模拟电子技术第八章.ppt
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1、第八章 波形的发生和信号的转换,8.1 正弦波振荡电路,8.2 电压比较器,8.3 非正弦波发生电路,8.4 利用集成运放实现的信号转换电路,本章重点和考点:,1.重点掌握RC正弦波振荡 工作原理。,2.重点掌握电压比较器的传输特性。,3.掌握非正弦波发生电路的原理。,本章讨论的问题:,1.在模拟电子电路中需要哪些波形的信号作为测试信号和 控制信号?,2.正弦波振荡电路所产生的自激振荡和负反馈放大电路中 所产生的自激振荡有什么区别? 3.为什么正弦波振荡电路中必须有选频网络?选频网络由 哪些元件组成?,4.为什么说矩形波发生电路是产生非正弦波信号的基础?为什么非正弦波发生电路中几乎都有电压比较
2、器?,本章讨论的问题:,5.电压比较器与放大电路有什么区别?集成运放在电 压比较器和运算放大电路中的工作状态一样吗?,6.如何组成矩形波、三角波和锯齿波发生发生电路?,7.为什么需要将输入信号进行转换?有哪些基本转换?,8.1 正弦波振荡电路,8.1.1概述,放大电路,反馈网络,如果反馈电压 uf 与原输入信号 ui 完全相等,则即使无外输入信号,放大电路输出端也有一个正弦波信号自激振荡。(电路要引入正反馈),图 8.1.2 正弦波振荡电路的方框图,一、产生正弦波振荡的条件,动画avi11-1.avi,由此知放大电路产生自激振荡的条件是:,即:,所以产生正弦波振荡的条件是:,幅度平衡条件,相位
3、平衡条件,电路起振的条件:,二、正弦波振荡电路的组成及分类,组成:,放大电路:集成运放,选频网络:确定电路的振荡频率,反馈网络:引入正反馈,稳幅环节:非线性环节,使输出信号幅值稳定,分类:,RC正弦波振荡电路,频率较低,在1MHz以下。,LC正弦波振荡电路,频率较高,在1MHz以上。,石英晶体振荡电路,频率较高,振荡频率非常稳定。,三、判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤,1. 检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分;,2. 检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正 常工作;,3. 分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件,判断相位平衡条件的方法是: 瞬时极性法。,5.估算振荡频率和起振条件
4、,4.判断是否满足振幅平衡条件。,8.1.2 RC 正弦波振荡电路,RC串并联网络振荡电路也称RC桥式正弦波振荡电路或称文氏振荡电路(Wien),电路组成:,放大电路 集成运放 A ;,选频与正反馈网络 R、C 串并联电路;,稳幅环节 RF 与 R 组成的负反馈电路。,图 8.1.4,一、RC 串并联选频网络,Z1,Z2,取 R1 = R2 = R , C1 = C2 = C ,令,则:,得 RC 串并联电路的幅频特性为:,相频特性为:,最大,F = 0。,1/3,+90,-90,图 81.5,二、振荡频率与起振条件,1. 振荡频率,2. 起振条件,f = f0 时,,由起振荡条件知:,所以起
5、振条件为:,同相比例运放的电压放大倍数为,即要求:,三、振荡电路中的负反馈(稳幅环节),引入电压串联负反馈,可以提高放大倍数的稳定性,改善振荡电路的输出波形,提高带负载能力。,反馈系数,改变 RF,可改变反馈深度。增加负反馈深度,并且满足,则电路可以起振,并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。,图 8.1.7,反馈电阻 RF采用负温度系数的热敏电阻,,采用正温度系数的热敏电阻,均可实现自动稳幅。,稳幅的其它措施,电流增大时,二极管动态电阻减小。电流减小时,动态电阻增大,加大非线性环节,从而使输出电压稳定。,在RF回路中串联二个并联的二极管,四、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路,用双层波段开
6、关接不同电容,作为振荡频率f0的粗调;,用同轴电位器实现f0的微调。,RC串、并联网络中,如何调节频率?,问题:如何提高频率?,动画avi11-2.avi,* 其他形式的 RC 振荡电路,一、移相式振荡电路,集成运放产生的相位移 A = 180,如果反馈网络再相移 180,即可满足产生正弦波振荡的相位平衡条件。,振荡频率为:,270,180,90,当 f = f0 时,相移 180,满足正弦波振荡的相位条件。,起振条件:RF 12 R,*二、双 T 选频网络振荡电路,振荡频率约为:,当 f = f0 时,双 T 网络的相移为 F = 180;反相比例运放的相移 A = 180,因此满足产生正弦
7、波振荡的相位平衡条件。,如果放大电路的放大倍数足够大,同时满足振幅平衡条件,即可产生正弦波振荡。,起振条件,* 三种 RC 振荡电路的比较,8.1.3 LC 正弦波振荡电路,一、LC 谐振回路的频率特性,当频率变化时,并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。,并联电路的导纳:,当,电路发生并联谐振。,图 8.1.10,并联谐振角频率,令:,谐振回路的品质因数,当 Q 1 时,谐振频率:,回路等效阻抗:,LC 并联回路的阻抗:,发生并联谐振时,,在谐振频率附近,,可见,Q 值不同,回路的阻抗不同。,不同 Q 值时,LC 并联 电路的幅频特性:,Z01,Z02,Q1 Q2,Q1,Q2,相频特性:,Q1
8、,Q2,Q1 Q2,感性,纯阻,容性,结论:,1. 当 f = f0 时,电路为纯电阻性,等效阻抗最大;当 f f0 时,电路为容性。所以 LC 并联电路具有选频特性。,2. 电路的品质因数 Q 愈大,选频特性愈好。,图 8.1.11,谐振时 LC 回路中的电流,电容支路的电流:,并联回路的输入电流:,所以:,当 Q 1 时,,结论:谐振时,电容支路的电流与电感支路的电流大小近似相等,而谐振回路的输入电流极小。,若以LC并联网络作为共射放大电路的集电极负载,当f = f0时,电压放大倍数的数值最大,且无附加相移。因而电路称为选频放大电路,若增加正反馈,并用反馈电压取代输入电压,则电路就成为正弦
9、波振荡电路,LC 正弦波振荡电路,二、变压器反馈式振荡电路,1.工作原理,用瞬时极性判断为正反馈,所以满足自激振荡的相位平衡条件。,2.振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,图 8.1.14 变压器反馈式 振荡电路,三、电感反馈式振荡电路,1.电路组成,用瞬时极性判断为正反馈,所以满足自激振荡的相位平衡条件。,2.振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,图 8.1.17,四、电容反馈式振荡电路,1.电路组成,用瞬时极性判断为正反馈,所以满足自激振荡的相位平衡条件。,2.振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,图 8.1.20,电容反馈式改进型振荡电路,振荡频率,选择 C C1, C C2,,
10、则:,减小了三极管极间电容对振荡频率的影响,适用于产生高频振荡。,图 8.1.22,各种 LC 振荡电路的比较,8.1.4 石英晶体振荡器,石英晶体谐振器,简称石英晶体,具有非常稳定的固有频率。,一、石英晶体的特点,压电效应:在石英晶片的两极加一电场,晶片将产生机械变形;若在晶片上施加机械压力,在晶片相应的方向上会产生一定的电场。,压电谐振:晶片上外加交变电压的频率为某一特定频率时,振幅突然增加。,1.压电效应和压电振荡,2.等效电路和振荡频率,符号:,串联谐振频率,并联谐振频率,电抗频率特性,fs,fp,容性,容性,感性,图 8.1.27,图 8.1.28,二、石英晶体正弦波振荡电路,1.并
11、联型石英晶体正弦波振荡电路,交流等效电路,振荡频率,由于,图 8.1.29,2.串联型石英晶体振荡电路,图 8.1.30 串联型石英晶体振荡电路,当振荡频率等于 fS 时,晶体阻抗最小,且为纯电阻,此时正反馈最强,相移为零,电路满足自激振荡条件。,振荡频率,调节 R 可改变反馈的强弱,以获得良好的正弦波。,8.2 电压比较器,1.电压比较器将一个模拟量输入电压与一个参考 电压进行比较,输出只有两种可能的状态:高 电平或低电平。,2.比较器中的集成运放一般工作在非线性区;处于 开环状态或引入正反馈。,3.分类:单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。,8.2.1 概述,4.比较器是组成非正弦波发生电
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- 模拟 电子技术 第八
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