第八章波形产生与变换电路

第八章波形产生与变换电路第1页，共51页，2023年，2月20日，星期三1.电路结构8.1.1方波发生器下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的输入端。上下限:－++RR1R2Cucuo8.1信号发生电路第2页，共51页，2023年，2月20日，星期三2.工作原理：(1)设uo

=

+UOM,此时，输出给C充电,uc

则：u+=U+H－++RR1R2C+ucuo0tuoUOM-UOMucU+H0t一旦uc>U+H

,就有u->u+,在uc<U+H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第3页，共51页，2023年，2月20日，星期三此时，C

经输出端放电,再反向充电(2)当uo

=

-UOM时，u+=U+Luc达到U+L时，uo上翻－++RR1R2C+ucuoU+HuctU+L当uo

重新回到＋UOM

以后，电路又进入另一个周期性的变化。-UOM第4页，共51页，2023年，2月20日，星期三0U+HuctU+LUOMuo0t-UOMT周期与频率的计算：－++RR1R2C+ucuof=1/T第5页，共51页，2023年，2月20日，星期三周期与频率的计算：－++RR1R2C+ucuo0U+HuctU+L+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:第6页，共51页，2023年，2月20日，星期三0U+HuctU+L+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+=第7页，共51页，2023年，2月20日，星期三思考题：点b是电位器RW

的中点，点a和点c是b的上方和下方的某点。试定性画出点电位器可动端分别处于

a、b、c

三点时的uo-uc

相对应的波形图。－-+++RWR1R2CucuoD1D2abc设Rwa>RwcUOMuo0t-UOM第8页，共51页，2023年，2月20日，星期三反向积分器方波发生器8.1.2三角波发生器矩形波经积分电路便可产生三角波，但是此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。－++R1R3R4C1uc_uo-+++C2R5R2三角波发生器电路1:第9页，共51页，2023年，2月20日，星期三三角波发生器(续)UOMuo10t-UOM－++R1R3R4C1uc_uo-+++C2R5R2uo1第10页，共51页，2023年，2月20日，星期三反相积分器上行的迟滞比较器－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1特点:由上行的迟滞比较器和反相积分器级联构成,迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入,反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入.三角波发生器电路2:第11页，共51页，2023年，2月20日，星期三－++uoRR2R1ui上下门限电压上行的迟滞比较器U+HU+Luoui0Uom-Uom反相积分器ui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uomuo-++CRRui回顾:第12页，共51页，2023年，2月20日，星期三－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1(1)设t=0时,uo1=+UOM,uc(0)

=0,uo=0u1+u1+=o212uRRR+o1211uRRR++=OM211URRR+>u1-=0,uo1保持+UOMUOMuo10t-UOM三角波发生器电路2(续):第13页，共51页，2023年，2月20日，星期三－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+(2)t=0~t1:uo1(0)

=+UOM,uo(0)

=0ò-=dtuRC1uo1o=-OMURCtt=t1:uo(t=t1)=OM21LURRU-=+uo1从+UOM-UOMt1UOMuo10t-UOMU+LU+Huo(a)(b)21RCRRt1=将(b)式代入(a)式,可解出:三角波发生器电路2(续):第14页，共51页，2023年，2月20日，星期三－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+(3)t=t1~t2:uo1(t1)

=-UOM

,uo(t1)

=U+L

t=t2:uo(t=t2)=OM21HURRU=+uo1从-UOM+UOM21RCRRt2=3可解出:UOMuo10t-UOMt1U+LU+Huo=uo(t1)

uò-dt=uRC1o1o+OMURC(t-t1)OM21URR-t1tt2三角波发生器电路2(续):第15页，共51页，2023年，2月20日，星期三(4)t=t2~t3:uo1(t2)

=+UOM

,uo(t2)

=U+H

t=t3:uo(t=t3)=OM21+LURRU=-uo1从+UOM-UOM21RCRRt3=5可解出:=uo(t2)

uò-dt=uRC1o1o-OMURC(t-t2)OM21URRt2t－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+UOMuo10t-UOMt1U+LU+Huot2三角波发生器电路2(续):t3第16页，共51页，2023年，2月20日，星期三－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+三角波发生器电路2(续):UOMuo10t-UOMt1U+LU+Huot2t321RCRR三角波周期:T=2(t2-t1)=4T21RCRRt1=21RCRRt2=3t3=521RCRR三角波频率:f=1/T第17页，共51页，2023年，2月20日，星期三改型电路1调整电位器RW可以使三角波上下移动,而且使三角波正负半周时间不相等.－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1+E-ERW第18页，共51页，2023年，2月20日，星期三改型电路2tuoT1T2－++R2R1-++R´R2CuoRUo1被嵌位于±UzR决定T2,R´决定T1第19页，共51页，2023年，2月20日，星期三uottuoT1T2当R´=0时－++R2R1-++R´R2CuoRT1变为0三角波发生器,锯齿波发生器第20页，共51页，2023年，2月20日，星期三8.3.1产生自激振荡的原理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Ao反馈电路FiX+–dXoXfX8.3正弦波振荡器+第21页，共51页，2023年，2月20日，星期三如果：,ifXX=则去掉,iX仍有信号输出。基本放大电路Ao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Ao反馈电路FiX++dXoXfX第22页，共51页，2023年，2月20日，星期三fidofdooXXXXFXXAX+===FAAXXAooiof-==1基本放大电路Ao反馈电路FiX++dXoXfX自激振荡条件的推导第23页，共51页，2023年，2月20日，星期三自激振荡条件的推导（续）基本放大电路Ao反馈电路FdXoXfXfdofdooXXXFXXAX====FAoXoFAo=1自激振荡的条件第24页，共51页，2023年，2月20日，星期三当xi=0时，AoF=1(1)正反馈足够强,输入信号为0时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。(2)要获得非正弦自激振荡,反馈回路中必须有RC积分电路。(3)要获得正弦自激振荡,反馈回路中必须有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：自激振荡条件的推导（续）第25页，共51页，2023年，2月20日，星期三所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振幅条件：（2）相位条件：pjjnFA2=+n是整数相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。因为：00自激振荡的条件：1)()(=wwFA00自激振荡条件的推导（续）第26页，共51页，2023年，2月20日，星期三问题：如何启振？Uo是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。起振并能稳定振荡的条件：第27页，共51页，2023年，2月20日，星期三正弦波振荡电路的基本组成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：确定f0，保证电路产生正弦波振荡4)非线性环节（稳幅环节）：稳幅常合二而一第28页，共51页，2023年，2月20日，星期三4、分析方法1)是否存在主要组成部分；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；3)是否满足相位条件，即是否存在f0；4)是否满足幅值条件，即是否可能起振。第29页，共51页，2023年，2月20日，星期三常用选频网络所用元件分类。1)RC正弦波振荡电路：几百kHz以下2)LC正弦波振荡电路：几百kHz～几百MHz3)石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定5、分类第30页，共51页，2023年，2月20日，星期三8.3.2

RC振荡电路用RC电路构成选频网络的振荡电路即所谓的RC振荡电路，可选用的RC选频网络有多种，这里只介绍文氏桥选频电路。R1C1R2C2iUoU第31页，共51页，2023年，2月20日，星期三文氏桥选频电路)1()1(112211221CRCRjCCRRUUioww-+++=R1C1R2C2iUoU时，相移为0。1221w1CRCR=w当第32页，共51页，2023年，2月20日，星期三如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：1221w1CRCR=w21211CCRR=w01CR=w0)1()1(112211221CRCRjCCRRUUioww-+++=13=文氏桥选频电路)1(31CRCRjww-+=w=wo时第33页，共51页，2023年，2月20日，星期三文氏桥选频电路)(3100ffffjUUio-+=传递函数：2002)(31ffffUUio-+=幅频特性：相频特性：如果：R1=R2=R，C1=C2=Cf+90–90ff0UUio)1(31CRCRjww-+=第34页，共51页，2023年，2月20日，星期三用运放组成的RC振荡器：只有在f0处才满足相位条件：因为：AF=131=F1fF+=RRAfF2RR=uo_++RFRCRCRfA=3uouo3A=3同相放大器文氏桥选频电路输出正弦波频率：第35页，共51页，2023年，2月20日，星期三例题:R=1k，C=0.1F，Rf=10k。RF为多大时才能起振？振荡频率f0=？Hzuo_++RFRCRCRfAF=1，31=F1fF+=RRAA=3=210=20k=1592Hz起振条件：fF2RR=第36页，共51页，2023年，2月20日，星期三能自行起振的电路1半导体热敏电阻起振时RT>2Rf,使A>3,易起振。当uo幅度自激增长达某一值时，RT=2Rf，A=3。当uo进一步增大时，RT<2Rf,使A<3。因此uo幅度自动稳定于某一幅值。_++RTRCRCRfTuo第37页，共51页，2023年，2月20日，星期三能自行启动的电路2RF1+RF2略大于2Rf,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_++RF1RCCRfRF2D1D2R第38页，共51页，2023年，2月20日，星期三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。振荡频率的调节：_++RFuoRCCRfKKR1R1R2R2R3R3振荡频率：第39页，共51页，2023年，2月20日，星期三电子琴的振荡电路：_++RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R22112CRR=0f2121RRF+=12345176功率放大器使R2>>R121F1fF2RRA+=F1R+2AF1可调A2RF1+RF2Rf第40页，共51页，2023年，2月20日，星期三LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对LC振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。首先介绍一下LC选频网络。8.3.3LC正弦波振荡器第41页，共51页，2023年，2月20日，星期三1、LC选频网络(LC并联谐振电路)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第42页，共51页，2023年，2月20日，星期三CLRuiLici例:LC并联谐振电路中,L=1mH,C=0.1F,R=10，U=1V。求谐振时的f0、I0、IC、IL。