新版高等数学市公开课获奖课件

1、第八章 波形产生电路与变换电路 8.1 非正弦波产生电路 8.2 集成函数发生器 8.3 正弦波产生电路 第1页第1页8.1 非正弦波产生电路 图 8 1 利用电容充放电产生脉冲波形原理图 第2页第2页由图 8 - 1 得其三要素为 其充放电波形如图 8 - 2 所表示, 改变充放电时间常数, 可得到不同波形。 第3页第3页图 8 2 电容充放电波形 第4页第4页8.1.1 矩形波产生电路 图 8 3 矩形波产生电路 第5页第5页1. 工作原理 在图 8 - 3 所表示电路中, 通过Ro和稳压管VDz1、VDz2对输出限幅, 假如它们稳压值相等, 即Uz1=Uz2=Uz, 那么电路输出电压正、

2、 负幅度对称：UOH=+Uz, UOL=-Uz, 同相端电位 由uo通过R2、R3分压后得到, 这是引入正反馈；反相端电压 受积分器电容两端电压uC控制。 第6页第6页 当电路接通电源时, 与 必存在差别。 或 是随机。 尽管这种差别极其微小, 但一旦出现 , uo=UOH=+Uz。反之, 当出现 时, uo=UOL=-Uz。因此, uo不也许居于其它中间值。设t=0(电源接通时刻)，电容两端电压uC=0, 滞回比较器输出电压uo=+Uz, 则集成运放同相输入端电位为 第7页第7页此时, 输出电压uo=+Uz对电容充电, 使 由零逐步上升。在等于以前, uo=+Uz不变。当 时 输出电压uo从

3、高电平+Uz跳变为低电平-Uz。 当uo=-Uz时, 集成运放同相输入端电位也随之发生跳变, 其值为同时电容器经R放电, 使 逐步下降。在 等于 以前, 不变, 当 时, uo从-Uz跳变为+Uz, 也随之而跳变为 , 电容器C再次充电。如此周而复始, 产生振荡, 从uo输出矩形波，其波形如图 8 - 4 所表示。 第8页第8页图 8 4 矩形波产生电路波形图 第9页第9页2. 振荡周期计算 其中 （8-4）第10页第10页代入式(8 - 4)得同理求得 第11页第11页 假如UOH|UOL|, 则上述 , T1T2, 输出为矩形波。 假如|UOH|=|UOL|, 但充放, T1T2, 那么输

4、出也为矩形波。 通常定义矩形波为高电平时间T2与周期T之比为占空比D, 即第12页第12页图 8 5 占空比可调电路第13页第13页8.1.2 三角波产生电路 图 8 6 三角波产生电路 第14页第14页1. 工作原理 图 8 7 双运放非正弦波产生电路波形第15页第15页2. 计算(1) uo幅值计算。 当 时, 相应uo值为输出三角波幅值Uom, 即第16页第16页当uo1=+Uz时 当uo1=-Uz时 （8-11）第17页第17页 (2) 振荡周期计算。由A2积分电路可求出振荡周期, 其输出电压uo从-Uom上升到+Uom所需时间为T/2, 因此得将式(8 -11)代入, 可得 第18页

5、第18页8.1.3 锯齿波产生电路 图 8 8 锯齿波产生电路 第19页第19页图 8 9 锯齿波产生电路波形 第20页第20页锯齿波幅度和振荡周期与三角波相同。 当 时, 相应uo值为 当uo1=+Uz时 当uo1=-Uz时 第21页第21页振荡周期为T=T1+T2, 电容充电时间T1为则 电容放电时间T2为 第22页第22页则故振荡周期为式中rd1、rd2为二极管VD1、VD2导通时电阻。 第23页第23页8.1.4 波形变换电路 波形变换电路功效是将一个形状波形变换成另一个形状波形, 以适应各种不同需要。 第24页第24页8.2 集成函数发生器ICL8038简介* 图 8 10 ICL8

6、038原理框图 第25页第25页图 8 - 11ICL8038管脚图(顶视图) 第26页第26页图 8 - 12ICL8038基本接法 第27页第27页上升时间t1为 下降时间t2为因此振荡周期为振荡频率为 第28页第28页其中RA和RB阻值宜在 范围内(“UCC-U”是管脚与管脚之间电压), 且RB应小于2RA。 当RA=RB时, 管脚、和输出波形分别为矩形波、三角波和正弦波, 振荡频率为 。调整电位器RW 可使正弦波失真度减小到1.5%下列。用100k电位器接成可变电阻形式代替图 8 - 12中 82k电阻, 调整它也能够减小正弦波失真度。假如希望进一步减小正弦波失真度, 可用图 8 -

7、13 所表示调整电路, 使正弦波失真度减小到0.5%左右。 第29页第29页图 8 13 频率可调和失真小函数发生器第30页第30页图 8 14 扫描信号发生器(RA=RB) 第31页第31页8.3 正弦波产生电路 8.3.1 产生正弦波振荡条件 图8 15 正弦波产生电路基本结构 第32页第32页 正弦波发生电路基本结构是引入正反馈反馈网络和放大电路, 如图8 - 15所表示。接成正反馈是产生振荡首要条件, 又称为相位条件。为了使电路在没有外加信号时 , 就产生振荡, 因此还要求电路在开环时满足即 第33页第33页 正弦波产生电路普通应包括下列几种基本构成部分: (1) 放大电路。 (2)

8、反馈网络。 (3) 选频网络。 (4) 稳幅电路。 判断一个电路是否为正弦波振荡器, 就看其构成是否含有上述四个部分。 第34页第34页 判断振荡普通办法是: (1) 是否满足相位条件, 即电路是否为正反馈, 只有满足相位条件才有也许振荡。 (2) 放大电路结构是否合理, 有无放大能力, 静态工作点是否适当。 (3) 分析是否满足幅度条件, 检查 , 若 , 则不也许振荡。 , 能振荡, 但输出波形明显失真。 , 产生振荡。振荡稳定后 。再加上稳幅办法, 振荡稳定, 并且输出波形失真小。 第35页第35页8.3.2 正弦波振荡电路 1. RC串并联网络选频特性 图 8 16 RC串并联网络及其

9、高下频等效电路第36页第36页 当信号频率足够低时, , 可得到近似低频等效电路, 如图8 - 16(b)所表示。它是一个超前网络。 输出电压 相位超前输入电压 。 当信号频率足够高时, , 其近似高频等效电路如图 8 - 16(c)所表示。它是一个滞后网络。 输出电压 相位落后输入电压 。 因此能够断定, 在高频与低频之间存在一个频率fo, 其相位关系既不是超前也不是落后, 输出电压 与输入电压 相位一致。这就是RC串并联网络选频特性。 第37页第37页整理后得 由图8 - 16(a)可得 第38页第38页通常取R1=R2=R, C1=C2=C, 则 其中 , 即(8-23)式(8 - 23

10、)所代表幅频特性为 第39页第39页相频特性为 图 8 17 RC串并联网络频率特性 可见,当=o=1/RC时 , 达到最大值, 且等于 1/3, 而相移=0。 第40页第40页2. RC串并联网络正弦波振荡电路 图 8 18 RC串并联网络正弦波振荡电路 第41页第41页 由RC串并联网络选频特性得知,在=o=1/RC时, 其相移F=0, 为了使振荡电路满足相位条件要求放大器相移A也为0(或360)。 因此, 放大电路可选取同相输入方式集成运算放大器或两级共射分立元件放大电路等。由于它是RC串并联网络选频特性, 因此使信号通过闭合环路 后, 仅有=o信号才满足相位条件, 因此, 该电路振荡频

11、率为o, 从而确保了电路输出为单一频率正弦波。 第42页第42页为了使电路能振荡, 还应满足起振条件, 即要求 而图 8 - 18 所表示反馈系数就是RC串并联网络传播系数, 如式(8 - 23)所表示, 即放大器放大倍数(8-27)第43页第43页当=o时, , 因而按起振条件式(8 - 27), 要求即 比如, 若Rf=20k, 则取R1=10k, 用 8.2 k电阻和 4.7k电位器串联作为R1, 这样便于调整, 使之满足式(8-29)而起振。该电路振荡频率为第44页第44页图 8 19 二极管稳幅电路RC串并联网络振荡电路 第45页第45页8.3.3LC正弦波振荡电路 1. LC并联回

12、路选频特性 图 8 20 LC并联电路 第46页第46页对于某个特定频率o, 满足 , 即或 第47页第47页 此时电路产生并联谐振, 因此fo叫作谐振频率。谐振时, 回路等效阻抗呈现纯电阻性质, 且达到最大值, 称为谐振阻抗Zo, 这时其中 LC并联回路谐振时输入电流为 第48页第48页而流过电感电流为 因此 通常Q1, 因此 , 即谐振时, LC并联电路回路电流比输入电流大得多, 此时谐振回路外界影响可忽略。 谐振时式(8 - 31)虚部为零, 因此相移也为零。 第49页第49页图 8 21 LC并联回路频率特性 第50页第50页2. 变压器反馈式LC正弦波振荡电路 图 8 22 变压器反

13、馈式LC正弦波振荡电路第51页第51页 振荡起振幅值条件为 , 只要变压器匝数比设计恰当, 普通都可满足幅值条件。 在满足相位条件前提下仍不起振, 可加、减变压器次级绕组匝数, 使之振荡。 当Q值较高时, 振荡频率fo就等于LC并联回路谐振频率, 即第52页第52页3. 三点式LC正弦波振荡电路 图 8 23 三点式振荡电路 第53页第53页 电感三点式正弦波振荡电路振荡频率基本上等于LC并联电路谐振频率, 即其中L是谐振回路等效电感, 即 电容三点式正弦波振荡电路振荡频率近似等于LC并联电路谐振频率, 即对图 8 - 23(c)、 (d)第54页第54页图 8 24 电容三点式改进型正弦波振荡电路 第55页第55页在选取电容参数时, 可使C1C, C2C, 因此 故 fo仅取决于电感L和电容C, 与C1、C2和管子极间电容关系很小, 因此振荡频率稳定度较高, 其频率稳定度f/fo值可小于0.01%。 第56页第56页4. 石英晶体正弦波振荡电路1) 石英晶体基本知识 图 8 25 石英晶体谐振器 第57页第57页 从石英晶体谐振器等效电路可知,它有两个谐