第8章波形的發生和信號的轉換8.1正弦波振蕩電路8.2電壓比較器8.3非正弦波發生電路8.4*利用集成運放實現的信號轉換電路8.5*鎖相環及其在信號轉換電路中的應用本章主要講述:正弦波振蕩電路、非正弦波發生電路、波形轉換和信號轉換電路等。重點掌握:正弦波振蕩的平衡條件，并能夠依據相位平衡條件正確判斷電路是否可能產生振蕩；掌握單限、滯回比較器的工作原理和傳輸特性；正確理解:由集成運放構成的矩形波、三角波和鋸齒波發生電路的工作原理、波形和參數；了解信號轉換電路的工作原理。Home內容簡介一、產生正弦波振蕩的條件放大器反饋網絡X’i?A?F?Xo?Xf?RL8.1.1概述8.1正弦波振蕩電路?????????uf

正弦波振蕩電路應滿足的條件：1、反饋信號能夠取代輸入信號，而若要如此，電路中必須引入正反饋；2、要有外加的選頻網絡，用以確定振蕩頻率?！灯胶鈼l件—

相位平衡條件n=0,1,2,??起振條件：振蕩的平衡條件：uf

正弦波振蕩電路必須由以下四個部分組成：

(1)放大電路：保證電路能夠有從起振到動態平衡的過程，使電路獲得一定幅值的輸出量，實現能量的控制。

(2)選頻網絡：確定電路的振蕩頻率，使電路產生單一頻率的振蕩，即保證電路產生正弦波振蕩。

(3)正反饋網絡：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于反饋信號。

(4)穩幅環節：也就是非線性環節，作用是使輸出信號幅值穩定。二、正弦波振蕩電路的組成及分類信號產生電路的命名(振蕩器—Oscillators)分類：正弦波振蕩:非正弦波振蕩：RC振蕩器(1MHz以下)LC振蕩器(1MHz以上)石英晶體振蕩器(頻率穩定度高)方波、三角波、鋸齒波等主要性要求能：輸出信號的幅度準確穩定輸出信號的頻率準確穩定三、判斷電路是否可以產生正弦波震蕩方法和步驟(1)觀察電路是否包含了放大電路、選頻網絡、正反饋網絡和穩幅環節四個組成部分。

(2)判斷放大電路是否能夠正常工作，即是否有合適的靜態工作點且動態信號是否能夠輸入、輸出和放大。(3)利用瞬時極性法判斷電路是否滿足正弦波振蕩的相位條件。(正反饋)(4)判斷電路是否滿足正弦波振蕩的幅值條件，即是否滿足起振條件。(|AF|>1）圖8.1.3利用瞬時極性法判斷相位條件利用瞬時極性法判斷相位條件+8.1.2RC正弦波振蕩電路一、RC串并聯選頻網絡圖8.1.4RC串并聯選頻網絡及其在低頻段和高頻段的等效電路代入上式得：（8.1.4）ff0F.ff0f90-90當f=f0

時，F=1/3.=0o1/3（8.1.6）（8.1.5）∴F=1/3.二、RC橋式正弦波振蕩電路電壓串聯負反饋(8.1.7)輸入電阻應大輸出電阻應小圖8.1.7RC橋式正弦波振蕩電路Rf不能太大，否則正弦波將變成方波????(8.1.8)穩幅措施：熱敏電阻穩幅8CR1RfRCR為使Au為非線性，起振時，應使Au>3，穩幅后Au=3。正溫度系數負溫度系數二極管穩幅起振時信號小，二極管電阻大Au

1+(Rf+RD)/R1>3Rf>2R1-Rd起振后二極管電阻逐漸減小，Au

1+Rf/R1=3R1RfV1V2(8.1.9)Au

1+(Rf+RD)/R1三、振蕩頻率可調的RC橋式正弦波振蕩電路幾Hz<f0

<幾百kHz振蕩頻率:0.01u0.1u1u10u[例題：8.1.8]0.01u0.1u1u10u5010k10k?<f0

<?1.59Hz<f0

<318kHz圖8.1.9、振蕩頻率連續可調的RC串并聯選頻網絡頻率粗調頻率細調508.1.3LC正弦波振蕩電路一、LC振蕩電路的頻率特性L的等效損耗電阻Y令虛部為零，得：1.諧振頻率f03.f=f0時的諧振阻抗Z02.回路品質因數Q（8.1.12)（8.1.13)（8.1.14)當Q>>1時，有：LC并聯網絡電抗的頻率特性：0Z

Z0Q大Q小0f90o-90oQ增大幅頻特性相頻特性Z是頻率的函數，Q值愈大，曲線愈陡，選頻特性愈好。圖8.1.12選頻放大電路當f=fO時：電壓放大倍數的數值最大，且無附加相移。對于其余頻率的信號：電壓放大倍數不但數值減小，而且有附加相移。電路具有選頻特性，故稱之為選頻放大電路。圖8.1.13在選頻放大電路中引正反饋二、變壓器反饋式振蕩電路圖8.1.14變壓器反饋式振蕩電路×圖8.1.15變壓器反饋式振蕩

電路的交流通路圖8.1.16變壓器反饋式振蕩電路的交流等效電路當Q>>1時，振蕩頻率（8.1.19)回路品質因數Q（8.1.20)圖8.1.17電感反饋式振蕩電路三、電感反饋式振蕩電路×M??圖8.1.18電感反饋式振蕩電路的交流通路圖8.1.19電感反饋式振蕩電路

的交流等效電路電感反饋式振蕩電路的振蕩頻率優點：缺點：易起振(L間耦合緊)；易調節(C可調),最高振蕩頻率可到幾十兆赫。輸出取自電感，對高次諧波阻抗大，輸出波形差。(8.1.23)四、電容反饋式振蕩電路×??電容三點式電路(8.1.23)圖8.1.21頻率可調的選頻網絡分布電容、結電容影響f0圖8.1.22電容反饋式振蕩電路的改進C的改進圖8.1.23采用共基放大電路的

電容反饋式振蕩電路當振蕩頻率高達100MHz以上時[例8.1.2]說明電路圖的原邊線圈和副邊線圈的同名端?！粒ぁね送瑯O性E輸入，C同號[例8.1.3]電路圖錯誤：C、E直流短路B、C近似短路與圖8.1.20比較[例8.1.3]所示電路的改正電路×＋＋－⊕＋作業習題：8.1、8.3、8.7、8.9、8.11、8.128.1.4石英晶體(Crystal)正弦波振蕩電路一、石英晶體的特點結構SiO2晶片涂銀層焊點符號1.壓電效應形變形變機械振動外力壓電諧振—外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時，機械振動幅度急劇加大的現象。2.等效電路和諧振頻率RC0CLL

—

晶體的動態電感

(10-3~102H)(大)C

—晶體的動態電容

(<0.1pF)(小)R

—

等效摩擦損耗電阻(小)Co

—晶片靜態電容

(幾~幾十pF)C起作用串聯諧振C0起作用并聯諧振低頻時C0容抗大，不起作用，電路為串聯諧振高頻時C0容抗小，電路變為并聯諧振容性容性感性低頻時，電容器容抗大，C0不起作用。諧振頻率為：高頻時，電容器容抗小，C0起作用，電路為并聯諧振。fXfPfS容性感性容性圖8.1.29并聯型石英晶體振蕩電路×＋－－⊕＋圖8.1.30串聯型石英晶體振蕩電路×＋＋＋⊕＋8.2電壓比較器

(Comparator)8.2.1概述一、電壓比較器的電壓傳輸特性傳輸特性：

輸入電壓uI是模擬信號，而輸出電壓不是高電平UOH，就是低電平UOL。閥值電壓：使uo從

UOH躍變為UOL

，或從

UOL躍變為UOH的輸入電壓UT

。功能：比較電壓信號(被測試信號與標準信號)大小(3)當uI變化且經過UT時，uO躍變的方向，即是從UOH躍變為UOL，還是從UOL躍變為UOH

。高UOH高UOH低UOL低UOL畫出電壓傳輸特性，必須求出以下三個要素：(1)輸出電壓高電平和低電平的數值UOH和UOL；(2)閾值電壓的數值UT

；二、集成運放的非線性工作區集成運放電路特點及其電壓傳輸特性開環狀態正反饋OuP

-

uNuOuP

>uNuP

<uNUOm-UOm1)不存在虛短

(除了uP=uN時)

2)存在虛斷(即IP=IN

=0)

三、電壓比較器的種類1、單限電壓比較器種類3、窗口比較器2、滯回比較器單限比較器滯回比較器OuIuOUOHUT|uI

<UTUOLuI

>UTOuIuOUT1UT2UOHUOL上閥值下閥值回差電壓uI

<UT1uI

>UT2uI

>UT1uI

<UT2書上錯UOMOuIuOUT1UT2uIuOOuIuO1.過零電壓比較器uI

<0uI

>0UOm-UOm8.2.2單限電壓比較器uT=0電壓比較器輸入級的保護電路二極管限幅圖8.2.5電壓比較器的輸出限幅電路UO=+(UZ1+UD)UO=+UZUI<

0時：UO=-(UZ2+UD)UI>0時：UO=-UZU’O=+UOMU’O=-UOM圖8.2.6將穩壓管接在反饋通路中UO=+UZUI<

0時：UI>0時：UO=-UZ-+二、一般單限比較器(8.2.1)(3)當uI經過UT時，uO躍變的方向，決定于uI作用于哪個端；高高低低分析電壓傳輸特性三個要素的方法：(1)通過輸出端接的限幅電路確定輸出電壓的高、低電平的數值UOH和UOL；(2)寫出uN和的uP的表達式，令uN=

uP，求得的uI就是閾值電壓值UT；作用于反向端時：作用于同向端時：UI<

UTUI>

UTUI<

UTUI>

UT[例8.2.1]=±6V=±5V=5K=2V6-65-5UT=-2V閾值電壓:8.2.3滯回比較器(施密特觸發器)±UZ(8.2.2)圖8.2.10加了參考電壓的滯回比較器閾值電壓:[例8.2.2]±9V50K100K求：uO波形[例8.2.3]R2=2R1要求所有電阻在20~100K之間Uz=±6V8.2.4窗口比較器URH

>URLuIuO1uO2D1D2uO<URL

URL<uI<URH>URHUOm截止導通UZ-UOmUOm-UOm導通截止UZ-UOm-UOm截止截止0作業習題：8.2、8.15、8.16、8.18圖8.3.1幾種常見的非正弦波8.3非正弦波發生電路積分電路8.3.1矩形波發生電路

滯回比較器一.電路組成及工作原理=UZ=-UZ二.波形分析及主要參數占空比=TK/T=50%三、占空比可調的矩形波發生電路8.3.2三角波發生電路積分電路一.電路組成圖8.3.7三角波發生電路二、工作原理8.3.3鋸齒波發生電路圖8.3.11三角波變鋸齒波的波形圖8.3.12三角波變鋸齒波電路圖8.3.13電子開關電路圖8.3.14利用低通濾波器將

三角波變換成正弦波圖8.3.15用折線近似正弦波的示意圖圖8.3.16三角波變正弦波電路圖8.3.17三角波變正弦波電路的分析圖8.3.18ICL8038函數發生器原理框圖圖8.3.19ICL8038函數發生器中電壓

比較器的電壓傳輸特性圖8.3.20ICL8038的引腳圖圖8.3.21ICL8038的兩種基本接法圖8.3.22ICL8038的輸出波形圖8.3.23失真度減小和頻率可調電路8.4信號轉換電路圖8.4.1電壓－電流轉換的基本原理電路圖8.4.2實用的電壓－電流轉換電路圖8.4.3電流－電壓轉換電路返回圖8.4.4整流電路的波形返回圖8.4.5一般半波整流電路返回圖8.4.6半波精密整流電路及其波形返回圖8.4.7全波精密整流電路及其波形返回圖8.4.8例8.4.1電路圖返回圖8.4.9數字式測量儀表返回圖8.4.10電荷平衡式電壓－頻率轉換

電路的原理框圖及波形分析返回圖8.4.11電荷平衡式電壓－頻率轉換電路返回圖8.4.12例8.4.11所示電路中滯回

比較器的電壓傳輸特性返回圖8.4.13復位式電壓－頻率轉換

電路的原理框圖返回圖8.4.14復位式電壓－頻率轉換電路返回8.5鎖相環及其在信號轉換電路中的應用圖8.5.1鎖相環的原理框圖