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1、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,8.2 RC正弦波振荡电路,8.3 LC正弦波振荡电路,8.4 石英晶体振荡电路,8.5 比较器,8.6 方波发生器,8.7 三角波及锯齿波发生器,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,一.产生自激振荡的条件,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,+,一.产生自激振荡的条件fidXXX-=改成正反馈只有正反,反馈信号代替了放大电路的输入信号。,如果：,dfXX=则去掉,iX仍有信号输出。反馈信号代替了放,Xd=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：,X
2、d=Xf所以，自激振荡条件也可以写成：自激振荡的条件：（1,二.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：,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.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,1.放大电路三.正弦波振荡器的组成及分类,正弦波振荡电路的分类：
3、,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。,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,正弦波振荡电路的分类：,正弦波振荡电路的分类：,8.2 RC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：,8.2 RC正弦波振荡电路一.RC 串并联网络的选频,通常，取R1R2R，C
4、1C2C，则有：,令：,通常，取R1R2R，C1C2C，则有：令：,幅频特性,相频特性,可见：当 时，F最大，且=0,Fmax=1/3,幅频特性相频特性可见：当,RC串并联网络完整的频率特性曲线：,当 时，F=Fmax=1/3,RC串并联网络完整的频率特性曲线：当,二.RC桥式振荡器的工作原理：,只需：A=3,振幅条件：,引入负反馈：,选：,二.RC桥式振荡器的工作原理：31=F11f+=RRA1f2,第08章波形的发生和信号的转换1课件,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，,A=3,Rf=2R1=210=20k,=1592 Hz,起振
5、条件：,例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大,能自动稳幅的振荡电路,半导体热敏电阻(负温度系数）,能自动稳幅的振荡电路半导体热敏电阻11f+=RRA,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：,K：双联波段开关，C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率,图8.1.9 振荡频率连续可调的RC 串并联选频网络,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,8.3 LC正弦波振荡器,当 时，,并联谐振。,谐振时，电路呈阻性：,1.LC并联
6、谐振回路的选频特性(阻性)R为电感和回路中的,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,Q为谐振回路的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，,互感线圈的极性判别,初级线圈,次级线圈,同名端,在LC振荡器中，反馈信号通过互感线圈引出,同名端：,互感线圈的极性判别1234初级线圈次级线圈同名端1234+,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:,+,-,+,+,+,二.变压器反馈式LC振荡电路 工作原理：满足相位,(+),(-),(+),(+),(+)(-)(+)(+),(+),(
7、+),(+),(+),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,（+）（+）（）（+）LC正弦波振荡器举例振荡频率:（,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：三.电感反馈式LC振荡电路uf与uo反相uf,振荡频率：,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,四、电容反馈式LC振荡电路振荡频率：uf与uo反相uf与u,
8、振荡频率：,振荡频率：,图8.1.22 电容反馈式振荡电路的改进,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：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8.1.2为使电路产生正弦波振荡，试说明变压器,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。,例8.1.3改正图示电路中的错误，使之有可能产生正弦,Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。,8.4 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
9、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 10000 500000,Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。8.4 石英晶体正弦波振,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,一.石英晶体2.基本特性1.结构：极板间加电场极板间,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,3.石英晶体的
10、等效电路与频率特性等效电路：（1）串联谐振频,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,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,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。,2.串联型石英晶体振荡器 石英晶体工作在fs处，呈电,8.5 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u
11、o=f(ui)是非线性函数。,8.5 电压比较器 将一个模拟电压信号与一参考电压相比较，,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！,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,1.过零比较器:（门限电平=0）,一.单门限电压比较器,uoui0+UOM-UOM1.过零比较器:（门限电平=,例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。,tuituo+Uom-Uom例题：利用电压比较器将正弦波变为,2.
12、单门限比较器（与参考电压比较）,UREF,UREF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,2.单门限比较器（与参考电压比较）uoui0+Uom-U,UREF,当ui UREF时,uo=-Uom,若ui从反相端输入,uoui0+Uom-UomUREF当ui UREF时,（1）用稳压管稳定输出电压,忽略了UD,3.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,uoui0+UZ-UZ（1）用稳压管稳定输出电压忽略了UD3,（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,当ui 0时,uo
13、=-UZ当ui 0时,uo=+UZ,（2）稳幅电路的另一种形式：uoui0+UZ-UZ当ui,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,二.迟滞比较器1.工作原理两个门限电压。特点:电路中使,迟滞比较器的电压传输特性：,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,迟滞比较器的电压传输特性：uoui0+UZ-UZUT
14、+UT-,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,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,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：,例题：Rf=10k，R2=10k，UZ=6V，UR,2V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V2V传输特性+6V,第8章 作业,8.7 8.9 8.11 8.12 8.13 8.15 8.16 8.20,第8章 作业8.7 8.9 8.11,本章小结,2正弦波振荡电路主要有RC振荡电路和LC振荡电路两种。RC振荡电路主要用于中低频场合，LC振荡电路主要用于高频场合。石英晶体振荡电路是一种特殊的LC振荡电路，其特点是具有很高的频率稳定性。3当运放开环工作或引入正反馈时，运放工作在非线性状态。其分析方法为：若U+U-则UO=+UOM；若U+U-则UO=-UOM。虚断（运放输入端电流=0）4 比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路。迟滞比较器具有回差特性。它们是运放非线性工作状态的典型应用。5在方波、锯齿波和三角波等非正弦波信号发生器中，运放一般也工作在非线性状态。电路由比较器、积分器等环节组成。,本章小结1正弦波振荡的条件：AF=1（振,
