第八章 波形发生和信号变换

1、RC串并联网络正弦波振荡器串并联网络正弦波振荡器RC 串并联网络是正反馈网络R3和R4是负反馈网络一、 RC网络的频率响应)j/1 (111CRZ222222j1 )j/1/(CRRCRZRC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。其频率响应如下:1)122C1RCR1j()1 (2121CRCR-R/j+)Cj/1 (2122221112RCCRCRRR)j1()Cj/1 (222112RCRRR谐振频率为: f0=212121CCRRRC10当R1 = R2=R，C1 = C2= C时，谐振角频率和谐振频率分别为:RCf210)j1/(+)Cj/1 ()j1/(22211222

2、212CRRRCRRZZZofVVF幅频特性:相频特性:当 f=f0 时的反馈系数 , 此时的相角 F = 0。F313arctg11arctg0012211221F-CCRRCRCRRC串并联网络的频率特性曲线当C1 =C2 =C 、R1 =R2=R时: 为满足振荡的幅度条件 ，需负反馈放大器Af3。加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。1FA31ofVVF F = 0RCff2103143fRRA二、RC文氏电桥振荡器的工作原理三、RC文氏电桥振荡电路的稳幅过程 RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R4实现的。R4是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R4上所加的电压升高，即温度升高

3、，R4的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在R3的位置。 (a) 稳幅电路 (b) 稳幅原理图 反并联二极管的稳幅电路 二极管工作在A、B点，电路的增益较大，引起增幅过程。当输出幅度大到一定程度，增益下降，最后达到稳定幅度的目的。当Vo大时，二极管支路的交流电流较大，RD较小，Avf较小，于是Vo下降。由图(b)可看出二极管工作在C、D点所对应的等效电阻，小于工作在A、B点所对应的等效电阻，所以输出幅度小。LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。这里的选

4、频网络是由LC并联谐振电路构成，正反馈网络因不同类型的LC正弦波振荡电路而有所不同。 一、LC并联谐振电路的频率响应 二、变压器反馈LC振荡器 三、电感三点式LC振荡器一、一、LC并联谐振电路的频率响应并联谐振电路的频率响应LCLjLCCjCLCjLjCjLjCjLj2211111/-理想的LC并联谐振电路-VLCLjRLCLjVCjLjRCjLjVo2121111/1/理想的LC并联谐振电路-VLRjCRjVLjLCRRLjVo1111121VVLCfLCooo:211此时，谐振频率可见：发生并联谐振时LC网络相当于开路。CLRRLQ10品质因数实际的LC并联网络是要考虑电感支路损耗的，用R

5、表示，如右图所示。有损耗的谐振电路)()(12222LRLCjLRRLjRCjYLC-网络的导纳LC1Q111LC1LR112200）（令虚部为零，可得LC11Q0时，当对应的谐振曲线中Q值大的曲线较陡较窄，图中Q1Q2。并联谐振电路的谐振阻抗：CLQXQXRQRQRRLRYZ2220200)(1二、变压器反馈二、变压器反馈LC振荡电路振荡电路变压器反馈式LC振荡电路 LC并联谐振电路作为三极管的负载，反馈线圈L2与电感线圈相耦合,将反馈信号送入三极管的输入回路。交换反馈线圈的两个线头，可使反馈极性发生变化。调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，以使正反馈的幅度条件得以满足。三、电感三点式

6、三、电感三点式 LC LC 振荡器振荡器 图（a） 电感三点式LC振荡器（CB）图（b）电感三点式LC振荡器（CE） 图（a）为电感三点式LC振荡电路。电感线圈L1和L2是一个线圈，2点是中间抽头。线圈上的瞬时极性如图所示。反馈到发射极的极性对地为正，图中三极管是共基极接法，所以使发射结的净输入减小，集电极电流减小，符合正反馈的相位条件。图（b） 为另一种电感三点式LC振荡电路。四、电容三点式四、电容三点式LCLC振荡电路振荡电路（a）CB组态 （b）CE组态Vf例8.1：下图为一个三点式振荡电路试判断是否满足相位平衡条件。 (a) (b)五、石英晶体五、石英晶体LCLC振荡电路振荡电路 利用

7、石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路，如下图所示： (a)串联型 f0 =fs （b）并联型 fs f0fp石英晶体的电抗曲线CRLC0等效电路模型LCfs21串联谐振频率pspfCCfCCCCLf000121并联谐振频率 对于图对于图 (a)(a)的电路与电感三点的电路与电感三点式振荡电路相似。要使反馈信号能式振荡电路相似。要使反馈信号能传递到发射极，为此石英晶体应处传递到发射极，为此石英晶体应处于串联谐振点，此时晶体的阻抗接于串联谐振点，此时晶体的阻抗接近为零。近为零。 对于图对于图 (b)(b)的电路，满足正反馈的电路，满足正反馈的条件，为此，石英晶体必须呈电感的条件，为此，石英

8、晶体必须呈电感性才能形成性才能形成LC并联谐振并联谐振回路，产生回路，产生振荡。由于石英晶体的振荡。由于石英晶体的Q值很高，可值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。高的振荡频率稳定性。固定幅度比较器固定幅度比较器 (1) 过零比较器和电压幅度比较器 过零电压比较器是典型的幅度比较电路，它的电路图和传输特性曲线如右图所示。(a)(b)(a)电路图(b)传输特性曲线 将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到一个电压值VREF 上 , 就得到电压幅度比较器，它的电路图和传输特性曲线如下图所示： 固定电压比较器(a)电路图(b)传输特性曲线(2)

9、比较器的基本特点 工作在开环或正反馈状态。 开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。 非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。滞回比较器滞回比较器om21221REF1TVRRRRRVRV-om21221REF1TVRRRRRVRV 从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路如图所示。当输入电压vI从零逐渐增大，且 时， ， 称为上限阈值(触发)电平。TIVv omOVvTV当输入电压 时， ， 此时触发电平变为 ， 称为下限阈值(触发)电平。TIVv -omOVv TV TV 当 逐渐减小，且 以前， 始终等于 ，因此出现如下图所示的滞回特性曲线。Iv T

10、IVv Ov-omV回差电压 ：V-omom212 TTVVRRRVVV滞回比较器的传输特性窗口比较器窗口比较器 窗口比较器的电路如图所示。电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。设R1 =R2，则有：DLHDCC212DCCL2=)2(21)2(=VVVVVRRRVVV-窗口比较器 窗口比较器的传输特性 (1) 当vIVH时，vO1为高电平，D3导通；vO2为低电平, D4截止，vO= vO1。(2) 当vI VL时，vO2为高电平，D4导通；vO1为低电平，D3截止，vO= vO2。(3) 当VH vI VL时，vO1为低电平，vO2为低电平，D3、D4截止，vO为低电平。比较器的应用

11、比较器的应用 比较器主要用来对输入波形进行整形，可以将不规则的输入波形整形为方波输出,其原理图如下图所示。(a) 正弦波变换为矩形波 (b) 有干扰正弦波变换为方波方波发生电路方波发生电路 方波发生电路是由滞回比较电路和RC定时电路构成的，电路如下图所示。21Z2PZOC, 0RRVRVVvv所以电容C充电， 升高。Cv图14.07 方波发生器电源刚接通时, 设 当 时， ，所以 电容C放电， 下降。PNCVVvZOVv-21Z2PRRVRV-Cv 当 ，时，返回初态。PNCVVvZOVv 方波周期用过渡过程公式可以方便地求出： )21ln(212fRRCRT占空比可调的矩形波电路占空比可调的

12、矩形波电路 显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。 C充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管D1、Rf。 C放电时，放电电流经Rf、二极管D2、电位器的下半部。三角波发生器三角波发生器 三角波发生器的电路如下图所示。它是由滞回比较器和积分器闭环组合而成的。积分器的输出反馈给滞回比较器，作为滞回比较器的 。REFV1.当vO1=+VZ时, vO按线性逐渐下降，当使A1的VP略低于VN 时，vO1 从+VZ跳变为-VZ。2. 在vO1=-VZ后，vO按线性上升，当使A1的VP略大于零时，vO1从-VZ跳变为+ VZ ，如此周而复始，故vO为三角波。输出峰值Z21moVRRV-Z21moVRRV振荡周期：214Zmo444RCRRVVCRTmo2/04Z21VdtRVCT锯齿波发生器锯齿