模拟电子技术华成英童诗白8波形的发生和信号的转换课件

第八章波形的发生和信号的转换第八章波形的发生和信号的转换8.1.1产生自激振荡的原理改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。基本放大电路Ao反馈电路F+–§8.1正弦振荡电路8.1.1产生自激振荡的原理改成正反馈只有正反馈电路才能如果：则去掉仍有信号输出。基本放大电路Ao反馈电路F反馈信号代替了放大电路的输入信号。基本放大电路Ao反馈电路F++如果：则去掉仍有信号输出。基本放大反馈电路反馈信号代替了放大自激振荡条件的推导基本放大电路Ao反馈电路F+

+自激振荡条件的推导基本放大反馈电路++FAo=1自激振荡的条件基本放大电路Ao反馈电路FFAo=1自激振荡的条件基本放大反馈电路如果：(1)正反馈足够强,输入信号为0时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。(2)要获得非正弦自激振荡,反馈回路中必须有RC积分电路。(3)要获得正弦自激振荡,反馈回路中必须有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：如果：(1)正反馈足够强,输入信号为0时仍有信号输出自激振荡的条件：因为：所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振幅条件：（2）相位条件：n是整数相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。自激振荡的条件：因为：所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振问题1：如何启振？Uo是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：|AF|>1，且A+B=2n，即可起振。问题1：如何启振？Uo是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出问题2：如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。具体方法将在后面具体电路中介绍。起振并能稳定振荡的条件：问题2：如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时8.1.2RC振荡电路用RC电路构成选频网络的振荡电路即所谓的RC振荡电路，可选用的RC选频网络有多种，这里只介绍文氏桥选频电路。R1C1R2C2一、选频电路8.1.2RC振荡电路用RC电路构成选频网络的振荡电路时，相移为0。R1C1R2C2时，相移为0。R1C1R2C2如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：传递函数：相频特性：幅频特性：fof+90–90f如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：传递函数：相频特性二、用运放组成的RC振荡器所以，要满足相位条件，只有在fo

处因为：uo_++R2RCRCR1二、用运放组成的RC振荡器所以，要满足相位条件，只有在foRC正弦波振荡电路电路原理(1)

电路的构成

RC串并联网络是正反馈网络，Rf和R1为负反馈网络。

RC串并联网络与Rf、R1负反馈支路正好构成一个桥路，称为桥式。RC正弦波振荡电路电路原理(1)电路的构成RC振荡的建立与稳定

为满足振荡的幅度条件=1，所以Af≥3。加入Rf、R1支路，构成串联电压负反馈。当电路达到稳定平衡状态时：振荡的建立与稳定为满足振荡的幅度条件=电路的稳幅过程

振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R1实现的。R1是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R1上所加的电压升高，即温度升高，R1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Rf的位置。电路的稳幅过程振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R1实输出频率的调整：通过调整R或/和C来调整频率。_++RFuoRCCRKKR1R1R2R2R3R3C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。输出频率的调整：通过调整R或/和C来调整频率。_++RF8.1.3LC振荡电路LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对LC振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。首先介绍一下LC选频网络。8.1.3LC振荡电路LC振荡电路的选频电路由电感和电谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！CLR谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！++––+例1：正反馈+UCCCC1C2频率由LC谐振网络决定。++––+例1：正反馈+UCCCC1C2频率由LC谐振网络例2：正反馈频率由C、L1、

L2谐振网络决定。+UCCCC1L1L2C2uL1uL2uC设uBuCuDuBuL2

ubeuL1

D例2：正反馈频率由C、L1、L2谐振网络决定。+UC例3：正反馈+UCCC1C2设uBuCuEubeuAAECBube+–uC1

频率由L、C1、

C2组成的谐振网络决定。例3：正反馈+UCCC1C2设uBuCuEube一、电路结构上下门限电压：下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端。－++RR1R2C+ucuo–§8.2方波发生器一、电路结构上下门限电压：下行的迟滞比较器，输出经积分电路再二、工作原理1.设uo

=

+UOM此时，输出给C充电!则：u+=UH0tuoUOM-UOMU+Huc0t一旦uc>UH

,就有u->u+,在uc<UH时，u-

<u+,uo保持+UOM不变；uo

立即由＋UOM

变成－UOM

－++RR1R2C+ucuo–二、工作原理1.设uo=+UOM此时，输出给C此时，C

经输出端放电。2.当uo

=

-UOM时，u+=ULuc降到UL时，uo上翻。UHuctUL当uo

重新回到＋UOM

以后，电路又进入另一个周期性的变化。－++RR1R2C+ucuo–此时，C经输出端放电。2.当uo=-UOM时，u0UHuctULUOMuo0t-UOMT输出波形：－++RR1R2C+ucuo–0UHuctULUOMuo0t-UOMT输出波形：－++RRC电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。下行迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。－++RR1R2C+ucuo–方波发生器各部分的作用：RC电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。下行迟滞比较器：三、周期与频率的计算f=1/Tuc上升阶段表示式:uc下降阶段表示式:uc0UHtULT1T2三、周期与频率的计算f=1/Tuc上升阶段表示式:uc下降阶方波发生器电路的改进：－++RR1R2C+ucuo–－++RR1R2C+ucuoUZ–方波发生器电路的改进：－++RR1R2C+ucuo–－++R反向积分电路方波发生器§8.3三角波发生器－++RR1R2C+uc-++RR2Cuo此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。反向积分电路方波发生器§8.3三角波发生器－++RR1R－++RR1R2C+uc-++RR2Cuouo1uo三角波的周期由方波发生器确定，其幅值也由周期T和参数R、C决定。0uo1tUom-Uom－++RR1R2C+uc-++RR2Cuouo1uo三角波的电路改型－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1反向积分电路上行迟滞比较器特点：由上行的迟滞比较器和反相积分器级联构成，迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入。电路改型－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R周期和频率的计算：tuoUHULT－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1T1T2周期和频率的计算：tuoUHULT－++－++A1A2uou§8.4锯齿波发生器uot-－++R2R1++R4CuoR+–R3改变三角波发生器中积分电路的充放电时间常数，使放电的时间常数为0，即把三角波发生器转换成了锯齿波发生器。uct§8.4锯齿波发生器uot-－++R2R1++R4Cuo-－++R2R1++R4CuoR+–R3-－++R2R1++R4CuoR+–R3§8.5压频转换|ui|

<UZ－++R2R1ui-++R3CuoRA1A2uo1D1D2把锯齿波发生器积分电路的充电电压由uo1变为ui，则锯齿波发生器转变为压频转换电路。即输出uo的频率由输入电压ui的大小决定。§8.5压频转换|ui|<UZ－++R2R1ui-+设uo1=+UZ，则D2截止，D1导通，ui

给电容C充电，uo下降，当uo下降到U+L时uo1翻转到-UZ，这时，D1截止，D2导通，电容C快速放电，uo上升，当uo上升到U+H时uo1翻转到+UZ。如此周期变化。uo为锯齿波。工作原理：－++R2R1ui-++R3CuoRA1A2uo1D1D2uctucUHULuotULUH设uo1=+UZ，则D2截止，D1导通，ui给电容C－++R2R1ui-++R3CuoRA1A2uo1D1D2由电路的工作情况可知：改变电压uiuo的频率变化充电电压变化因此，称该电路为压频转换电路。tucUHUL充电时间变化－++R2R1ui-++R3CuoRA1A2uo1D1D2由由工作原理可知，uo在U+L、U+H之间变化：－++R2R1ui-++R3CuoRA1A2uo1D1D2由工作原理可知，uo在U+L、U+H之间变化：－++R2变压器反馈LC振荡器

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Ｌ相耦合,将反馈信号送入三极管的输入回路。若交换反馈线圈的两个线头，可使反馈极性发生变化。若调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，使正反馈的幅度条件得以满足。变压器反馈LC振荡器LC并联谐振电路作为三极

电感三点式LC振荡器电感线圈L1和L2是一个线圈，2点是中间抽头。如果设某个瞬间集电极电流减小，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。电感三点式LC振荡器电感线圈L1电感三点式LC振荡器反馈信号μf与输入信号μb同相，满足相位平衡条件。电感三点式LC振荡器反馈信号μf与输入信号μb同相，满足石英晶体振荡电路石英晶体

电抗-频率响应特性等效电路符号1.当R、L、C支路发生串联谐振时，串联谐振频率为：2.当R、L、C支路与C0发生并联谐振时，并联谐振频率为：石英晶体的品质因数很高石英晶体振荡电路石英晶体电抗-频率响应特性等效电路符号1.石英晶体的振荡频率石英晶体的振荡频率石英晶体振荡电路++++--

满足正反馈的条件，为此，石英晶体必须呈电感性才能形成LC并联谐振回路，产生振荡。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。石英晶体振荡电路++++--满足正反馈的条件，为此，第八章波形的发生和信号的转换第八章波形的发生和信号的转换8.1.1产生自激振荡的原理改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。基本放大电路Ao反馈电路F+–§8.1正弦振荡电路8.1.1产生自激振荡的原理改成正反馈只有正反馈电路才能如果：则去掉仍有信号输出。基本放大电路Ao反馈电路F反馈信号代替了放大电路的输入信号。基本放大电路Ao反馈电路F++如果：则去掉仍有信号输出。基本放大反馈电路反馈信号代替了放大自激振荡条件的推导基本放大电路Ao反馈电路F+

+自激振荡条件的推导基本放大反馈电路++FAo=1自激振荡的条件基本放大电路Ao反馈电路FFAo=1自激振荡的条件基本放大反馈电路如果：(1)正反馈足够强,输入信号为0时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。(2)要获得非正弦自激振荡,反馈回路中必须有RC积分电路。(3)要获得正弦自激振荡,反馈回路中必须有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：如果：(1)正反馈足够强,输入信号为0时仍有信号输出自激振荡的条件：因为：所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振幅条件：（2）相位条件：n是整数相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。自激振荡的条件：因为：所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振问题1：如何启振？Uo是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：|AF|>1，且A+B=2n，即可起振。问题1：如何启振？Uo是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出问题2：如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。具体方法将在后面具体电路中介绍。起振并能稳定振荡的条件：问题2：如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时8.1.2RC振荡电路用RC电路构成选频网络的振荡电路即所谓的RC振荡电路，可选用的RC选频网络有多种，这里只介绍文氏桥选频电路。R1C1R2C2一、选频电路8.1.2RC振荡电路用RC电路构成选频网络的振荡电路时，相移为0。R1C1R2C2时，相移为0。R1C1R2C2如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：传递函数：相频特性：幅频特性：fof+90–90f如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：传递函数：相频特性二、用运放组成的RC振荡器所以，要满足相位条件，只有在fo

处因为：uo_++R2RCRCR1二、用运放组成的RC振荡器所以，要满足相位条件，只有在foRC正弦波振荡电路电路原理(1)

电路的构成

RC串并联网络是正反馈网络，Rf和R1为负反馈网络。

RC串并联网络与Rf、R1负反馈支路正好构成一个桥路，称为桥式。RC正弦波振荡电路电路原理(1)电路的构成RC振荡的建立与稳定

为满足振荡的幅度条件=1，所以Af≥3。加入Rf、R1支路，构成串联电压负反馈。当电路达到稳定平衡状态时：振荡的建立与稳定为满足振荡的幅度条件=电路的稳幅过程

振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R1实现的。R1是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R1上所加的电压升高，即温度升高，R1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Rf的位置。电路的稳幅过程振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R1实输出频率的调整：通过调整R或/和C来调整频率。_++RFuoRCCRKKR1R1R2R2R3R3C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。输出频率的调整：通过调整R或/和C来调整频率。_++RF8.1.3LC振荡电路LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对LC振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。首先介绍一下LC选频网络。8.1.3LC振荡电路LC振荡电路的选频电路由电感和电谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！CLR谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！++––+例1：正反馈+UCCCC1C2频率由LC谐振网络决定。++––+例1：正反馈+UCCCC1C2频率由LC谐振网络例2：正反馈频率由C、L1、

L2谐振网络决定。+UCCCC1L1L2C2uL1uL2uC设uBuCuDuBuL2

ubeuL1

D例2：正反馈频率由C、L1、L2谐振网络决定。+UC例3：正反馈+UCCC1C2设uBuCuEubeuAAECBube+–uC1

频率由L、C1、

C2组成的谐振网络决定。例3：正反馈+UCCC1C2设uBuCuEube一、电路结构上下门限电压：下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端。－++RR1R2C+ucuo–§8.2方波发生器一、电路结构上下门限电压：下行的迟滞比较器，输出经积分电路再二、工作原理1.设uo

=

+UOM此时，输出给C充电!则：u+=UH0tuoUOM-UOMU+Huc0t一旦uc>UH

,就有u->u+,在uc<UH时，u-

<u+,uo保持+UOM不变；uo

立即由＋UOM

变成－UOM

－++RR1R2C+ucuo–二、工作原理1.设uo=+UOM此时，输出给C此时，C

经输出端放电。2.当uo

=

-UOM时，u+=ULuc降到UL时，uo上翻。UHuctUL当uo

重新回到＋UOM

以后，电路又进入另一个周期性的变化。－++RR1R2C+ucuo–此时，C经输出端放电。2.当uo=-UOM时，u0UHuctULUOMuo0t-UOMT输出波形：－++RR1R2C+ucuo–0UHuctULUOMuo0t-UOMT输出波形：－++RRC电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。下行迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。－++RR1R2C+ucuo–方波发生器各部分的作用：RC电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。下行迟滞比较器：三、周期与频率的计算f=1/Tuc上升阶段表示式:uc下降阶段表示式:uc0UHtULT1T2三、周期与频率的计算f=1/Tuc上升阶段表示式:uc下降阶方波发生器电路的改进：－++RR1R2C+ucuo–－++RR1R2C+ucuoUZ–方波发生器电路的改进：－++RR1R2C+ucuo–－++R反向积分电路方波发生器§8.3三角波发生器－++RR1R2C+uc-++RR2Cuo此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。反向积分电路方波发生器§8.3三角波发生器－++RR1R－++RR1R2C+uc-++RR2Cuouo1uo三角波的周期由方波发生器确定，其幅值也由周期T和参数R、C决定。0uo1tUom-Uom－++RR1R2C+uc-++RR2Cuouo1uo三角波的电路改型－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1反向积分电路上行迟滞比较器特点：由上行的迟滞比较器和反相积分器级联构成，迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入。电路改型－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R周期和频率的计算：tuoUHULT－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1T1T2周期和频率的计算：tuoUHULT－++－++A1A2uou§8.4锯齿波发生器uot-－++R2R1++R4CuoR+–R3改变三角波发生器中积分电路的充放电时间常数，使放电的时间常数为0，即把三角波发生器转换成了锯齿波发生器。uct§8.4锯齿波发生器uot-－++R2R1++R4Cuo-－++R2R1++R4CuoR+–R3-－++R2R1++R4CuoR+–R3§8.5压频转换|ui|

<UZ－++R2R1ui-++R3CuoRA1A2uo1D1D2把锯齿波发生器积分电路的充电电压由uo1变为ui，则锯齿波发生器转变为压频转换电路。即输出uo的频率由输入电压ui的大小决定。§8.5压频转换|ui|<UZ－++R2R1ui-+设uo1=+UZ，则D2截止，D1导通，ui

给电容C充电，uo下降，当uo下降到U+L时uo1翻转到-UZ，这时，D1截止，D2导通，电容C快速放电，uo上升