第08章 波形的发生与信号的转换

第八章波形的发生和信号的转换8.1正弦波振荡的基本原理8.1.2RC正弦波振荡电路8.1.3LC正弦波振荡电路8.1.4石英晶体振荡电路8.2比较器8.3.1方波发生器8.3.2三角波及锯齿波发生器一.产生自激振荡的条件fidXXX-=改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。8.1正弦波振荡器的基本原理+Xi–f基本放大器A反馈网络FX+doXX如果：,dfXX=则去掉,iX仍有信号输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。Xi+f基本放大器A反馈网络FX+doXXXdof基本放大器A反馈网络FXXXd=Xf所以，自激振荡条件也可以写成：自激振荡的条件：（1）振幅条件：（2）相位条件：pjjnFA2=+n是整数因为：..Xdof基本放大器A反馈网络FXX二.起振条件和稳幅原理起振条件：结果：产生增幅振荡（略大于）1、被动：器件非线性2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益稳幅过程：起振时，稳定振荡时，稳幅措施：起振过程Xdof基本放大器A反馈网络FXX1.放大电路2.正反馈网络3.选频网络——只对一个频率满足振荡条件，从而获得单一频率的正弦波输出。常用的选频网络有RC选频和LC选频4.稳幅环节——使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小。三.正弦波振荡器的组成及分类正弦波振荡电路的分类：四.判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤（1）观察电路是否包含了放大电路、选频网络、

正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。（2）判断放大电路是否能正常工作。（3）利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件。（4）判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件。正弦波振荡电路的分类：8.1.2RC正弦波振荡电路一.RC串并联网络的选频特性R1C1串联阻抗：R2C2并联阻抗：选频特性：通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，则有：令：幅频特性相频特性可见：当时，│F│最大，且=0°

│F│max=1/3RC串并联网络完整的频率特性曲线：当时，│F│=│F│max=1/3二.RC桥式振荡器的工作原理：31=F11f+=RRA1f2RR=只需：A=3输出正弦波频率：振幅条件：引入负反馈：选：例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才能起振？振荡频率f0=？AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k=1592Hz起振条件：能自动稳幅的振荡电路半导体热敏电阻(负温度系数）11f+=RRAK：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。振荡频率的调节：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振荡频率：图8.1.9振荡频率连续可调的RC

串并联选频网络1.LC并联谐振回路的选频特性(阻性)R为电感和回路中的损耗电阻8.1.3LC正弦波振荡器当时，并联谐振。谐振时，电路呈阻性：

Q为谐振回路的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。谐振时LC并联谐振电路相当一个大电阻。LC并联谐振回路的幅频特性曲线为品质因数互感线圈的极性判别1234初级线圈次级线圈同名端1234+–+–

在LC振荡器中，反馈信号通过互感线圈引出同名端：二.变压器反馈式LC振荡电路

工作原理：

满足相位条件。振荡频率:+-+++(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)LC正弦波振荡器举例满足相位平衡条件(-)(+)（+）（+）（–）（+）

LC正弦波振荡器举例振荡频率:（–）满足相位平衡条件振荡频率：三.电感反馈式LC振荡电路uf与uo反相uf与uo同相（+）（-）（+）（+）振荡频率：四、电容反馈式LC振荡电路振荡频率：uf与uo反相uf与uo同相振荡频率：图8.1.22电容反馈式振荡电路的改进例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。例8.1.2为使电路产生正弦波振荡，试说明变压器原边线圈和副边线圈的同名端。例8.1.3改正图示电路中的错误，使之有可能产生正弦波振荡。要求不改变放大电路的基本接法。Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。8.1.4石英晶体正弦波振荡电路1.频率稳定问题频率稳定度一般由来衡量——频率偏移量。——振荡频率。LC振荡电路Q——数百石英晶体振荡电路Q——10000500000一.石英晶体2.基本特性1.结构：极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场压电效应：交变电压机械振动交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。当交变电压频率=固有频率时，振幅最大

符号压电谐振3.石英晶体的等效电路与频率特性等效电路：（1）串联谐振频率特性：晶体等效纯阻且阻值=R（2）并联谐振通常所以X感性0容性二.石英晶体振荡电路利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路。1.并联型石英晶体振荡器2.串联型石英晶体振荡器

石英晶体工作在fs处，呈电阻性，而且阻抗最小，正反馈最强，相移为零,满足振荡的相位平衡条件。对于fs以外的频率，石英晶体阻抗增大,且相移不为零，不满足振荡条件，电路不振荡。

X感性0容性8.2电压比较器

将一个模拟电压信号与一参考电压相比较，输出一定的高低电平。功能：构成：运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。uoui0+UOM-UOM1.运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。运放工作在非线性状态基本分析方法2.运放工作在非线性状态的分析方法：若U+＞U-则UO=+UOM；若U+＜U-则UO=-UOM。虚断（运放输入端电流=0）

注意：此时不能用虚短！uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOM1.过零比较器:（门限电平=0）uoui0+UOM-UOM一.单门限电压比较器tuituo+Uom-Uom例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。2.单门限比较器（与参考电压比较）uoui0+Uom-UomUREFUREF为参考电压当ui>UREF时,uo=+Uom当ui<UREF时,uo=-Uom

运放处于开环状态uoui0+Uom-UomUREF当ui<UREF时,uo=+Uom当ui>UREF时,uo=-Uom

若ui从反相端输入+-uoui0+UZ-UZ（1）用稳压管稳定输出电压忽略了UD3.限幅电路——使输出电压为一稳定的确定值当ui>0时,uo=+UZ当ui<0时,uo=-UZ

（2）稳幅电路的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路中uoui0+UZ-UZ当ui>0时,uo=-UZ当ui<0时,uo=+UZ

二.迟滞比较器1.工作原理——两个门限电压。特点:电路中使用正反馈——运放工作在非线性区。（1）当uo=+UZ时，（2）当uo=-UZ时，UT+称上门限电压UT-称下门限电压(UT+-UT-)称为回差电压迟滞比较器的电压传输特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-设ui

,当ui=<UT-时,

uo从-UZ+UZ这时,uo=-UZ,u+=UT-设初始值:

uo=+UZ,

u+=UT+设ui,当ui=>UT+时,

uo从+UZ-UZ同相滞回比较器电压传输特性反相滞回比较器电压传输特性从运放的反相输入端输入从运放的同相输入端输入例题：Rf=10k，R2=10k，UZ=6V，UREF=10V。当输入ui为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。上下限电压：uoui08V2V传输特性+6V-6V2V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V2V传输特性+6V-6V解：（1）门限电压（3）输出电压波形例（2）传输特性电路如图所示，试求门限电压，画出传输特性和图c所示输入信号下的输出电压波形。8.3非正弦波发生电路8.3.1方波发生电路8.3.2三角波发生电路8.3.3锯齿波发生电路8.3.1方波产生电路1.电路组成迟滞比较器RC充放电支路稳压管双向限幅限流电阻CRfVZ电容充放电的微分方程为：通解为：3.振荡周期4.占空比可变的方波产生电路放电充电