。(+)(-)(+)第二十四页，共77页。(+)(+)(+)(+)LC正弦波振荡器举例(jǔlì)满足(mǎnzú)相位平衡条件第二十五页，共77页。（+）（+）（–）（+）LC正弦波振荡器举例(jǔlì)振荡(zhèndàng)频率:（–）满足(mǎnzú)相位平衡条件第二十六页，共77页。(a)(b)(c)例有以下三个变压器反馈式的电路，试分析能否(nénɡfǒu)满足相位平衡条件？都能满足(mǎnzú)相位平衡条件第二十七页，共77页。仍然由LC并联(bìnglián)谐振电路构成选频网络三.三点式LC振荡电路(zhèndànɡdiànlù)原理(yuánlǐ)：uf与uo反相uf与uo同相电感三点式：电容三点式：uf与uo反相uf与uo同相第二十八页，共77页。uf与uo反相(fǎnxiānɡ)uf与uo同相电感(diànɡǎn)三点式：电容(diànróng)三点式：uf与uo反相uf与uo同相中间点交流接地，则首尾端相位相反首端或尾端交流接，则余下不接地两点相位相同第二十九页，共77页。1.电感(diànɡǎn)三点式LC振荡电路振荡(zhèndàng)频率：满足(mǎnzú)相位平衡条件满足相位平衡条件第三十页，共77页。2.电容(diànróng)三点式LC振荡电路振荡(zhèndàng)频率：第三十一页，共77页。例：试判断(pànduàn)下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。满足(mǎnzú)相位平衡条件第三十二页，共77页。Q值越高，选频特性(tèxìng)越好，频率越稳定。8.4石英晶体(jīngtǐ)振荡电路频率稳定(wěndìng)问题频率稳定度一般由来衡量——频率偏移量。——振荡频率。LC振荡电路Q——数百石英晶体振荡电路Q——10000500000第三十三页，共77页。一.石英(shíyīng)晶体2.基本(jīběn)特性1.结构(jiégòu)：极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场压电效应：交变电压机械振动交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。当交变电压频率=固有频率时，振幅最大符号压电谐振第三十四页，共77页。3.石英(shíyīng)晶体的等效电路与频率特性等效电路：静电(jìngdiàn)电容（平行板电容）约几~几十皮法模拟晶体(jīngtǐ)机械振动惯性10-3~10-2H晶体弹性电容10-4~10-1pF模拟机械振动摩擦损耗，很小又因加工精度很高，所以能获得很高的频率稳定度。因L大，C、R小，则第三十五页，共77页。等效电路：（1）串联(chuànlián)谐振频率特性：晶体(jīngtǐ)等效纯阻且阻值≈0（2）并联(bìnglián)谐振通常所以X感性0容性容性第三十六页，共77页。二.石英晶体(jīngtǐ)振荡电路利用石英晶体的高品质因数的特点(tèdiǎn)，构成LC振荡电路。1.并联(bìnglián)型石英晶体振荡器石英晶体工作在fs与fp之间，相当一个大电感，与C1、C2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所以电路可以获得很高的振荡频率稳定性。X感性0容性容性第三十七页，共77页。2.串联(chuànlián)型石英晶体振荡器石英(shíyīng)晶体工作在fs处，呈电阻性，而且阻抗最小，正反馈最强，相移为零,满足振荡的相位平衡条件。对于fs以外的频率，石英(shíyīng)晶体阻抗增大,且相移不为零，不满足振荡条件，电路不振荡。X感性0容性容性第三十八页，共77页。思考：下图的振荡电路能否产生振荡，若产生振荡,石英晶体处于(chǔyú)何种状态？第三十九页，共77页。8.5电压(diànyā)比较器将一个模拟电压(diànyā)信号与一参考电压(diànyā)相比较，输出一定的高低电平。功能(gōngnéng)：构成：运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。uoui0+UOM-UOM第四十页，共77页。1.运放(yùnfànɡ)工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。运放工作在非线性状态(zhuàngtài)基本分析方法2.运放工作(gōngzuò)在非线性状态的分析方法：若U+＞U-则UO=+UOM；若U+＜U-则UO=-UOM。虚断（运放输入端电流=0）注意：此时不能用虚短！uoui0+UOM-UOM第四十一页，共77页。uoui0+UOM-UOM1.过零比较(bǐjiào)器:（门限电平=0）uoui0+UOM-UOM一.单门限电压(diànyā)比较器第四十二页，共77页。tuituo+Uom-Uom例题：利用电压(diànyā)比较器将正弦波变为方波。第四十三页，共77页。2.单门限比较(bǐjiào)器（与参考电压比较(bǐjiào)）uoui0+Uom-UomUREFUREF为参考(cānkǎo)电压当ui>UREF时,uo=+Uom当uiUREF时,uo=-Uom若ui从反相端输入(shūrù)+-第四十五页，共77页。uoui0+UZ-UZ（1）用稳压管稳定(wěndìng)输出电压忽略(hūlüè)了UD3.限幅电路——使输出(shūchū)电压为一稳定的确定值当ui>0时,uo=+UZ当ui<0时,uo=-UZ第四十六页，共77页。（2）稳幅电路的另一种形式(xíngshì)：将双向稳压管接在负反馈回路中uoui0+UZ-UZ当ui>0时,uo=-UZ当ui<0时,uo=+UZ第四十七页，共77页。二.迟滞(chízhì)比较器1.工作原理——两个(liǎnɡɡè)门限电压。特点:电路中使用(shǐyòng)正反馈——运放工作在非线性区。（1）当uo=+UZ时，（2）当uo=-UZ时，UT+称上门限电压UT-称下门限电压(UT+-UT-)称为回差电压第四十八页，共77页。迟滞比较器的电压(diànyā)传输特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-设ui,当ui=UT+时,uo从+UZ-UZEWB仿真(fǎnɡzhēn)第四十九页，共77页。同相滞回比较(bǐjiào)器电压传输特性反相滞回比较器电压(diànyā)传输特性从运放的反相(fǎnxiānɡ)输入端输入从运放的同相输入端输入第五十页，共77页。例题：Rf=10k，R2=10k，UZ=6V，UREF=10V。当输入(shūrù)ui为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。上下限(xiàxiàn)电压：uoui08V2V传输特性+6V-6V第五十一页，共77页。2V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V2V传输特性+6V-6V第五十二页，共77页。三、窗口电压(diànyā)比较器时,VO1=VO2=VOL，VO=0；由此画出电压传输特性如图所示。电路有两个参考电压VRH和VRL，当＞VRH时，VO1=VOH，VO2=VOL，VO=VOH；当＜VRL时，VO1=VOL，VO2=VOH，VO=VOH；当第五十三页，共77页。三态电压(diànyā)比较器D2导，D1截，D2截，D1导，D2截，D1截，第五十四页，共77页。四、集成(jíchénɡ)比较器1.LM311型集成(jíchénɡ)比较器特点：电源电压可以(kěyǐ)单组+5V，也可±15V，适应范围宽；输出与TTL或CMOS平兼容；可以(kěyǐ)直接驱动多种负载（灯泡、继电器等）。第五十五页，共77页。LM311的几种(jǐzhǒnɡ)实际连接集电极输出(shūchū)连接集电极输出(shūchū)连接发射极输出连接第五十六页，共77页。2.MC14574（CMOS）集成四电压(diànyā)比较器MC14574比较(bǐjiào)器电路原理图MC14574比较(bǐjiào)器引脚排列图第五十七页，共77页。1.电路(diànlù)结构由滞回比较电路和RC定时(dìnɡshí)电路构成上下限(xiàxiàn):8.6非正弦波发生电路一、方波（矩形波）发生器EWB仿真第五十八页，共77页。2.工作(gōngzuò)原理：(1)设uo=+UZ,此时(cǐshí)，uO给C充电,uc，则：u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦(yīdàn)uc>UT+,就有u->u+,uo立即由＋UZ变成－UZ。在uc