第六章波形发生电路(May232016)

第六章波形的发生和信号的转换第六章波形的发生和信号的转换§6.3正弦波振荡电路§6.1电压比较器§6.2非正弦波发生电路§6.1电压比较器一、概述二、单限比较器三、滞回比较器四、双限比较器五、集成电压比较器一、概述1.电压比较器的功能：比较电压的大小输入电压是模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况，为二值信号。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压广泛用于各种报警电路电压传输特性的三个要素：2.电压比较器的描述方法：电压传输特性Uo=f(Ui)（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向（2）阈值电压UT（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL3.几种常用的电压比较器（1）单限比较器：只有一个阈值电压（3）双限比较器：输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。T2T1UUU回差电压：（2）滞回比较器：具有滞回特性有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。4、集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈理想运放工作在非线性区的特点：1)净输入电流为02)uPuN时，uO＝＋UOMuPuN时，uO＝－UOM无源网络1)电路的识别及选用；2)电压传输特性的分析。5、教学基本要求二、单限比较器（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI0时uO＝－UOM;uI0时uO＝＋UOM集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入级，需加输入端限幅电路。二极管限幅电路使净输入电压最大值为±UD1.过零比较器必要吗？输出限幅电路UOH＝＋UZ1＋UD2UOL＝－(UZ2＋UD1)UOH＝－UOL＝UZ不可缺少！为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。输出限幅电路uO＝±UZ（1）保护输入端（2）加速集成运放状态的转换电压比较器的分析方法：（1）写出uP、uN的表达式，令uP＝uN，求解出的uI即为UT。（2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平。（3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出电压的跃变方向。2.一般单限比较器0REF＜U，得令0PNI211REF212NuuuRRRURRRu（1）若要UT0，则应如何修改电路？REF12TURRUZOUU作用于反相输入端（3）若要改变UOL、UOH呢？（2）若要改变曲线跃变方向，则应如何修改电路？三、滞回比较器，得令PNO211PIN,uuuRRRuuuZOHZOLUUUUZ211TURRRU1.阈值电压2.工作原理及电压传输特性设uI＜－UT，则uN＜uP，uO＝+UZ。此时uP＝+UT，增大uI，直至+UT，再增大，uO才从+UZ跃变为－UZ。设uI＞+UT，则uN＞uP，uO＝－UZ。此时uP＝－UT，减小uI，直至－UT，再减小，uO才从－UZ跃变为+UZ。ZOUUZ211TURRRU1.若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？讨论一如何改变滞回比较器的电压传输特性2.若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？3.若要改变输入电压过阈值电压时输出电压的跃变方向，则应如何修改电路？改变输出限幅电路向左右移多少？四、双限比较器RHIUuOMUOMURLIUuOMUOMU当uIURH时，uO1=－uO2=UOM，D1导通，D2截止；uO=UZ。当uIURL时，uO2=－uO1=UOM，D2导通，D1截止；uO=UZ。当URLuIURH时，uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止；uO=0。特点：1.无需限幅电路，根据所需输出高、低电平确定电源电压；2.可直接驱动集成数字电路；3.应用灵活，可具有选通端；③②①⑦①②③④⑧⑦CCVEEV②③①⑦五、集成比较器某型号集成比较器的等效电路4.响应速度快；5.电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。§6.2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、三角波发生电路四、锯齿波发生电路一、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。通过什么电路可将矩形波变为其它几种波形？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：因为输出只有高电平和低电平两种情况，即两个暂态，故采用电压比较器。（2）反馈网络：因需自控，在输出为某一暂态时孕育翻转成另一暂态的条件，故应引入反馈。（3）延迟环节：要使两个暂态均维持一定的时间，故采用RC环节实现，从而决定振荡频率。2.电路组成Z211TURRRU正向充电：uO（+UZ）→R→C→地反向充电：地→C→R→uO（－UZ）RC回路ZU滞回比较器ZU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↑→uP↑→uO↑↑，直至uO＝UZ，uP＝+UT，为第一暂态。3.工作原理：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，uP＝－UT，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+UZ，uP＝+UT，电路返回第一暂态。第一暂态：uO＝UZ，uP＝+UT。求出、终了值、时间常数，根据三要素，即起始值)21ln(2213RRCRT%50kTTq占空比脉冲宽度4波形分析5.占空比可调电路为了占空比调节范围大，R3应如何取值？正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。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。两个RC环节实际电路将两个RC环节合二为一ZU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=－UOL=UZ，uI作用于集成运放的同相输入端，求UT：)()(11O12O13OtuttuCRu代入，求出，将令ZO1N1P1O212O1211P10UuuuuRRRuRRRuZ21TURRU)()(11O12O13OtuttuCRu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。O212O1211P1uRRRuRRRu电路状态翻转时，uP1=?三角波发生电路的振荡原理3.波形分析)(21TZ3TUTUCRU2314RCRRT如何调整三角波的幅值和频率？怎样修改可获得锯齿波？“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？T/2四、锯齿波发生电路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？≈T3.R3短路时的波形？§6.3正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成二、RC正弦波振荡电路三、LC正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成1.正弦波振荡的条件在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：o'ioXXX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。。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。1.正弦波振荡的条件π211FAnFAFA一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即ooXFAX幅值平衡条件相位平衡条件1FA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。2.起振与稳幅1FA电路如何从起振到稳幅？)(ifXXoXooXFAAFAF稳定的振幅非线性环节的必要性！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f＝f0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。iU极性？5.分类常用选频网络所用元件分类。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1)RC正弦波振荡电路：1兆赫以下二、RC正弦波振荡电路1.RC串并联选频网络低频段高频段9000Ff，，Uf900Ff，，UfUo.Uf.I.Uo.Uf.I.在频率从0～∞中必有一个频率f0，φF＝0º。CRCRCRUUFj1j1j1of∥＋∥)1(j31RCRCFRC串并联选频网络的频率响应当f=f0时，不但φ=0，且最大，为1/3。F)(j31π21000ffffFRCf，则令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幅值条件输入电阻小、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3.RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）用同相比例运算电路作放大电路。因同相比例运算电路有非常好的线性度，故R或Rf用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。文氏桥振荡器的特点？1f2RR以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入电压串联负反馈，两个网络构成桥路，一对顶点作为输出电压，一对顶点作为放大电路的净输入电压，就构成文氏桥振荡器。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。同轴电位器讨论一：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路三、LC正弦波振荡电路LCfCLRQπ2110，理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。LCfπ210谐振频率为在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗在f＝f0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？1.LC并联网络的选频特性构成正弦波振荡电路最简单的做法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。放大电路反馈网络Uo共射电路φA=-π2.变压器反馈式电路)(0iffUfU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)是否存在四个组成部分2)放大电路是否能正常工作3)是否满足相位条件4)是否可能满足幅值条件为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。如何组成？必须有合适的同铭端！为什么用分立元件放大电路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？)(0iffUfU必要吗