第八章波形发生和信号转换

8.1正弦波振荡电路概述

8.2RC正弦波振荡电路

8.3LC正弦波振荡电路8.4电压比较器第八章波形发生和信号转换8.1正弦波振荡电路概述

正弦振荡器：不需要任何输入信号，就能输出稳定的正弦波信号的电路

正反馈框图（只有正反馈电路才能完成）如果电路中只可能有一个频率满足此条件，则电路只会在此频率下形成“自激”，即形成正弦波振荡8.1正弦波振荡电路概述放大器无需输入，反馈量充当输入量※关于初始扰动问题初始扰动：不需人为给定，电路通电时的电流冲击、电路中器件的噪声、外界电磁波的干扰等。初始扰动的信号是任意的、随机的，具有广泛的频谱分量。等幅振荡增幅振荡减幅振荡8.1正弦波振荡电路概述8.1正弦波振荡电路概述选频网络：只有一个频率满足振荡条件放大电路：合理的Q点，足够的增益反馈网络：正反馈稳幅环节：幅值稳定，波形良好正弦振荡电路的组成8.2RC正弦波振荡电路一、RC串并联选频网络频率特性当信号的频率很低时当信号的频率很高时8.2RC正弦波振荡电路定性分析1、当信号的频率很低时相频特性0|F|0幅频特性8.2RC正弦波振荡电路2、当信号的频率很高时定性分析0|F|相频特性幅频特性08.2RC正弦波振荡电路幅频特性0|F|0|F|相频特性00|F|8.2RC正弦波振荡电路2.定量分析通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，则有：1/3|F|8.2RC正弦波振荡电路二、文氏桥正弦波振荡电路Wien-BridgeOscillator放大环节：

集成运放构成的同相比例放大选频网络：

RC串并联选频网络组成结构：正反馈环节：

RC串并联选频网络，连接到运放同相输入端，充当放大环节的输入8.2RC正弦波振荡电路二、文氏桥正弦波振荡电路Wien-BridgeOscillator略大于3要满足起振条件：AF略大于1---增幅振荡减小失真，采用外部稳幅环节1、采用热敏电阻2、利用二极管非线性8.2RC正弦波振荡电路1、热敏电阻稳幅起振时Rf较大使A>3,易起振,当uo幅度增加时,电流增加,温度升高,Rf减小,A减小当uo幅度达某一值时,A→3,当uo进一步增大时,Rf再减小,使A<3

因此uo幅度自动稳定于某一幅值正温特性热敏电阻—R1负温特性热敏电阻—Rf2、二极管非线性稳幅8.2RC正弦波振荡电路将Rf分为Rf1和Rf2Rf2并联二极管

起振时D1、D2不导通，Rf1+Rf2略大于2R1。随着uo的增加，D1、D2逐渐导通，随着导通加剧，动态电阻减小，Rf减小，A自动下降，起到稳幅作用电子琴的振荡电路8.2RC正弦波振荡电路8.2RC正弦波振荡电路二、文氏桥正弦波振荡电路Wien-BridgeOscillator振荡频率：缺点：频率不能够做高

MHz以下1、R太低，与运放输出电阻相当，则运放的输出电阻影响选频特性2、C太低，与晶体管结电容相当，则结电容影响选频特性1.LC并联谐振回路r为电感和回路中的损耗电阻8.3LC正弦波振荡电路当信号角频率为ω时，回路阻抗为ZLC并联谐振回路的频率特性8.3LC正弦波振荡电路8.3LC正弦波振荡电路谐振时8.3LC正弦波振荡电路品质因素Q：谐振时电感的感抗与其串联损耗的电阻之比Q越大，电感存能作用越强，损耗越小，

曲线越陡越窄，选频特性越好8.3LC正弦波振荡电路谐振放大器LC并联谐振电路为负载在谐振频率处,放大倍数最大只要再加一个反馈网络使相位条件满足,就一定能够产生正弦振荡。反馈网络(变压器反馈、电容反馈、电感反馈)工作原理：变压器反馈式LC振荡电路

基本放大环节采用共射放大器或者共基极放大器，谐振时，放大倍数Au最大，只要改变变压器的匝数比(反馈系数F），很容易满足幅度条件|AF|>1，只需要利用变压器的互感线圈，满足相位条件，就一定能够起振。1234初级线圈次级线圈同名端变压器反馈式LC振荡电路(+)(-)(+)判断是否是满足相位条件—相位平衡法1、判断电路组态，找到反馈信号2、断开反馈与放大器的输入端3、在输入端加一频率为f0正极性信号4、用瞬时极性法判定反馈信号极性反馈信号与输入信号同相，满足相位条件变压器反馈式LC振荡电路(+)(+)(+)变压器式振荡器（几MHz--几十MHz）,频率再高变压器自身损耗大，无法将初级功率有效的耦合到次级.三点式振荡电路三点式谐振电路的构成将LC选频网络中的L用2个电感代替,或将C用2个电容代替,并选择合适电路结构----三点式电感三点式电容三点式LC并联选频网络注意：并联谐振时，支路电流远远大于总电流

iL与iC大小相等方向相反ColpittsOscillator考毕茨振荡器电感三点式LC振荡电路HartleyOscillator哈特莱振荡器反馈电压Uf

取自C2反馈电压Uf

取自L2电感三点式LC振荡电路反馈电压Uf取自L2电容三点式LC振荡电路反馈电压Uf取自C2电压比较器电压比较器是将输入信号与预设的电平进行比较，而用输出端的高电平或低电平来表示比较结果，它一般用于波形变换或者输入电平识别8.3电压比较器特点：运放组成的电路处于非线性区种类：单限、滞回和窗口比较器1.运放工作在非线性状态：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.运放在非线性区的分析方法：若UP＞UN

则UO=+UOM

若UP＜UN

则UO=-UOM

虚断（运放输入端电流=0）

注意：此时不能用虚短！(但是在临界点满足虚短)0uoui+Uom-Uom线性区非线性区非线性区UO=Aod

(UP–UN

)一、单门限电压比较器1、过零比较器（与零电平比较）这种电路可做为零电平检测器，也可用于“整形”，将不规则的输入波形整形成规则的矩形波uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOMtuituo+Uom-Uom利用电压比较器将正弦波变为方波一、单门限电压比较器uoui0+UZ-UZ用稳压管稳定输出电压输出限幅电路——使输出电压为一稳定的确定值当ui>0时,u’o=+Uom,uo=+UZ当ui<0时,u’o=-UOm,uo=-UZ

一、单门限电压比较器2.一般单门限比较器（与参考电压Uref

比较）uoui0+UZ-UZUref当ui>Uref

时,uo=+UZ当ui<Uref

时,uo=-UZ

一、单门限电压比较器uoui0+UZ-UZUref若ui从反相端输入一、单门限电压比较器当ui>Uref

时,uo=-UZ当ui<Uref

时,uo=+UZ一、单门限电压比较器输入电压与参考电压在同一边时:虚短UTuoui0+UZ-UZa、高频脉冲的边缘不够陡峭输出电压受运放转换时间的限制单限比较器应用中存在的问题输出波形边缘不陡峭一、单门限电压比较器b、抗干扰能力差若ui在参考电压附近有噪声或干扰，则输出波形将产生错误的跳变，如果对uo波形去计数，计数值必然会多出许多，从而造成极大的误差一、单门限电压比较器特点:电路中使用正反馈二.滞回比较器工作原理—两个门限电压1、当uo=+UZ时，2、当uo=-UZ时，UTH称上门限电压UTL称下门限电压UTH-UTL称为回差电压滞回比较器的电压传输特性：uoui0+UZ-UZUTHUTL设ui

,当ui=<UTL时,uo从-UZ+UZ这时,uo=-UZ

,

uP=UTL设初始值:

uo=+UZ

,

uP=UTH设ui,当ui=>UTH时,

uo从+UZ-UZ二.滞回比较器例:R1=10k,R2=10k,UZ=6V,Uref

=10V,求其电压传输特性阈值电压上下限：uoui08V2V传输特性+6V-6V二.滞回比较器2V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V2V传输特性+6V-6V输入ui为如图所示的波形时,画出输出uo的波形

单限比较器和滞回比较器在输入单向变化时,输出只跳变一次,窗口比较器是一种输入单向变化,输出跳变二次的比较器,即有二个阈值电压:URL和URH应用：测量某个电压是否在一定的范围内三.窗口比较器D1,D2为普通二极管,保证单向导电性DZ为稳压二极管,保证输出电平幅度三.窗口比较器URH>URL

1、当输入信号Ui

>

URH

Uo1

=+

Uom,Uo2=-UomD1导通,D2截止,Uo=

UZ2、当输入信号Ui

<

URL

Uo1

=-

Uom,Uo2=+UomD1截止,D2导通,Uo=UZ3、当

URL<

Ui

<

URH

D1截止,D2截止,Uo=0Uo1

=-

Uom,Uo2=-Uom三.窗口比较器URH=8V,URL

=1V,Uz=5V

1V8Vuiuo5V0本章小结1．正弦波振荡