模拟电子技术波形的发生和信号的转换

波形的发生和信号的转换本章中电压比较器是集成运放的基本应用，是课程的重点；集成运放应用电路的分析方法是需掌握的内容。一、电压比较器二、非正弦波发生电路的工作原理、波形分析和主要参数的分析方法三、正弦波振荡电路的组成、种类和分析方法四、波形变换的方法五、几种信号转换电路电压比较器一、概述1.电压比较器的功能：比较电压的大小。广泛用于各种报警电路。输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。2.电压比较器的描述方法:电压传输特性uO＝f(uI)电压传输特性的三个要素：1)输出高电平UOH和输出低电平UOL2)阈值电压UT3)输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向3.几种常用的电压比较器1)单限比较器：只有一个阈值电压2)滞回比较器：输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。3)窗口比较器：有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。4.集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈集成运放工作在非线性区的特点1)净输入电流为02)uP>uN时，uO＝＋UOM；

uP<uN时，uO＝－UOM。二、单限比较器

1.过零比较器1)UT＝02)UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM3)uI>0时uO＝－UOM，uI<0时uO＝＋UOM。

集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入端，需加输入端限幅电路。集成运放的净输入电压最大值为±UD输出限幅电路

为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。UOH＝＋UZ1＋UD2

UOL＝－(UZ2＋UD1)uO＝±UZ1)保护输入端2)加速集成运放状态的转换UOH＝

－

UOL＝UZUOH＝UZ

UOL＝－UD

不可缺少！电压比较器的分析方法：1.写出uP、uN的表达式，令uP＝uN，求解出的uI即为UT；2.根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；3.根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定uO的跃变方向。2.一般单限比较器1)若要UT<0，则应如何修改电路？2)若要改变曲线跃变方向，则应如何修改电路？3)若要改变UOL、UOH呢？三、滞回比较器

设uI＜－UT，则uN＜uP，uO＝+UZ。此时uP＝+UT，增大uI，直至+UT，再增大，uO才从+UZ跃变为－UZ。

设uI＞+UT，则uN＞uP，uO＝－UZ。此时uP＝－UT，减小uI，直至－UT，再减小，uO才从－UZ跃变为+UZ。1.若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？2.若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？3.若要改变电压传输特性曲线跃变方向，则应如何修改电路？四、窗口比较器

P417～P418自学如何改变滞回比较器的电压传输特性特点：1.可无无需限幅电电路，根据据电源电压压确定所需需高、低电电平；2.可直直接驱动集集成数字电电路；3.响应应速度快；；4.可具具有选通端端；5.电源源电压升高高，工作电电流增大，，工作速度度加快。五、集成比比较器读图：求解解电压传输输特性非正弦波发发生电路矩形波三角波锯齿波尖顶波阶梯波矩形波是基基础波形，，可通过波波形变换得得到其它波波形。非正弦波发发生电路一、矩形波波发生电路路输出无稳态态，有两个个暂态；若若输出为高高电平时定定义为第一一暂态，则则输出为低低电平为第第二暂态。。1.基本本组成部分分1)开关关电路：输输出只有高高电平和低低电平两种种情况，称称为两种状状态；因而而采用电压压比较器。。2)反馈馈网络：自自控，在输输出为某一一状态时孕孕育翻转成成另一状态态的条件。。应引入反反馈。3)延迟迟环节：使使得两个状状态均维持持一定的时时间，决定定振荡频率率。利用RC电路实现。。2.电路路组成正向充电：：uO（+UZ）→R→C→地反向充电：：地→C→R→uO（－UZ）RC回路滞回比较器器3.工作作原理分析方法：：方法一：设设电路已已振荡，且且在某一暂暂态，看是是否能自动动翻转为另另一暂态，，并能再回回到原暂态态。方法二：电电路合闸闸通电，分分析电路是是否有两个个暂态，而而无稳态。。设合闸通电电时电容上上电压为0，uO上升，则产产生正反馈馈过程：uO↑→uN↑→uO↑↑，直至uO＝UZ，uP＝+UT，第一暂态。。3.工作作原理电容正向充充电，t↑→uN↑，t→∞，uN→UZ；但当uN＝+UT时，再增大大，uO从+UZ跃变为-UZ，uP＝－UT，电路进入第第二暂态。。电容反向充充电，t↑→uN↓，t→∞，uN→-UZ；但当uN＝－UT时，再减小小，uO从-UZ跃变为+UZ，uP＝+UT，电路返回第第一暂态。。第一暂态：：uO＝UZ，uP＝+UT。4.波形形分析脉冲宽度5.占空空比可调电电路为了占空比比调节范围围大，R3应如何取值值？正向充电和和反向充电电时间常数数可调，占占空比就可可调。二、三角波波发生电路路1.电路路组成用积分运算算电路可将将方波变为为三角波。。两个RC环节实际电路将将两个RC环节合二而而一为什么采用用同相输入入的滞回比比较器？uO要取代uC，必须改变变输入端。。集成运放应应用电路的的分析方法法：化整为零（（分块），，分析功能能（每块）），统观整整体，性能能估算2.工作作原理滞回比较器器积分运算电电路求滞回比较较器的电压压传输特性性：三要素素UOH、UOL，UT，uI过UT时曲线的跃跃变方向。。三角波发生生电路的振振荡原理合闸通电，，通常C上电压为0。设uO1↑→uP1↑→uO1↑↑，直至至uO1＝UZ（第一暂态态）；积分分电路反向向积分，t↑→uO↓，一旦uO过－UT，uO1从＋UZ跃变为－UZ（第二暂态态）。积分电路正正向积分，，t↑→uO↑，一旦旦uO过＋UT，uO1从－UZ跃变为＋UZ，返回第一一暂态。重重复上述过过程，产生生周期性的的变化，即即振荡。电路状态翻翻转时，uP1=?3.波形形分析如何调整三三角波的幅幅值和频率率？“理性地调调试”：哪哪些参数与与幅值有关关？哪些参参数与频率率有关？先先调哪个参参数？为什么为三三角波？怎怎样获得锯锯齿波？三、锯齿波波发生电路路1.R3应大些？小小些？2.RW的滑动端在在最上端和和最下端时时的波形？？≈T3.R3短路时的波波形？若T2决定于外加加电压，则则电路的振振荡频率就就几乎仅仅仅受控于外外加电压，，实现了u→f的转换。四、压控振振荡器（u－f转换电路））若uI＞0，则如如何改动？？单位时间内内脉冲个数数表示电压压的数值，，故实现A/D转换换小结一、非正弦波发发生电路以以矩形波发发生电路为为基础，故故必有电压压比较器；；且电压比比较器在输输出为低电电平时，电电路内部一一定孕育使使之变为高高电平的条条件（过渡渡过程）；；反之，输输出为高电电平时，电电路内部一一定孕育使使之变为低低电平的条条件。两个个暂态自动动地相互转转换。非正弦波发发生电路的的组成：矩矩形波发生生电路→三三角波发生生电路→锯锯齿波发生生电路→压压控振荡电电路二、集成运运放应用电电路的分析析方法三、压控振振荡器是A/D转换换器传感器→信信号处理→→压控振荡荡器→数字字频率计放大、滤波波、整流………五、波形变变换电路1.利用用基本电路路实现波形形变换正弦波变方方波、变矩矩形波，方方波变三角角波，三角波变方方波，固定定频率的三三角波变正正弦波。2.三角角波变锯齿齿波如何得到？？3.三角角波变正弦弦波若输入信号号的频率变化不大，则可用滤滤波法实现现。范围是什么么？若输入信号号的频率变变化不大，，则可用折折线法实现现。三角波用傅傅立叶级数数展开，除除基波外，，还含有3次、5次次……谐波波。信号的转换换信号的发送送：调幅、、调频、调调相信号的接收收：解调信号对负载载的驱动：：i－u，u－i信号号的的预预处处理理：：AC－－DC（（整整流流、、检检波波、、滤滤波波））DC－－AC（（斩斩波波））信号号的的接接口口电电路路：：A－－D（（如u－f），，D－－A一、、概概述述二、、u－i转换换电电路路在负负载载需需接接地地时时上上述述两两电电路路均均不不符符合合要要求求。。豪兰兰德德电电流流源源电电路路为什什么么一一般般的的整整流流电电路路不不能能作作为为精精密密的的信信号号处处理理电电路路？？设R＝Rf对于于含含有有二二极极管管和和晶晶体体管管的的集集成成运运放放应应用用电电路路，，一一般般可可认认为为它它们们是是电电子子开开关关；；在在分分析析电电路路时时，，首首先先应应判判断断管管子子的的相相当当于于开开关关闭闭合合还还是是断断开开，，它它们们的的状状态态往往往往决决定定于于输输入入信信号号或或输输出出信信号号的的极极性性。。三、、精精密密整整流流电电路路全波波精精密密整整流流电电路路二倍倍频频三三角角波波绝对对值值运运算算电电路路四、、电电压压－－频频率率转转换换电电路路（（压压控控振振荡荡器器））1.电电荷荷平平衡衡式式R1>>R52.复复位位式式正弦弦波波振振荡荡电电路路一、、正正弦弦波波振振荡荡的的条条件件和和电电路路的的组组成成1、、正正弦弦波波振振荡荡的的条条件件无外外加加信信号号，，输输出出一一定定频频率率一一定定幅幅值值的的信信号号。。与负负反反馈馈放放大大电电路路的的振振荡荡的的不不同同之之处处：：在在正正弦弦波波振振荡荡电电路路中中引引入入的的是是正正反反馈馈，，且且振振荡荡频频率率可可控控。。在电电扰扰动动下下，，对对于于某某一一特特定定频频率率f0的信信号号形形成成正正反反馈馈：：达到到动动态态平平衡衡。。引入正反馈2.起起振振与与稳稳幅幅：：非非线线性性环环节节的的作作用用

为了在通电后f=f0的输出信号有一个从小到大的过程，起振条件为：稳定定的的振振幅幅能振振吗吗？？3.基基本本组组成成部部分分1)放放大大电电路路：：放放大大作作用用2)正正反反馈馈网网络络：：满满足足相相位位条条件件3)选选频频网网络络：：确确定定f0，保证证电电路路产产生生正正弦弦波波振振荡荡4)非非线线性性环环节节（（稳稳幅幅环环节节））：：稳稳幅幅合二而一4.分分析析方方法法1)是是否否存存在在主主要要组组成成部部分分；；2)放放大大电电路路能能否否正正常常工工作作，，即即是是否否有有合合适适的的Q点，，信信号号是是否否可可能能正正常常传传递递；；3)是是否否满满足足相相位位条条件件，，即即是是否否存存在在f0，是是否否可可能能振振荡荡；4)是是否否满满足足幅幅值值条条件件，，即即是是否否一一定定振振荡荡。。相位位条条件件的的判判断断方方法法：：瞬时时极极性性法法：：断开开反反馈馈，，在在断断开开处处给给放放大大电电路路加加f＝f0的信信号号Ui，且规规定定其其极极性性，，然然后后根根据据Ui的极极性性→→Uo的极极性性→→Uf的极极性性若Uf与Ui极性性相相同同，，则则电电路路可可能能产产生生自自激激振振荡荡；；否否则则电电路路不不可可能能产产生生自自激激振振荡荡。。5.分分类类常用用选选频频网网络络所所用用元元件件分分类类。。1)RC正弦弦波波振振荡荡电电路路：：几几百百kHz以以下下2)LC正弦弦波波振振荡荡电电路路：：几几百百kHz～～几几百百MHz3)石石英英晶晶体体正正弦弦波波振振荡荡电电路路：：振振荡荡频频率率稳稳定定二、、RC正弦弦波波振振荡荡电电路路1.RC串并并联联选选频频网网络络低频频段段高频频段段在频频率率从从0～～∞∞中中必必有有一一个个频频率率f0，φF＝0o。RC串并并联联选选频频网网络络的的频频率率响响应应1)是是否否可可用用共共射射放放大大电电路路？？2)是是否否可可用用共共集集放放大大电电路路？？3)是是否否可可用用共共基基放放大大电电路路？？4)是是否否可可用用两两级级共共射射放放大大电电路路？？2.电电路路组组成成3.RC桥式式正正弦弦波波振振荡荡电电路路（（文文氏氏桥桥振振荡荡器器））用同同相相比比例例运运算算电电路路作作放放大大电电路路。。因同同相相比比例例运运算算电电路路有有非非常常好好的的线线性性度度，，故故R或Rf可用用热热敏敏电电阻阻，，或或加加二二极极管管作作为为非非线线性性环环节节。。改变变电电容容以以粗粗调调，，改改变变电电位位器器滑滑动动端端以以微微调调。。加稳稳压压管管可可以以限限制制输输出出电电压压的的峰峰-峰峰值值。。文氏氏桥桥振振荡荡器器的的特特点点？？同轴轴电位位器器三、、LC正弦弦波波振振荡荡电电路路1.LC并联网络的的选频频特性性在f＝f0时，电电容和和电感感中电电流各各约为为多少少？网网络的的电阻阻为多多少？？LC串联网网络的的选频频特性性？反馈网络构成正正弦波波振荡荡电路路最简简单的的做法法是通通过变变压器器引入入反馈馈。附加相相移LC选频放放大电电路→→正弦波波振荡荡电路路当f=f0时，电电压放放大倍倍数的的数值值最大大，且且附加加相移移为0。2.变变压压器反反馈式式3.电电感感反馈馈式反馈电电压取取自哪哪个线线圈？？反馈电电压的的极性性？C1是必要要的吗吗？特点：：易振，，波形形较好好；耦耦合不不紧密密，损损耗大大，频频率稳稳定性性不高高。必要吗吗？必须有有合适适的同同名端端3.电电感反反馈式式电感的的三个个抽头头分别别接晶晶体管管的三三个极极，故故称之之为电电感三三点式式电路路。特点：：耦合紧紧密，，易振振，振振幅大大，C用可调调电容容可获获得较较宽范范围的的振荡荡频率率。波波形较较差，，常含含有高高次谐谐波。。4、电容反反馈式式（电电容三三点式式）若要振振荡频频率高高，则则L、C1、C2的取值值就要要小。。当电电容减减小到到一定定程度度，晶晶体管管的极极间电电容将将并联联在C1和C2上，影影响振振荡频频率。。特点：：波形好好，振振荡频频率调调整范范围小小，适适用于于频率率固定定的场场合。。必要吗吗？四、石石英晶晶体正正弦波波振荡荡电路路1.石石英英晶体体的特特点SiO2结晶体体按一一定方方向切切割的的晶片片。压电效效应和和压电电振荡荡：机机械变变形和和电场场的关关系固有频频率只只决定定于其其几何何尺寸寸，故故非常常稳定定。容性感性阻性一般LC选选频网网络的的Q为为几百百，石石英晶晶体的的Q可可达104～106；前者者△f/f为10－5，后者者可达达10－10～10－11。四、石石英晶晶体正正弦波波振荡荡电路路2.电电路路石英晶晶体工工作在在哪个个区？？2)是是哪哪种典典型的的正弦弦波振振荡电电路？？石英晶晶体工工作在在哪个个区？？2)两两级级放大大电路路分别别为哪哪种基基本