第八章 波形发生与信号的转换

8.1正弦波振荡电路的振荡条件8.2RC正弦波振荡电路8.3LC正弦波振荡电路8.4非正弦信号产生电路8.5集成函数发生器简介第8章信号产生电路一.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。基本放大电路A反馈电路FiX+–dXoXfX8.1正弦波振荡器的基本原理+如果：,ifXX=则去掉,iX仍有信号输出。基本放大电路A反馈电路FdXoXfX反馈信号代替了放大电路的输入信号。基本放大电路A反馈电路FiX++dXoXfX基本放大电路A反馈电路FdXoXfXFA=1Xd=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：..动画演示起振条件和稳幅原理振荡建立与稳定过程图起振条件：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：8.2RC振荡电路一.RC串并联网络的选频特性R1C1R2C2OUfUR1C1串联阻抗：R2C2并联阻抗：选频特性：)1()1(112211221CRCRjCCRRUUOfww-+++=R1C1R2C2OUfU时，相移为0。1221w1CRCR=w当22如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：1221w1CRCR=w21211CCRR=w01CR=w0)1()1(112211221CRCRjCCRRUUofww-+++=13=选频特性)1(31CRCRjww-+=w=wo时RC桥式振荡器的工作原理：在f0处满足相位条件：因为：AF=131=F11f+=RRA1f2RR=uo_++RfRCRCR1A=3uouo3A=3同相放大器文氏桥选频电路输出正弦波频率：振幅条件：例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才能起振？振荡频率f0=？uo_++RfRCRCR1AF=1，31=F11f+=RRAA=3=210=20k=1592Hz起振条件：1f2RR=能自动稳幅的振荡电路半导体热敏电阻(负温度系数）起振时RT>2R1,使A>3,易起振。当uo幅度自激增长达某一值时，RT=2R1，A=3。当uo进一步增大时，RT<2R1,使A<3。因此uo幅度自动稳定于某一幅值。_++RTRCRCR1Tuo能自动稳幅的振荡电路Rf1+Rf2略大于2R1,随着uo的增加，Rf2逐渐被短接，A自动下降，输出自动被稳定于某一幅值。将Rf分为二个：Rf1

和Rf2，

Rf2并联二极管_++Rf1RCCR1Rf2D1D2RK：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：电子琴的振荡电路：_++RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R22112CRR=0f2121RRF+=12345176功率放大器使R2>>R121F1fF2RRA+=F1R+2AF1可调A2RF1+RF2Rf8.3.1.LC并联谐振回路的选频特性CLRuiLici(阻性)LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。用于选频电路。R为电感线圈中的电阻8.3LC正弦波振荡器

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。图中Q1＞Q2。并联谐振阻抗为Z0谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。LC并联谐振回路的幅频特性曲线互感线圈的极性判别1234磁棒初级线圈次级线圈同极性端1234+–+–CLRuiLici反馈信号通过互感线圈引出8.3.2.变压器反馈式LC振荡电路

工作原理：三极管共射放大器。利用互感线圈的同名端：

满足相位条件。振荡频率:判断是否是正反馈:用瞬时极性法判断(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)LC正弦波振荡器举例反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件反馈++–+正反馈

LC正弦波振荡器举例振荡频率:–+UCCCC1Luo满足相位平衡条件仍然由LC并联谐振电路构成选频网络A.若中间点交流接地，则首端与尾端相位相反。8.3.3.三点式LC振荡电路原理：电容三点式电感三点式中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。三点的相位关系B.若首端或尾端交流接地，则其他两端相位相同。8.3.3.三点式LC振荡器

1.电感三点式LC振荡电路振荡频率：2.电容三点式LC振荡电路振荡频率：Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。8.3.4石英晶体振荡电路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

→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：晶体等效阻抗为纯阻性（2）并联谐振通常所以实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为由于由此看出调整二.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

石英晶体工作在fs与fp之间，相当一个大电感，与C1、C2组成电容三点式振荡器。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。2.并联型石英晶体振荡器

石英晶体工作在fs处，呈电阻性，且阻抗最小，正反馈最强。该电路为电感三点式振荡器。加入石英晶体是利用石英晶体的高Q值，提高振荡频率的稳定性。8.4.1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：特性：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。8.4非正弦信号产生电路1.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-UOM++uoui1.过零比较器:（门限电平=0）++uouiuoui0+UOM-UOM一.单门限电压比较器2.单门限比较器（与参考电压比较）++uouiUREFuoui0+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++uouiUREFuoui0+Uom-UomUREF当ui<UREF时,uo=+Uom当ui>UREF时,uo=-Uom

若ui从反相端输入++uiuoui0+UZ-UZ用稳压管稳定输出电压uoUZuoui0+UOM-UOM++uoui忽略了UD3.限幅电路——使输出电压稳定限幅电路的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路上++uiuoUZR´R_uoui0+UZ-UZR´=R二.迟滞比较器1.迟滞比较器特点:电路中使用正反馈。1、因为有正反馈，所以输出饱和。2、当uo正饱和时(uo=+UOM)：+om211+UURRRUT=+=3、当uo负饱和时(uo=-UOM)：-om211+UURRRUT=+-=－++uoRR2R1uiU+－++uoRR2R1uiU+迟滞比较器uoui0+Uom-UomUT+UT-设ui

,当ui=<UT-,

uo从-UOM+UOM这时,uo=-UOM,U+=UT-设初始值:

uo=+UOM,U+=UT+设ui,当ui=>UT+,

uo从+UOM-UOM传输特性uoui0+Uom-UomUT+UT-UT+上门限电压UT-下门限电压UT+-UT-称为回差om211URRR+=+UTom211URRR+=--UTtuiUT+UT-tuoUom-Uom例:设输入为正弦波,画出输出的波形。－++uoRR2R1uiU+加上参考电压后的迟滞比较器：上下限：uoui0UT-UT+传输特性+UZ-UZ例题：R1=10k，R2=10k，UZ=6V，UR=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：3V8Vuiuo+UZ-UZ三、窗口比较器1、电路设R1=R2，则两门限：2、传输特性1.电路结构由滞回比较电路和RC定时电路构成的上下限:－++RR1R2Cucuo9.4.2方波发生器2.工作原理：(1)设uo

=

+UOM,此时，输出给C充电,uc

则：u+=UT+－++RR1R2C+ucuo0tuoUOM-UOMucUT+0t一旦uc>UT+

,就有u->u+,在uc<UT+时，u-

<u+,uo

立即由＋UOM

变成－UOM

,设uC初始值uC(0+)=0方波发生器uo保持+UOM不变UOM此时，C

经输出端放电,再反向充电(2)当uo

=

-UOM时，u+=UT-uc达到UT-时，uo上翻－++RR1R2C+ucuoUT+uctUT-当uo

重新回到＋UOM

以后，电路又进入另一个周期性的变化。-UOM动画演示0UT+uctUT-UOMuo0t-UOMT周期与频率的计算：－++RR1R2C+ucuof=1/T此期间是分析问题时的假设,实际上用示波器观察波形时看不到这段波形.周期与频率的计算：－++RR1R2C+ucuo0UT+uctUT-+UOM-UOMT1T2TT=T1+T2=2T2，因正反向充电条件一样T1=T2。uc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e,=RC-tT2阶段uc(t)的过渡过程方程为:0UT+uctUT-+UOM-UOMT1T2Tuc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e,=RC-tUC(0+)=UC()=+UOMt=T2时,uc(t=T2)=周期与频率的计算：)21ln(21RRRCT2+=vO1vP1vIA1A2R3R4R2R1R5VZ8.4.3三角波发生器与锯齿波发生器组成：施密特触发器，积分器1三角波发生器vN1=vP1时vI(即vO)的阈值-VZVZt0vO1T

/2T/2t2t3t1t0vOVth1Vth2幅度：VO1m=2VZT与VZ和运放无关，稳定性好！t2t3t1t0vOVth1Vth2vO1vP1vIA1A2R3R4R2R1R5V