《模拟电子技术基础》第八章.ppt

Home 8 波形的发生和信号的转换 8 1正弦波振荡电路 8 2电压比较器 8 3非正弦波发生电路 8 4 利用集成运放实现的信号转换电路 8 5 锁相环及其在信号转换电路中的应用 本章主要讲述正弦波振荡电路 非正弦波发生电路 波形转换和信号转换电路等 重点掌握正弦波振荡的平衡条件 并能够依据相位平衡条件正确判断电路是否可能产生振荡 掌握单限 滞回比较器的工作原理和传输特性 正确理解由集成运放构成的矩形波 三角波和锯齿波发生电路的工作原理 波形和参数 了解信号转换电路的工作原理 Home 内容简介 8 波形的发生和信号的转换 Home Next 8 1正弦波振荡电路 1 正弦波振荡电路的振荡条件 又 所以振荡条件为 起振条件 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 问题1 振荡电路是单口网络 无须输入信号就能起振 起振的信号源来自何处 电路器件内部噪声 振荡电路中的选频网络 只使噪声中某一频率 0满足相位平衡条件 形成正反馈 成为振荡电路的输出信号 而其它频率的信号 则不满足相位平衡条件 逐渐被抑制掉 问题2 电路器件的内部噪声不是单一频率噪声 而电路输出的是单一频率的正弦波 如何实现 问题3 起振条件是否意味着输出电压将越来越大 趋于无穷 振荡电路中的稳幅环节 将限制输出信号幅度无限增长 当输出信号达到一定值后 将使其稳定 一是可以另加稳幅电路 二是直接依靠放大电路中晶体管的非线性作用实现 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 正弦波振荡电路的组成 放大电路 能量控制 保证输出信号的幅度 选频网络 确定输出信号为单一频率的正弦信号 反馈网络 引入正反馈 稳幅环节 使输出信号幅值稳定 其中选频网络往往与反馈网络合二为一 振荡电路中的稳幅环节 在分立元件放大电路中常依靠放大电路中晶体管的非线性作用实现 而不另加稳幅电路 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 2 RC正弦波振荡电路 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 原因 要提高其振荡频率 必须减小R和C的值 放大器的输出电阻和晶体管的极间电容将影响其选频特性 输出频率不稳定 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 仿真 RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 稳幅措施 热敏元件 RT 二极管 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 3 LC正弦波振荡电路 1 LC并联谐振回路选频特性 谐振频率 品质因数 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 谐振时 阻抗最大 且为纯阻性 无附加相移 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 2 变压器反馈式LC正弦波振荡电路 虽然波形出现了失真 但由于LC谐振电路的Q值很高 选频特性好 所以仍能选出 0的正弦波信号 1 相位平衡条件 2 幅值平衡条件 3 稳幅 4 选频 仿真 优点 易于产生振荡 输出波形失真不大 缺点 耦合不紧密 损耗较大 振荡频率的稳定性不高 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 3 电感反馈式正弦波振荡电路 优点 耦合紧 振幅大 振荡频率高 调节范围宽 缺点 输出波形不够好 含有高次谐波 电感三点式 优点 输出波形好 振荡频率高 缺点 频率调节范围窄 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 4 电容反馈式正弦波振荡电路 电容三点式 仿真 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 三点式 振荡电路相位平衡条件的简单判别方法 X1 X2为同性质的电抗元件 与X为不同性质的电抗元件 则满足振荡的相位平衡条件 或 发射极e接两个同性质的电抗元件 基极b和集电极c接两个不同性质的电抗元件 则满足振荡的相位平衡条件 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 5 石英晶体正弦波振荡电路 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 石英晶体的基本特性与等效电路 极板间加电场 极板间加机械力 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 压电谐振 Back Home Next 8 1正弦波振荡电路 串联谐振频率 并联谐振频率 因为fs和fp越接近 石英晶体呈感性的区域 fs f fp 就越窄 其选择性就越好 石英晶体的品质因数很高 Q 104 106 振荡频率取决于石英晶体的固有频率 具有很高的频率稳定度 Back Home 8 1正弦波振荡电路 石英晶体正弦波振荡电路 作业 P4628 5 8 7 8 8 8 11 a c 8 12 a c 8 13 b d 8 15 a c 8 16 a b 8 19 8 20 小结本讲主要介绍了以下基本内容 正弦波振荡电路 重点掌握正弦波振荡的平衡条件 并能够依据相位平衡条件正确判断电路是否可能产生振荡 非正弦波发生电路 正确理解由集成运放构成的矩形波 三角波和锯齿波发生电路的工作原理 波形和参数 信号转换电路 了解信号转换电路的工作原理 Home 8 波形的发生和信号的转换 Next 8 2电压比较器 1 理想集成运放工作于非线性区 电路中没有引入负反馈或引入的是正反馈 理想运放工作于非线性区 因其放大倍数趋于无穷大 所以输出电压只有两种可能 Home 8 2电压比较器 2 过零比较器 Back Next 保护二极管 双向稳压管限幅 线性区 负反馈 I I 0 U U 保护了输入级 提高了输出电压的转换速度 Home 8 2电压比较器 3 任意电压比较器 Back Next 仿真 I I 0 写出u u 表达式 令u u 求阈值电压UT 确定输出电压的高 低电平UOH和UOL 根据u 是否大于u 确定ui UT及ui UT的输出电压值 Home 8 2电压比较器 4 滞回比较器 滞回比较器和单限比较器哪个灵敏度高 哪个抗噪能力强 在滞回比较器中引入的是正反馈还是负反馈 有何好处 若要求滞回比较器的两个门限电压均大于0 电路如何改进 Back Next Home 例 某温度控制电路如图所示 设R1 R3 10k R 100 UR1 6V RT为热敏电阻 常温下 27oC 的阻值为10k 温度系数为 200 oC 若要求温度在100oC以上时 电路输出 3V 温度在90oC以下时 电路输出 3V 试确定UZ R1和UR1的值 8 2电压比较器 Back Next 仿真 Home 8 2电压比较器 Back 已知 R1 R3 10k UR1 6V RT 10k T 27oC 200 oC T1 90oC T2 100oC uo 3V 解 Home uC 当uC UT时 uO UZ 则u UT uO通过R3向C充电 uC 当uC UT时 uO UZ 则u UT uO通过R3向C反向充电 放电 Home Next 8 3非正弦波发生电路 工作原理 设初态uC u 0 uO UZ 则u UT uO通过R3向C充电 电路中C的正反向充电时间常数是否相等 正反向充电时间是否相等 为何 仿真 1 矩形波发生器 因为电容C的正 反反向充电时间相等 所以其占空比为50 即输出方波信号 8 3非正弦波发生电路 波形分析及主要参数 uC 0 UT uC UZ R3C 则 Back Next Home 8 3非正弦波发生电路 改变电路中C的正反向充电时间常数 从而改变占空比 仿真 Back Next 占空比可调电路 Home 8 3非正弦波发生电路 Back Next 积分电路可将方波变为三角波 所以三角波电路 方波电路 积分电路 Home 2 三角波发生器 8 3非正弦波发生电路 实用电路中 一般采用三角波 方波发生电路 可以同时获得三角波和方波信号 工作原理 滞回比较器的RC充 放电回路用积分电路取代 积分电路和滞回比较器的输出互为另一个电路的输入 当电路极性配合适当时 可以在滞回比较器输出方波信号 在积分电路输出三角波信号 Ba