模电-第8章-波形的发生和信号的转换课件

1、第八章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（自学）8.4利用集成运放实现的信号转换电路（自学）第四版童诗白第四版童诗白本章重点和考点：1.重点掌握RC正弦波振荡 工作原理。2.重点掌握电压比较器的传输特性。3.掌握非正弦波发生电路的原理。本章教学时数：6学时8.1正弦波振荡电路 正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。正弦波振荡电路的振荡条件RC正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路石英晶体振荡电路8.1.1概述一、产生正弦波振荡的条件

2、 正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。AF = a+ f= 2n振荡条件幅度平衡条件 相位平衡条件 n = 0,1,2动画二. 起振和稳幅满足上述条件后，一旦电源接通，随着时间增加输出幅度增大。增大到一定程度后，放大电路中晶体管将进入饱和或截至状态，输出正弦波将失真。应采取稳幅措施。起振的幅度条件是：三、正弦波振荡电路的组成及分类组成：分类：RC正弦波振荡电路，频率较低，在1MHz以下。LC正弦波振荡电路，频率较高，在1MHz以上。石英晶体振荡电路，频率较高，振荡频率非常稳定。（1）放大电路 没有放大，不可能产生振荡。 要保证电路具有放大功能（2）反馈网络 形成正反

3、馈，以满足相位平衡条件（3）选频网络 以产生单一频率的正弦波(RC、LC)（4）稳幅电路 以保证输出端得到不失真的正弦波四、判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤判断能否产生振荡的一般方法和步骤：a. 检查电路的组成部分c. 将电路在放大器输入端断开，利用瞬时极性法 判断电路是否满足相位平衡条件 b. 检查放大电路是否正常工作d. 分析是否满足振荡产生的幅度条件。 一般AF应略大于1 8.1.2 RC正弦波振荡电路1. 电路组成2. RC串并联选频网络的选频特性3. 振荡电路工作原理4. 稳幅措施8.1.2RC 正弦波振荡电路RC串并联网络振荡电路也称RC桥式正弦波振荡电路或称文氏振荡电路(W

4、ien)电路组成：放大电路 集成运放 A ；选频与正反馈网络 R、C 串并联电路；稳幅环节 RF 与 R 组成的负反馈电路。图8.1.7 RC桥式正弦波振荡电路图 8.1.4一、RC 串并联选频网络Z1Z2取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ，令 则： 得 RC 串并联电路的幅频特性为：相频特性为：最大，F = 0。0F01/3+90-90图 8.1.5二、振荡频率与起振条件1. 振荡频率2. 起振条件f = f0 时，由振荡条件知：所以起振条件为：同相比例运放的电压放大倍数为即要求：三、振荡电路中的负反馈(稳幅环节)引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电

5、路的输出波形，提高带负载能力。反馈系数改变 RF，可改变反馈深度。增加负反馈深度，并且满足则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。图 8.1.7反馈电阻 RF采用负温度系数的热敏电阻，采用正温度系数的热敏电阻，均可实现自动稳幅。稳幅的其它措施电流增大时，二极管动态电阻减小。电流减小时，动态电阻增大，加大非线性环节，从而使输出电压稳定。在RF回路中串联二个并联的二极管四、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路用双层波段开关接不同电容，作为振荡频率f0的粗调；用同轴电位器实现f0的微调。RC串、并联网络中，如何调节频率？问题：如何提高频率？动画avi11-2.avi8.1.3LC 正弦

6、波振荡电路 变压器反馈式电感三点式电容三点式分类 LC正弦波振荡电路可产生1000MHz以上的正弦波信号，而一般运放频带较窄，高速运放价格昂贵，所以LC振荡电路中的放大器一般采用分离元件组成。1. 等效阻抗一 LC并联谐振回路选频特性一般有则当 时，电路谐振。为谐振频率谐振时阻抗最大，且为纯阻性其中为品质因数同时有即等效损耗电阻2. 频率响应一 LC并联谐振回路选频特性 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。二 变压器反馈式LC振荡电路1. 电路结构2. 相位平衡条件3. 幅值平衡条件4. 稳幅5. 选频 通过选择高值的BJT和调整变压器的匝

7、数比，可以满足，电路可以起振。 BJT进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。（定性分析）注意:1、 同名短 同相位 异名端 反相位2、优点：f高，易产生振荡，波形失真不大 缺点：损耗大，f0的稳定性不高(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件反馈二 变压器反馈式LC振荡电路仍然由LC并联谐振电路构成选频网络A. 若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。1. 三点式LC并联电路电容三点式电感三点式 中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。三点的相位关系B. 若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。三 三点式LC振荡电路2.

8、电感三点式振荡电路三 三点式LC振荡电路3. 电容三点式振荡电路三 三点式LC振荡电路8.2电压比较器1.电压比较器将一个模拟量输入电压与一个参考电压进行比较，输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。2.比较器中的集成运放一般工作在非线性区；处于开环状态或引入正反馈。3.分类：单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。8.2.1概述4.比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在 测量、控制、D/A和A/D转换电路中应用广泛。一、 电压比较器的传输特性1.电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系2.阈值电压： UT当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。3.电压传输特性的三

9、要素(1)输出电压的高电平UOH和低电平UOL的数值。(2)阈值电压的数值UT。(3)当uI变化且经过UT时， uO跃变的方向。二、理想运放的非线性工作区+UOMuOuP-uNO-UOM集成运放的电压传输特性在电压比较器中，集成运放不是工作在开环状态，就是工作在正反馈。8.2.2单限比较器一、过零比较器由于理想运放的开环差模增益为无穷大，所以当 uI 0 时，uO = - UOM ；过零比较器的传输特性为：uIuO+UOM-UOMOUOM 为集成运放的最大输出电压。阈值电压：当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。图8.2.3+uiuoui0+UZ-UZ电路改进：用稳压管

10、稳定输出电压。+uiuoUZRRuoUZ电压比较器的另一种形式 将双向稳压管接在负反馈回路上问题：过零比较器如图所示，输入为正负对称的正弦波时，输出波形是怎样的？传输特性uIuO+UOpp -UOppO+UZ-UZ将正弦波变为矩形波二、单限比较器单限比较器有一个门限电平，当输入电压等于此门限电平时，输出端的状态立即发生跳变。当输入电压 uI 变化，使反相输入端的电位为零时，输出端的状态将发生跳变，门限电平为：uIuO+UOM-UOMO+UZ-UZ过零比较器是门限电平为零的单限比较器。图 8.2.7存在干扰时单限比较器的 uI、uO 波形单限比较器的作用：检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。

11、缺点：抗干扰能力差。解决办法： 采用具有滞回 传输特性的比较器。电压比较器分析方法小结（1）由限幅电路确定电压比较器的输出高电平UOH和输出低电平UOL 。（2）写出up和uN的电位表达式，令up=uN ，解得输入电压就是阈值电压UT。（3） u0在uI 过UT时的跃变方向决定于作用于集成运放的哪个输入端。当uI从反向输入端输入时，uIUT ,u0=U0L 。反之，结论相反。例8.2.1在图8.2.6所示电路中，UZ=6V ，在图8.2.7中所示电路中， R1= R2 =5k ，基准电压UREF=2V ，稳压管的稳定电压UZ=5V ；它们的输入电压均为图8.2.8（a）所示的三角波。试画出图8

12、.2.6所示电路的输出电压u01和图8.2.7所示电路的输出电压u02 解图8.2.6为过零比较器图8.2.7为一般单限比较器。图8.2.8例8.2.1波形图R1R28.2.3滞回比较器一、从反相输入端输入的滞回比较器电路计算阈值电压UT电压传输特性uo从+UZ跃变到-UZ的 阈值电压为+UTuo从-UZ跃变到+UZ的 阈值电压为-UTuI在-UT与+UT之间增加或减小, uO不发生变化例8.2.2已知输入波形和电压传输特性，分析输出电压的波形。图8.2.11例8.2.2波形图 UZ 9V图8.2.9滞回比较器电路uO /Vt0+9-9二. 加上参考电压后的迟滞比较器加上参考电压后的上下限：+

13、uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL例：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V当输入 ui 为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL5V10Vuit0首先计算上下门限电压：+uoRR2R1uiUR+UOM-UOM根据传输特性画输出波形图。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHULuiuott10V5V002VUREF 为参考电压； ；uI 为输入电压；输出电压 uO 为 +UZ 或 -UZ。当 uP = uN 时，输出电压的状态发生跳变。比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。

14、 +UZuIuO -UZOUT-UT+图 8.2.10滞回比较器二、加了参考电压的滞回比较器a. 反相输入滞回比较器临界状态下有:vI-+AR2vOR1R3VZVRvNvP二、加了参考电压的滞回比较器当vI从VT-逐渐增大，增大到vI VT+时， vo=-Vz vP=VT-当vI VT-时，vo=+Vz vP=VT+当vI从VT+逐渐减小，减小到vI VT-时， vo=+Vz vP=VT+(VR=0V)vI-+AR2vOR1R3VZVRvNvP滞回比较器输入输出波形VT+VT-(VREF=0V)临界状态下有:b. 同相滞回比较器vI-+AR2vOR1R3VZVRvPvN同相滞回比较器电压传输特

15、性VT+VT-(VREF=0V)vRVT+VT-vIvOVOHVOL滞回比较器应用为了提高简单电压比较器的抗干扰能力滞回比较器应用正弦波变换为矩形波 有干扰正弦波变换为方波设R1 =R2，则有： 当vIVH时，vO1为高电平，D3导通；vO2为低电平, D4截止，vO= vO1 = VOH。8.2.4 窗口比较器能检测出输入电压是否在二个电压之间窗口比较器当VH vI VL时，vO1为低电平，vO2为低电平，D3、D4截止，vO为0V；传输特性当vI VL时，vO2为高电平，D4导通；vO1为低电平，D3截止，vO= vO2 = VOH 。分别求解如图所示各电路的电压传输特性 已知三个电压比较

16、器的电压传输特性分别如图试画出uO1、uO2和uO3的波形。8.2.5集成电压比较器一、集成电压比较器的主要特点和分类：1. 具有较高的开环差模增益；2. 具有较快的响应速度；3. 具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；4. 具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。分类：单、双和四电压比较通用型、高速型、低电压型和高精度型普通、集电极（或漏极）开路输出或互补输出型二、集成电压比较器的基本接法1.通用型集成电压比较器AD790引脚图+12V单电源供电，逻辑电源为5V。5V双电源供电，逻辑电源为5V。15V双电源供电，逻辑电源为5V。2.集电极开路集成电压比较器LM119金属封装的管脚图反

17、相输入2同相输入2电路为双限比较器，能实现线与功能图8.2.16由LM119构成的双限比较器及其电压传输特性8.3非正弦波发生电路非正弦波：矩形波、三角波、尖顶波和阶梯波等图8.3.1几种常见的非正弦波8.3.1矩形波发生电路一、电路组成RC 充放电回路滞回比较器图 8.3.2滞回比较器：集成运放、R1、R2；充放电回路：R、C；（延迟环节、反馈网络）钳位电路：VDZ、R3。（稳幅环节）动画avi14-1.avi二、工作原理设 t = 0 时，uC = 0，uO = + UZ则tOuCOuOtu+u-当 u- = uC = u+ 时，t1t2则当 u- = uC = u+ 时，输出又一次跳变，

18、 uO = + UZ输出跳变， uO = - UZ图 8.3.4三、振荡周期电容的充放电规律：对于放电，解得：结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。t1t2tOuCOuOtt3图 8.3.4振荡频率f=1/T四、占空比可调的矩形波发生电路图 8.3.5a使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。tOuCuOtOT1T2T充电时间 T1放电时间 T2占空比 D图 8.3.5b8.5.2三角波发生电路一、电路组成图8.3.6采用波形变换的方法得到三角波uO1为方波电路分析uO2为三角波二、工作原理当 u+ = u- = 0 时，滞回比较器的输

19、出发生跳变。图 8.3.8实用电路左边是同相输入滞回比较器右边为反向积分运算电路图 8.3.7R3R4传输特性 +UT -UT +UZ -UZuOuI二、工作原理OuO1tOuOt当 u+ = u- = 0 时，滞回比较器的输出发生跳变。图 8.3.9图 8.3.7R3R4设t=0时， uO1 = +UZ u0= 0 三、输出幅度和振荡周期解得三角波的输出幅度当 u+ = u- = 0 时，uO1 跳变为 -UZ， uO 达到最大值 Uom 。振荡周期调节电路中的R1 、 R2、R3阻值和C的容量，可改变振荡频率，调节R1 、 R2的阻值，可改变三角波的幅值。图 8.3.10a8.5.3锯齿波

20、发生电路一、电路组成OuO1tOuOtT1T2T二、输出幅度和振荡周期图 8.3.10b正向积分时间常数远大于反向积分时间常数或者相反。动画avi14-4.avi8.3.4波形变换电路（自阅）一、三角波变锯齿波电路二、三角波变正弦波电路1.滤波法2.折线法8.3.5 函数发生器函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路；当调节外部电路参数时，还可获得占空比可调的矩形波和锯齿波。一、电路结构（ICL8038） 1.二个电流源2.二个同相输入单限比较器3.RS触发器4.二个缓冲电路5.三角波变正弦波电路当 Q = 0，S 断开，C 充电 (IS1) 至 2/3VCCQ = 1当

21、 Q = 1，S 闭合，C 放电 (IS2 -IS1) 至 1/3VCCQ = 0当 IS2 = 2IS1，引脚 9 输出方波，引脚 3 输出三角波；当 IS2 2IS1，引脚 9 输出矩形波，引脚 3 输出锯齿波。二、工作原理Qn+1=S+RQn 三、性能特点12345678ICL803814131211109正弦波失真度调整正弦波失真度调整正弦波输出三角波输出矩形波输出调频偏置电压输入调频偏置电压输出接电阻 RA接电阻 RB接电容 C+VCC-VEE (或地)8.3.20ICL8038的引脚图ICL8038可单电源供电，也可双电源供电。四、常用接法调占空比和正弦波失真调频率调占空比和正弦波

22、失真RW1RP4 RW2+VCC-VEERRAICL803845131011128RBRP3CC1692图8.3.23失真度减小和频率可调电路11醉翁亭记 1反复朗读并背诵课文，培养文言语感。2结合注释疏通文义，了解文本内容，掌握文本写作思路。3把握文章的艺术特色，理解虚词在文中的作用。4体会作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬，于庆历六年写下岳阳楼记，寄托自己“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的政治理想。实际上，这次改革，受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外，还有范仲淹改革的另一位支持者北宋大文学家、史学家欧阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州，也就是今天的安徽省滁州市

23、。也是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于岳阳楼记的千古名篇醉翁亭记。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修(10071072)，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今属江西)人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。关于“醉翁”与“六一居士”：初谪滁山，自号

24、醉翁。既老而衰且病，将退休于颍水之上，则又更号六一居士。客有问曰：“六一何谓也？”居士曰：“吾家藏书一万卷，集录三代以来金石遗文一千卷，有琴一张，有棋一局，而常置酒一壶。”客曰：“是为五一尔，奈何？”居士曰：“以吾一翁，老于此五物之间，岂不为六一乎？”写作背景：宋仁宗庆历五年(1045年)，参知政事范仲淹等人遭谗离职，欧阳修上书替他们分辩，被贬到滁州做了两年知州。到任以后，他内心抑郁，但还能发挥“宽简而不扰”的作风，取得了某些政绩。醉翁亭记就是在这个时期写就的。目标导学二：朗读文章，通文顺字1初读文章，结合工具书梳理文章字词。2朗读文章，划分文章节奏，标出节奏划分有疑难的语句。节奏划分示例环滁

25、/皆山也。其/西南诸峰，林壑/尤美，望之/蔚然而深秀者，琅琊也。山行/六七里，渐闻/水声潺潺，而泻出于/两峰之间者，酿泉也。峰回/路转，有亭/翼然临于泉上者，醉翁亭也。作亭者/谁？山之僧/曰/智仙也。名之者/谁？太守/自谓也。太守与客来饮/于此，饮少/辄醉，而/年又最高，故/自号曰/醉翁也。醉翁之意/不在酒，在乎/山水之间也。山水之乐，得之心/而寓之酒也。节奏划分思考“山行/六七里”为什么不能划分为“山/行六七里”？明确：“山行”意指“沿着山路走”，“山行”是个状中短语，不能将其割裂。“望之/蔚然而深秀者”为什么不能划分为“望之蔚然/而深秀者”？明确：“蔚然而深秀”是两个并列的词，不宜割裂，“

26、望之”是总起词语，故应从其后断句。【教学提示】引导学生在反复朗读的过程中划分朗读节奏，在划分节奏的过程中感知文意。对于部分结构复杂的句子，教师可做适当的讲解引导。目标导学三：结合注释，翻译训练1学生结合课下注释和工具书自行疏通文义，并画出不解之处。【教学提示】节奏划分与明确文意相辅相成，若能以节奏划分引导学生明确文意最好；若学生理解有限，亦可在解读文意后把握节奏划分。2以四人小组为单位，组内互助解疑，并尝试用“直译”与“意译”两种方法译读文章。3教师选择疑难句或值得翻译的句子，请学生用两种翻译方法进行翻译。翻译示例：若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝，晦明变化者，山间之朝暮也。野芳发而幽香，佳木秀

27、而繁阴，风霜高洁，水落而石出者，山间之四时也。直译法：那太阳一出来，树林里的雾气散开，云雾聚拢，山谷就显得昏暗了，朝则自暗而明，暮则自明而暗，或暗或明，变化不一，这是山间早晚的景色。野花开放，有一股清幽的香味，好的树木枝叶繁茂，形成浓郁的绿荫。天高气爽，霜色洁白，泉水浅了，石底露出水面，这是山中四季的景色。意译法：太阳升起，山林里雾气开始消散，烟云聚拢，山谷又开始显得昏暗，清晨自暗而明，薄暮又自明而暗，如此暗明变化的，就是山中的朝暮。春天野花绽开并散发出阵阵幽香，夏日佳树繁茂并形成一片浓荫，秋天风高气爽，霜色洁白，冬日水枯而石底上露，如此，就是山中的四季。【教学提示】翻译有直译与意译两种方式，

28、直译锻炼学生用语的准确性，但可能会降低译文的美感；意译可加强译文的美感，培养学生的翻译兴趣，但可能会降低译文的准确性。因此，需两种翻译方式都做必要引导。全文直译内容见我的积累本。目标导学四：解读文段，把握文本内容1赏析第一段，说说本文是如何引出“醉翁亭”的位置的，作者在此运用了怎样的艺术手法。明确：首先以“环滁皆山也”五字领起，将滁州的地理环境一笔勾出，点出醉翁亭坐落在群山之中，并纵观滁州全貌，鸟瞰群山环抱之景。接着作者将“镜头”全景移向局部，先写“西南诸峰，林壑尤美”，醉翁亭坐落在有最美的林壑的西南诸峰之中，视野集中到最佳处。再写琅琊山“蔚然而深秀”，点山“秀”，照应上文的“美”。又写酿泉，

29、其名字透出了泉与酒的关系，好泉酿好酒，好酒叫人醉。“醉翁亭”的名字便暗中透出，然后引出“醉翁亭”来。作者利用空间变幻的手法，移步换景，由远及近，为我们描绘了一幅幅山水特写。2第二段主要写了什么？它和第一段有什么联系？明确：第二段利用时间推移，抓住朝暮及四季特点，描绘了对比鲜明的晦明变化图及四季风光图，写出了其中的“乐亦无穷”。第二段是第一段“山水之乐”的具体化。3第三段同样是写“乐”，但却是写的游人之乐，作者是如何写游人之乐的？明确：“滁人游”，前呼后应，扶老携幼，自由自在，热闹非凡；“太守宴”，溪深鱼肥，泉香酒洌，美味佳肴，应有尽有；“众宾欢”，投壶下棋，觥筹交错，说说笑笑，无拘无束。如此勾

30、画了游人之乐。4作者为什么要在第三段写游人之乐？明确：写滁人之游，描绘出一幅太平祥和的百姓游乐图。游乐场景映在太守的眼里，便多了一层政治清明的意味。太守在游人之乐中酒酣而醉，此醉是为山水之乐而醉，更是为能与百姓同乐而醉。体现太守与百姓关系融洽，“政通人和”才能有这样的乐。5第四段主要写了什么？明确：写宴会散、众人归的情景。目标导学五：深入解读，把握作者思想感情思考探究：作者以一个“乐”字贯穿全篇，却有两个句子别出深意，不单单是在写乐，而是另有所指，表达出另外一种情绪，请你找出这两个句子，说说这种情绪是什么。明确：醉翁之意不在酒，在乎山水之间也。醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。这种情绪是作者遭贬谪后的抑郁，作者