第7章基于集成运放的信号产生与变换电路

第7章基于集成运放的信号产生与变换电路信号转换电路7.4正弦波振荡电路7.1非正弦波产生电路7.2波形变换电路7.37.1正弦波振荡电路7.1.1概述1.产生正弦波振荡的条件正弦波振荡电路是一种信号发生电路，它不需外加任何输入信号，由电路自身就能产生一定频率和一定幅值的正弦输出信号。在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：幅值平衡条件相位平衡条件起振条件：要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电时对于f=f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。2．振荡的建立与稳定振荡电路的起振条件为:幅值很小频率丰富振荡的建立与稳定过程：上图部分频率趋于单一幅值逐渐增大逐渐变为单一频率的稳幅振荡3．正弦波信号发生器的电路组成1)放大电路：放大作用2)正反馈网络：满足相位条件3)选频网络：产生单一频率f0的振荡4)非线性环节（稳幅环节）：稳定输出幅值常合二为一1)是否存在四个主要组成部分；2)放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否可能正常传递，有没有被短路或断路；3)是否满足相位条件，即是否存在f0，是否可能振荡

；4)是否满足幅值条件，即是否一定振荡。4、分析方法5．正弦波振荡电路的分类按选频网络所用元件分类：（1）RC正弦波振荡电路（产生1MHz以下）（2）LC正弦波振荡电路变压器反馈式电感反馈式（电感三点式）电容反馈式（电容三点式）（产生几百千赫～几百兆赫）（3）石英晶体振荡器串联型并联型（振荡频率非常稳定）7.1.2RC正弦波振荡电路组成放大器组成选频网路,同时也是正反馈网络可见，当时，最大，且。RC串并联网络完整的频率特性曲线：时，时，只要满足：即可。输出正弦波频率：文氏电桥振荡器例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才能起振？振荡频率f0=？解：起振条件：振荡频率：能自动稳幅的振荡电路：半导体热敏电阻(负温度系数）K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。_++RfvoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振荡频率：频率可调的文氏桥振荡器：振荡频率连续可调的RC串并联选频网络频率可调的文氏桥振荡器：VfVo7.1.3LC正弦波振荡电路1．LC并联谐振回路一般情况下，当，LC并联谐振回路呈纯阻性，称其发生并联谐振。即，时LC并联谐振回路的频率特性曲线：时，呈纯阻性，且达到最大值2．变压器反馈式LC振荡电路（1）相位平衡条件（2）起振条件利用晶体管的非线性使电路自动稳定输出幅值。（3）振荡频率特点：易起振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。(+)(-)(+)(+)变压器反馈式正弦波振荡器举例：(+)(+)(+)(+)满足相位平衡条件(-)(+)变压器反馈式正弦波振荡器举例：（+）（+）（–）（+）振荡频率:（–）满足相位平衡条件变压器反馈式正弦波振荡器举例：3．电感反馈（三点）式LC振荡电路vvo1LC2LfvvCLL12fo首端尾端中间抽头首端尾端中间抽头振荡频率：电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三点式振荡电路。特点：耦合紧密，易起振，振幅大；调节C可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。3．电感反馈（三点）式LC振荡电路4．电容反馈（三点）式LC振荡电路首端尾端中间抽头首端尾端中间抽头vvf2o1CCLvvLCoC12f4．电容反馈（三点）式LC振荡电路振荡频率：特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。7.1.4石英晶体正弦波振荡电路1.石英晶体SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。压电效应：晶片的两个电极间加一电场，会使晶体产生机械变形；相反，若在晶体上施加机械压力，又会在两个电极上产生相应的电场。如果在晶片的两个电极间加的是交变电压，就会产生机械振动，同时机械振动又会产生交变电场当外加交变电压的频率与晶片的固有频率相等时，机械振动的振幅达到最大，这种现象称为压电谐振。时，R、L、C支路发生串联谐振。当频率高于fs小于fp时，R、L、C支路呈感性，当与

C0发生并联谐振时，其振荡频率为：由于C<<C0，因此，fs≈fp。容性感性阻性固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。2.石英晶体振荡电路（1）并联型电路当电路的振荡频率在fs与fp之间时，石英晶体呈电感性质，在电路中起电感作用，与电容C组成电容三点式振荡电路，满足相位平衡条件。（2）串联型电路振荡频率：例：改错，使电路有可能产生正弦波振荡例：改错，使电路有可能产生正弦波振荡7.2非正弦波产生电路常见的非正弦波：矩形波三角波锯齿波尖顶波阶梯波矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。通过什么电路可将矩形波变为其它几种波形？7.2.1矩形波产生电路1．电路组成开关电路延迟环节、反馈电路上、下限电压:2．工作原理2．工作原理（1）设vo

=

+VZ,

则

此时，vO给C充电,vc

，设vC初始值vC(0+)=00tvo+VZ-VZvcVT+0t一旦vc>VT+

,就有v->v+,vo

立即由＋VZ变成－VZ

。在vc<VT+

时，v-

<v+,

vo保持+VZ不变+VZ2．工作原理（2）当vo

=

-VZ,

则

此时，C向vO放电,再反向充电VT+vctVT--VZvc达到VT-时，vo上跳。当vo

重新回到＋VZ

后，电路又进入另一个周期性的变化。0VT+vctVT-+VZvo0t

-VZT3．波形分析4．主要参数计算0

VT+vct

VT-

+VZ

-VZT1T2TT2阶段vc(t)的过渡方程为:4．主要参数计算0

VT+vct

VT-

+VZ

-VZT1T2T0T/25．占空比可调的矩形波发生电路充电时间常数：正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。放电时间常数：7.2.2三角波和锯齿波产生电路1．电路组成用积分运算电路可将方波变为三角波。积分电路滞回比较器2．工作原理若vo1=+VZ，vo↓，v+↓。当vP1≤0时，vo1翻转为-VZ。若vo1=-VZ，vo↑，v+↑

。当vP1≥0时，vo1翻转为+VZ。0VT+votVT-+VZvo10t

-VZT2．工作原理0VT+votVT-+VZvo10t

-VZT3．主要参数计算发生跳变的临界条件：振荡周期：锯齿波发生电路7.2.3压控振荡器令，可得滞回比较器的阈值电压为：（1）当

vo

=

+VZ时,

二极管导通，电容C充电，输出电压线性下降。电路中，R1远大于R5

输出电压vo线性下降的时间为:（2）当

vo

=

-VZ时,

二极管截止，电容C放电，输出电压线性上升。输出电压vo线性上升的时间为:由此可见，输出信号的振荡频率正比于输入电压vi该电路也称为电压—频率转换电路。7.3波形变换电路正弦波变方波、变矩形波、变二倍频，方波变三角波，三角波变方波，固定频率的三角波变正弦波7.3.1三角波变锯齿波电路利用电子开关改变比例系数（1）开关断开（2）开关闭合（1）开关断开（2）开关闭合7.3.2三角波变正弦波电路1．滤波法

三角波用傅立叶级数展开，除基波外，还含有3次、5次……谐波。只要低通滤波器的上限截止频率小于基波的三倍频，即可得到频率等于基波频率的正弦波。vIvOvIvO2．折线近似法图7.3.2用折线近似正弦波的示意图图7.3.3三角波变正弦波电路图7.3.2用折线近似正弦波的示意图7.4信号转换电路7.4.1电压—电流转换电路1.负载不接地电压—电流转换电路（基本型）2.负载接地电压—电流转