《《波形的产生与变换》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《波形的产生与变换》PPT课件.ppt（55页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、（6-1）,电工学,电子部分,第6章 波形的产生与变换,（6-2）,第6章 波形的产生与变换,6.1 正弦波振荡器6.2 多谐振荡器6.3 555定时器及其应用,（6-3）,6.1 正弦波振荡器,波形产生:用来产生具有一定频率和幅度的交流信号的，它包括正弦波产生电路和非正弦波产生电路两大类。,振荡电路:无需外加输入信号便能自动产生各种周期性的波形.例如正弦波、方波和三角波等.,波形变换:是将某种波形变换成另一种波形，或者对某种波形进行整形等。,（6-4）,只有正反馈电路才能产生自激振荡。,6.1.1 自激振荡,自激振荡:电路在没有外加信号的情况下，有一定频率和幅度的交流信号输出.,（6-5）,
2、如果：,反馈信号代替了放大电路的输入信号。,（6-6）,自激振荡的条件,自激振荡条件的推导,（6-7）,(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：,注意：,（2）为了起振，必须满足|AF|1,（6-8）,自激振荡的条件：,因为：,所以，自激振荡条件也可以写成：,（1）幅度平衡条件：,（2）相位平衡条件：,n是整数,相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；幅度条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。,（6-9）,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
3、选频网络有多种，这里只介绍文氏桥选频电路。,一、选频电路,6.1.2 RC正弦波振荡电路,（6-10）,当R1=R2=R C1=C2=C时,所以：,（6-11）,如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：,相频特性：,幅频特性：,（6-12）,二、用运放组成的RC正弦波振荡器,由以上推导得：,（6-13）,RC正弦波振荡器,（6-14）,RC正弦波振荡器,所以，要满足相位条件，只有在 fo 处,（6-15）,问题2：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。,放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有f
4、o分量。,选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。,|AF|1，且A+B=2n，即可起振。,问题1：Ui 从何而来?,（6-16）,问题2：如何启振？,|AF|1，且A+B=2n，即可起振。,（6-17）,能自行启动的电路举例（1）,起振时，RT略大于2R1，使|AF|1，以便起振；,起振后，uo逐渐增大则RT逐渐减小，使得输出uo为某值时，|AF|=1，从而稳幅。,（6-18）,一、电路结构,上下门限电压：,结构：滞回比较器输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端。,6.2.1 用运放构成的多谐振荡器,（6-19）,二、工作原理,1.设 uo=+UZ,此时，输出给C 充电!,则：
5、u+=UH,一旦 uc UH,就有 u-u+,在 uc UH 时，,u-u+,uo 保持+UZ 不变；,uo 立即由UZ 变成UZ,（6-20）,此时，C 经输出端放电。,2.当uo=-UZ 时，,u+=UL,uc降到UL时，uo上翻。,当uo 重新回到UZ 以后，电路又进入另一个周期性的变化。,（6-21）,0,输出波形：,思考:T1 是否等于T2?,（6-22）,RC电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。,迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。,方波发生器各部分的作用：,（6-23）,三、周期与频率的计算,Uc 上升阶段表示式:,uc下降阶段表示式:,据三要素法：,t0,t1,（6
6、-24）,下降过程：,f=1/T,（6-25）,6.2.2.石英晶体多谐振荡器,压电效应:在石英晶体的两侧加一电场，晶片就会产生机械变形，反之若在晶片的两侧施加机械力，则在晶片相应的方向上产生电场，这种物理现象称为压电效应。,压电谐振:在晶片的两侧的电极加交变电压，晶片就会产生机械振动。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率相等时，其振幅最大，这种现象称为“压电谐振”。因此石英晶体又称石英晶体谐振器。晶片的固有频率与晶片的切割方式、几何形状和尺寸有关,与外接电阻、电容无关。,（6-26）,石英晶体的固有谐振频率十分稳定，当频率为谐振频率f0时，石英晶体的等效阻抗最小，信号最容易通过，而其它频率信
7、号均被衰减掉，因此振荡电路的工作频率仅决定于石英晶体的谐振频率f0，而与电路中的R、C数值无关。,（6-27）,石英晶体多谐振荡器,（6-28）,555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。,6.3.1 555定时器的工作原理,555定时器的内部电路包括以下几部分:一个由三个相等电阻组成的分压器;两个电压比较器:A1、A2;一个 RS 触发器;一个反相器和一个晶体管T等。具体的 结构见后图。,6.3 555定时器及其应用,（6-29）,TH,CO,TR,D,555电路结构图,2VCC/3,VCC/3,（6-30）,管脚图,1脚：
8、接地端,2脚：低电平触发端,3脚：输出端Q,4脚：复位端,5脚：电压控制端,6脚：高电平端触发端,8脚：电源端VCC,7脚：放电端,（6-31）,0,1,0,1,1,1,阈值端,触发端,讨论图中部分的电路的工作原理。,（6-32）,0,1,0,1,1,U62VCC/3、U2VCC/3时，R=0 S=1 Q=0，uo=0，T饱和导通。,U62VCC/3、U2VCC/3时，R=S=1 Q保持不变，uo不变，T状态不变。,U62VCC/3、U2VCC/3时，R=1、S=0，Q=1，uo=1，T截止。,（6-33）,基本RS 触发器功能表,附录:,（6-34）,综合以上的分析结果,便可得到555的功能
9、表:,（6-35）,单稳态触发器在数字电路中一般用于定时（产生一定宽度的矩形波）、整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）以及延时（把输入信号延迟一定时间后输出）等。,（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。（3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。,1.单稳态触发器:,特点:,6.3.2 555定时器的应用,（6-36）,单稳态触发器(1)工作原理,设Q=0,uc=0;ui=1 时,稳定状态.,滤波电容,设Q=1,uc=0;ui=1 时,暂稳态.,
10、设稳态时,输入端加负脉冲,（6-37）,uo=0,555内的管T导通,电容 C 被短路。,（6-38）,u2 VCC/3,已有 u6 2VCC/3,故 uo=1。此时555 内的晶体管 T 截止,C 将充电。只要 uC 未充至 2VCC/3,uo=1 的状态不会改变。,（6-39）,如果 uC=u62VCC/3,且u2 VCC/3,则uo=0;555内的晶体管T也由截止变成导通,电容C 迅速放电而变成 0V。,（6-40）,由以上过程可以看出:ui 每输入一个触发脉冲,uo 便输出一个正脉冲,其宽度 tW 由 R C决定。,（6-41）,(2)主要参数,输出脉冲宽度tW=?,根据三要素法:,恢
11、复时间,（6-42）,首先说明如何用555 定时器构成多谐振荡器:,2.由555构成的多谐振荡器,（6-43）,u2=u6 VCC/3,此时 uo=1,555内的晶体管 T 截止,电源通过 R1 和 R2 对电容 C 充电。,在 uC 没有充电到 2VCC/3 之前,uo 保持 1 不变。,（6-44）,uC一旦充至2VCC/3，则 u2=u6=2VCC/3、uo由1翻转为 0。同时555内的晶体管 T 导通,电容 C 经 R2、T放电,一直至VCC/3，使得uo 回到 1,进入循环.,t1,t2,t3,在 uC 没有充电到 2VCC/3 之前,uo 保持 1 不变。,（6-45）,T1,T2
12、,输出方波的周期 T的计算?:,（6-46）,根据三要素法:,输出方波的周期 T的计算:,T1,T2,充电过程:,（6-47）,同理:,放电过程:,T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C,（6-48）,如何改变方波的占空比？,可见:改变充放电回路的时间常数即可。充电时间常数：（R1+R2）C 放电时间常数：R2C,占空比:,（6-49）,3.555定时器构成的施密特触发器,1)施密特触发器的符号和电压传输特性,滞回电压(或回差):,（6-50）,2)施密特触发器的构成与工作原理,(a)电路图；(b)波形图；,（6-51）,2和6端直接连在一起作为触发电平输入端。若在输入端Ui加三角波，则可在输出端得到矩形脉冲。,其工作原理如下：,0t1期间,t1t2期间,（6-52）,t2t3期间,t3t4期间,t4t5期间,（6-53）,波形变换：可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成矩形脉冲。脉冲整形。将不规则的电压波形整形为矩形波。若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。,4.施密特触发器的应用,思考:如何调节回差?,（6-54）,脉冲鉴幅。将一系列幅度不同的脉冲信号加到施密特触发器输入端的波形，只有那些幅度大于上触发电平U+的脉冲才在输出端产生输出信号。因此，通过这一方法可以选出幅度大于U+的脉冲，即对幅度可以进行鉴别。,（6-55）,图 幅度鉴别,
