波形的产生与变换电路ppt课件

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 正弦波振荡的根本原理正弦波振荡的根本原理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 三角涉及锯齿波发生器三角涉及锯齿波发生器一一. 产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件fidXXX-=改成正反响改成正反响只需正反响电路才干产生自激振荡。只需正反响电路才干产生自激振荡。8.1 正弦波振荡器的根本原理正弦波振荡器的根本原理+Xi f根本放大器根本放大器A反响网络反响网络FX+doXX假设：假设：,ifXX=

2、那么去掉那么去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。反响信号替代了放大反响信号替代了放大电路的输入信号。电路的输入信号。Xi +f根本放大器根本放大器A反响网络反响网络FX+doXXXdof根本放大器根本放大器A反响网络反响网络FXXFA=1Xd=Xf所以，自激振荡条件也可以写成：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：1|=AF2相位条件：相位条件：pjjnFA2=+n是整数是整数1.=FAAAAj=|由于：由于：FFFj=|.动画演示动画演示Xdof根本放大器根本放大器A反响网络反响网络FXX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

3、条件：结果：产生增幅振荡结果：产生增幅振荡1|FA略大于略大于1 1、被动：器件非线性、被动：器件非线性2 2、自动：在反响网络中参与非线性稳幅环节，用以调理、自动：在反响网络中参与非线性稳幅环节，用以调理放大电路的增益放大电路的增益稳幅过程：稳幅过程：起振时，起振时，1|FA稳定振荡时，稳定振荡时，1|=FA稳幅措施：稳幅措施：起振过程起振过程Xdof根本放大器根本放大器A反响网络反响网络FXX1.1.放大电路放大电路2.2.正反响网络正反响网络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

4、网络有常用的选频网络有RCRC选频和选频和LCLC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. .正弦波振荡器的普通组成正弦波振荡器的普通组成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：212ofZZZUUF+=)j/1 (111CRZ+=222222j1 )j/1/(CRRCRZ+=R2C2 并联阻抗：并联阻抗：选频特性：选频特性：+Ru+-o-fu+12RC12C1.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。R11

5、1CR221C其低频等效电路为：其低频等效电路为：其频率特性为：其频率特性为：当当=0时，时，uf=0，F=0 =+90Fj当当时，时，uf=，F Fj+fo-+R21u-uC+0 |F|0 F902当信号的频率很高时。当信号的频率很高时。R111CR221C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 =-90Fj当当时，时，uf=，F Fj+ou-f-u+2C+1R0 |F|0 F-900=？ Fmax=？由以上分析知：一定有一个频率由以上分析知：一定有一个频率0存在，存在，当当=0时，时，F最大，且最大，且 =0Fj0 |F|0 F900

6、 |F|0 F-902. 定量分析定量分析)j/1(111CRZ + += =222222j1 )j/1/(CRRCRZ + += = =R1C1 串联阻抗：串联阻抗：R2C2 并联阻抗：并联阻抗：212ofZZZUUF+ += = =频率特性：频率特性：+Ru+-o-fu+12RC12C)1j()1(1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRCRCRRF - -+ + + += =+ + + + += = 通常，取通常，取R1R2R，C1C2C，那么有：，那么有：)j(3100 - -+ += = F式中：式中：RC10= = 可见：当可见：当 时，时， F最大，且

7、最大，且 =0RC10=Fj Fmax=1/3RC串并联网络完好的频率特性曲线：串并联网络完好的频率特性曲线：RC10= = 当当 时，时， F= Fmax=1/30F=jRC10=RCfp p210= = Fo +90o |F|1/3二二.RC桥式振荡器的任务原理：桥式振荡器的任务原理：0=Aj在在 f0 处处,0=Fj满足相位条件：满足相位条件：由于：由于：AF=131=F11f+=RRA1f2RR =只需：只需：A=3输出正弦波频率：输出正弦波频率：RCfp210=0=+FAjj振幅条件：振幅条件：uRf1RRRCCufA+o引入负反响：引入负反响：选：选：例题例题:R=1k:R=1k，

8、C=0.1C=0.1F F，R1=10kR1=10k。RfRf为多大时为多大时才干起振？振荡频率才干起振？振荡频率f0=f0=？ AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k RCfp210=1592 Hz起振条件：起振条件：uRf1RRRCCufA+o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较较大大 使使A3,易易起振。起振。 当当uo幅度自幅度自激增长时，激增长时， Rt减小，减小，A减减小。小。 当当uo幅度达幅度达某一值时，某一值时， A3。 当当uo进一步进一步增大时，增大时， RT再减小再减小

9、 ,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形状开环形状uuU+i-uuAOREFuoui0+Uom-UomUREF当当ui UREF时时 , uo = -Uom 假设假设ui从反相端输入从反相端输入uuu-+ui+OA+uoui0+UZ-UZ1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确实定值使输出电压为一稳定确实定值uuZ+O+-AuZ+DuRi当当ui 0时时 , uo = +UZ当当ui 0时时 , uo = -UZ当当ui 0时时 , uo = +UZ 二二.

10、 迟滞比较器迟滞比较器1.任务原理任务原理两个门限电压。两个门限电压。特点特点:电路中运用正反响电路中运用正反响运放任务在非线性区。运放任务在非线性区。1当当uo =+UZ时，时，2当当uo =-UZ时，时，REFZURRRURRRUu2ff2f2T+ + + += = =+ + +REFZURRRURRRUuf2ff22T+ + + +- -= = =- -+ +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-称为回差电称为回差电压压uuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R2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+U

11、T-设设ui , 当当ui = UT+时时, uo从从+UZ -UZuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R2例题：例题：Rf=10k，R2=10k ，UZ=6V， UREF=10V。当输入当输入ui为如下图的波形时，画为如下图的波形时，画 出输出出输出uo的波形。的波形。上下限：上下限：V82ff2f2T= =+ + + += =+ +RZURRRURRRUV32ff2f2T= =+ + + +- -= =- -RZURRRURRRUuoui08V3V传输特性传输特性+6V-6VuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R23V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V传输特性传

12、输特性+6V-6VuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R21.电路构造电路构造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ZURRRUf11T+ += =+ +ZURRRUf11T+ +- -= =- -上下限上下限:8.6 方波发生器方波发生器u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC2.任务原理：任务原理：(1) 设设 uo = + UZ , 此时，此时，uO给给C 充电充电, uc ，那么：那么：u+=UT+u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦一旦 uc UT+ , 就有就有 u- u+ , uo 立刻由立刻由UZ变成变成UZ 。在在 uc UT+

13、 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坚持坚持+UZ不变不变+UZu+A+-u+u1RfRZRZDORCuC此时，此时，C C向向uOuO放电放电, ,再反向充电再反向充电(2) 当当uo = -UZ 时，时，u+=UT-uc到达到达UT-时，时，uo上跳。上跳。UT+uctUT-当当uo uo 重新回到重新回到UZ 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。-UZu+A+-u+u1RfRZRZDORCuC0UT+uctUT-+UZuo0t - UZT完好的波形：完好的波形：动画演示动画演示计算振荡周期计算振荡

14、周期T。u+A+-u+u1RfRZRZDORCuCEWB演示演示方波发生器方波发生器周期与频率的计算：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:)21ln(2f1RRRCT+ += =f = 1/T可推出可推出:u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC3 3、占空比可调的方波发生器、占空比可调的方波发生器UZuo0t- UZ 改动电位器改动电位器 RW RW 的滑动端，就改动了冲放电的的滑动端，就改动了冲

15、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。u+A+-u+u1RfRZRZD1D2DORWRCuC8.7 三角涉及锯齿波信号发生器三角涉及锯齿波信号发生器电路构造：迟滞比较器电路构造：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u+R+A1+RZ-2ZDu4Ro2+R1R35RCuuo1A2任务原理：任务原理：假设假设uo1=+UZ， uo2， u+ 。)(0dt12o01o42o+ + +- -= = uuCRut2o2121o211uRRRuRRRu+ + + += =+ + 当当u+ 0时，时， uo1翻转为翻转为-UZ。假设假设uo1=-UZ，

16、 uo2， u+ 。 当当u+ 0时，时， uo1翻转为翻转为+UZ。波形图波形图振荡周期：振荡周期：0UT+uo2tUT-+UZuo10t - UZTuR-+Z+uRR+12A1u4R+CA2RZD5+uo1o2ZTURRU21= =+ +ZTURRU21- -= =- -2414RCRRT = = 二二.锯齿波发生器锯齿波发生器改动积分器的正反向改动积分器的正反向充电时间常数充电时间常数uZo1Ro23Zu+RR5+Du4uRA1-R+1A2+2C+RD6Ruo1=+UZ，D截止，充电截止，充电时间常数：时间常数：R4C。uo1=-UZ，D导通，充电导通，充电时间常数：时间常数：(R6R4

17、)C。+UZuo10t - UZ R6R4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 振幅条件振幅条件 相位条件相位条件pjjn2FA=+正弦波振荡电路由放大器、反响网络、选频网络和稳幅环节构成。正弦波振荡电路由放大器、反响网络、选频网络和稳幅环节构成。2正弦波振荡电路主要有正弦波振荡电路主要有RC振荡电路和振荡电路和LC振荡电路两种。振荡电路两种。RC振荡振荡电路主要用于中低频场所，电路主要用于中低频场所，LC振荡电路主要用于高频场所。石英晶体振荡电路主要用于高频场所。石英晶体振荡电路是一种特殊的振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当运放开环任务或引入正反响时，运放任务在非线性形状。其分析当运放开环任务或引入正反响时，运放任务在非线性形状。其分析方法为：方法为： 假设假设