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1、(7-1),电子技术,第八章 波形的发生和信号的转换,模拟电路部分,(7-2),第8章 波形的发生和信号 的转换,8.1 正弦波振荡电路8.2 电压比较器8.3 非正弦波发生电路,(7-3),一、正弦波振荡的条件和电路的组成,1.正弦波振荡的条件 无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。,在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：,由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。,8.1 正弦波振荡电路,(7-4),1.正弦波振荡的条件,一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量
2、自维持，即,起振条件：,要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电时对于f=f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。,(7-5),2.起振与稳幅,电路如何从起振到稳幅？,稳定的振幅,(7-6),3.基本组成部分,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,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，没有被短路或断路；3)是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡；4)是否满足幅值条件，即是否一定振荡。,常合二为一,4、分析方法,
3、(7-7),相位条件的判断方法：瞬时极性法,断开反馈，在断开处给放大电路加 ff0的信号Ui，且规定其极性，然后根据 Ui的极性 Uo的极性 Uf的极性若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。,在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。,极性？,(7-8),5.分类,常用选频网络所用元件分类。1)RC正弦波振荡电路：几百千赫以下2)LC正弦波振荡电路：几百千赫几百兆赫3)石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定,(7-9),二、RC 正弦波振荡电路,1.RC串并联选频网络,低频段,高频段,在频率从0中必有一个频率f0，F0。,RC串并联选频网络在
4、正弦波振荡电路中既是选频网络又是正反馈网络，则输入为uo,输出为uf,(7-10),RC串并联选频网络的频率响应,当 f=f0时，不但=0，且 最大，为1/3。,(7-11),1)是否可用共射放大电路？2)是否可用共集放大电路？3)是否可用共基放大电路？4)是否可用两级共射放大电路？,2.电路组成,应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。,不符合相位条件,不符合相位条件,输入电阻小、输出电阻大，影响f0,可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于3，且Ri大、Ro小，对f0影响小,(7-12),3.RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）,用同
5、相比例运算电路(输入电阻大输出电阻小)作放大电路。,因同相比例运算电路有非常好的线性度，故R或Rf可用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。,(7-13),频率可调的文氏桥振荡器,改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。,加稳压管可以限制输出电压的峰-峰值。,同轴电位器,(7-14),讨论一：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路,(7-15),三、LC 正弦波振荡电路 1.LC并联网络的选频特性,理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。,谐振频率为,在损耗较小时，品质因数及谐振频率,损耗,在ff0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？,(7-16),构成正弦波振荡电路最简单的做法
6、是通过变压器引入反馈。,附加相移,LC选频放大电路正弦波振荡电路,当f=f0时，电压放大倍数的数值最大，且附加相移为0。,(7-17),2.变压器反馈式电路,C1是必要的吗？,特点：易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。,分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：1)是否存在组成部分2)放大电路是否能正常工作3)是否满足相位条件,为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。,必须有合适的同铭端！,(7-18),3.电感反馈式电路,反馈电压取自哪个线圈？反馈电压的极性？,必要吗？,电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三点式电路。,(7-19),3.电感反馈式
7、电路,特点：耦合紧密，易振，振幅大，C 用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。,由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。,(7-20),4.电容反馈式（电容三点式）电路,若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当电容减小到一定程度时，晶体管的极间电容将并联在C1和C2上，影响振荡频率。,特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。,与放大电路参数无关,作用？,(7-21),四、石英晶体正弦波振荡电路 1.石英晶体的特点,SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。,压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系,固有频
8、率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。,感性,一般LC选频网络的Q为几百，石英晶体的Q可达104106；前者f/f为105，后者可达10101011。,(7-22),2.电路,石英晶体工作在哪个区？是哪种典型的正弦波振荡电路？,石英晶体工作在哪个区？两级放大电路分别为哪种基本接法？C1的作用？,（1）并联型电路,（2）串联型电路,(7-23),同铭端？,注意事项：1.放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；2.断开反馈，在断开处加 f=f0的输入电压；3.找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。,(7-24),8.3 非正弦波发生电路,一、常见的非正弦波,二、矩形波发生电路,三、三
9、角波发生电路,四、锯齿波发生电路,五、波形变换电路,(7-25),一、常见的非正弦波,矩形波,三角波,锯齿波,尖顶波,阶梯波,矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。,(7-26),二、矩形波发生电路,输出无稳态，有两个暂态；若输出为高电平时定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。,1.基本组成部分（1）开关电路：输出只有高电平和低电平两种情况，称为两种状态；因而采用电压比较器。（2）反馈网络：自控，在输出为某一状态时孕育翻转成另一状态的条件。应引入反馈。（3）延迟环节：使得两个状态均维持一定的时间，决定振荡频率。利用RC电路实现。,(7-27),2.电路组成,正向充电：uO（+UZ）
10、RC地,反向充电：地C R uO（UZ）,RC 回路,滞回比较器,(7-28),3.工作原理：分析方法,方法一：设电路已振荡，且在某一暂态，看是否能自动翻转为另一暂态，并能再回到原暂态。方法二：电路合闸通电，分析电路是否有两个暂态，而无稳态。,设合闸通电时电容上电压为0，uO上升，则产生正反馈过程：uO uN uO，直至 uOUZ，uP+UT，第一暂态。,(7-29),3.工作原理：分析,电容正向充电，t uN，t，uN UZ；但当uN+UT时，再增大，uO从+UZ跃变为-UZ，uPUT，电路进入第二暂态。,电容反向充电，t uN，t，uN-UZ；但当uN UT时，再减小，uO从-UZ跃变为+
11、UZ，uP+UT，电路返回第一暂态。,第一暂态：uOUZ，uP+UT。,(7-30),脉冲宽度,4.波形分析,(7-31),正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。,5.占空比可调电路,为了占空比调节范围大，R3应如何取值？,(7-32),三、三角波发生电路,1.电路组成 用积分运算电路可将方波变为三角波。,实际电路将两个RC 环节合二为一,为什么采用同相输入的滞回比较器？,uO要取代uC，必须改变输入端。,集成运放应用电路的分析方法：化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算,(7-33),2.工作原理,滞回比较器,积分运算电路,求滞回比较器的电压传输特性：三要素 UOH、
12、UOL，UT，uI过UT时曲线的跃变方向。,(7-34),合闸通电，通常C 上电压为0。设uO1 uP1 uO1，直至uO1 UZ（第一暂态）；积分电路反向积分，t uO，一旦uO过 UT，uO1从 UZ跃变为 UZ（第二暂态）。积分电路正向积分，t uO，一旦uO过 UT，uO1从 UZ跃变为 UZ，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。,电路状态翻转时，uP1=?,三角波发生电路的振荡原理,(7-35),3.波形分析,如何调整三角波的幅值和频率？,为什么为三角波？怎样获得锯齿波？,“理性地调试”：哪些参数与幅值有关？哪些参数与频率有关？先调哪个参数？,(7-36),四、锯齿
13、波发生电路,1.R3应大些？小些？2.RW的滑动端在最上端和最下端时的波形？,T,3.R3短路时的波形？,(7-37),五、波形变换电路,1.利用基本电路实现波形变换 正弦波变方波、变矩形波，方波变三角波，三角波变方波，固定频率的三角波变正弦波,如何得到？,利用电子开关改变比例系数,2.三角波变锯齿波：二倍频,(7-38),3.三角波变正弦波,若输入信号的频率变化不大，则可用滤波法实现。,范围是什么？,若输入信号的频率变化较大，则可用折线法实现。,三角波用傅立叶级数展开，除基波外，还含有3次、5次谐波。,(7-39),*8.4 信号的转换,一、概述,二、u-i转换电路,三、精密整流电路,四、u
14、-f转换电路,(7-40),一、概述,信号的发送：调幅、调频、调相信号的接收：解调信号对负载的驱动：i-u，u-i信号的预处理：AC-DC（整流、检波、滤波）DC-AC（斩波）信号的接口电路：A-D（如 u-f），D-A,(7-41),二、u-i 转换电路,若信号源不能输出电流，则选电路一；若信号源能够输出一定的电流，则可选电路二。若负载需接地，则上述两电路均不符合要求。,电路一,电路二,引入了电流串联负反馈,引入了电流并联负反馈,(7-42),豪兰德电流源电路,电路既引入了负反馈，又引入了正反馈。,如何求解输出电阻？,(7-43),为什么一般的整流电路不能作为精密的信号处理电路？,三、精密整
15、流电路,若uImaxUon，则uO仅在大于Uon近似为uI，失真。,精密整流电路是信号处理电路，不是电源中AC-DC的能量转换电路；实现微小信号的整流。,(7-44),设RRf,对于将二极管和晶体管作电子开关的集成运放应用电路，在分析电路时，首先应判断管子相当于开关闭合还是断开，它们的状态往往决定于输入信号或输出信号的极性。,精密整流电路的组成,半波整流，若加uI的负半周，则实现全波整流,(7-45),全波精密整流电路,二倍频三角波,绝对值运算电路,(7-46),四、u-f 转换电路（压控振荡器）,T,1.电荷平衡式压控振荡器,电路的组成：由锯齿波发生电路演变而来。,若T2决定于外加电压，则电路的振荡频率就几乎仅仅受控于外加电压，实现了uf 的转换。,(7-47),1.电荷平衡式压控振荡器,R1R5,单位时间内脉冲个数表示电压的数值，故实现A/D转换,若uI0，则电路作何改动？,(7-48),2.复位式压控振荡器,(7-49),第8章 结束,电子技术,模拟电路部分,
