模电第八章演示文稿_278102168

清华大学王宏宝[e-mail]清华大学王宏宝[e-mail]8.1正弦波振荡电路8.1.1概述一、产生正弦波振荡的条件图8.1.2即清华大学王宏宝[e-mail]二、正弦波振荡电路的组成及分类1、组成（1）放大电路（2）选频网络（3）正反馈网络（4）稳幅环节2、分类（1）RC正弦波振荡电路(f0＜1MHz)（2）LC正弦波振荡电路(f0＞1MHz)（3）石英晶体正弦波振荡电路(f0很稳定)清华大学王宏宝[e-mail]三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤1、观察电路是否包含了四个基本组成部分；2、判断放大电路能否正常工作，即是否有合适的静态工作点且动态信号能否输入、输出和放大；3、用瞬时极性法判断是否满足正弦波振荡的相位条件。瞬时极性法断开反馈，在断开处加频率f0的输入电压，并给定其瞬时极性；然后以此为依据分析输出电压的极性，从而得到反馈电压的极性，若它和假设输入电压极性相同，则满足相位平衡条件，有可能产生正弦波振荡。图8.1.3清华大学王宏宝[e-mail]4、判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件，即是否满足起振条件。即分别求解和，然后判断是否大于1。只有在满足相位平衡的情况下，判断是否满足幅值条件才有意义。8.1.2RC正弦波振荡电路一、RC串并联选频网络图8.1.4清华大学王宏宝[e-mail]图8.1.5令，则清华大学王宏宝[e-mail]幅频特性为相频特性为当f=f0时，，即，φF=0o。清华大学王宏宝[e-mail]二、桥式正弦波振荡电路图8.1.6f=f0时，，所以图8.1.7在图8.1.7中采用非线性环节，例如热敏电阻以稳定输出电压。清华大学王宏宝[e-mail]三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路图8.1.9清华大学王宏宝[e-mail]8.1.3LC正弦波振荡电路一、LC谐振回路的频率特性图8.1.11图8.1.10谐振频率清华大学王宏宝[e-mail]选频放大器图8.1.12选频放大器引入正反馈图8.1.13清华大学王宏宝[e-mail]二、变压器反馈式振荡电路图8.1.14图8.1.15清华大学王宏宝[e-mail]三、电感反馈式正弦波振荡电路图8.1.17图8.1.18清华大学王宏宝[e-mail]四、电容反馈式正弦波振荡电路图8.1.20图8.1.21图8.1.22图8.1.23清华大学王宏宝[e-mail]8.1.4石英晶体正弦波振荡电路图8.1.27图8.1.28C0:静态电容，一般为几到几十皮法；L:等效机械振动惯性，一般为几毫亨到几十亨；C:晶体的弹性等效，一般为0.01到0.1皮法；R:晶体的摩擦损耗等效，一般为100欧姆。清华大学王宏宝[e-mail]由于CC0，所以fp≈fs。当L、C、R支路串联谐振时，该支路呈纯阻性，串联谐振频率为fs，C0近似为开路，石英晶体等效为电阻；当f＜fs时，L、C、R串联支路呈容性，石英晶体等效为电容;当f＞fs时，L、C、R串联支路呈感性，和电容C0产生并联谐振，谐振频率为fp。当时f＞fp，石英晶体又呈容性。清华大学王宏宝[e-mail]二、石英晶体正弦波振荡电路1、并联型石英晶体正弦波振荡电路电路如图8.1.29所示，石英晶体等效为电感，和C1、C2组成电容反馈式正弦波振荡电路。振荡频率为fp。2、串联型石英晶体正弦波振荡电路电路如图8.1.30所示，石英晶体等效为电阻，振荡频率为fs。图8.1.30图8.1.29清华大学王宏宝[e-mail]8.2电压比较器8.2.1概述一、集成运放的非线性工作区二、电压比较器的电压传输特性uO=±UOM当uP＞uN时，uO=＋UOM；当uP＜uN时，uO=－UOM。输出电压uO与输入电压uI的函数关系uO=f(uI)一般用曲线来描述，称为电压传输特性。图8.2.1清华大学王宏宝[e-mail]电压比较器电压传输特性的三要素为：1、输出电压高电平和低电平值UOH和UOL；2、阈值电压值UT；阈值是指uO发生跃变时的uI值。3、当uI变化且经过UT时，uO跃变的方向，即是从UOH跃变为UOL，还是从UOL跃变为UOH。三、电压比较器的种类1、单限比较器只有一个阈值电压，当输入电压uI逐渐增大或减小的过程中经过UT时，输出电压uO产生一次跃变。如图8.2.2(a)所示。图8.2.2清华大学王宏宝[e-mail]2、滞回比较器有两个阈值电压。输入电压从小到大经过一个阈值时，输出电压产生一次跃变；输入电压从大到小经过另一个阈值时，输出电压产生又一次跃变；两次跃变方向相反。它相当于两个单限比较器的组合。如图8.2.2(b)所示。3、窗口比较器有两个阈值电压。输入电压从小到大或从大到小经过两个阈值时，输出电压产生两次不同方向的跃变。如图8.2.2(c)所示。电压传输特性上好象开了个窗口。清华大学王宏宝[e-mail]8.2.2单限比较器一、过零比较器图8.2.3图8.2.4图8.2.5图8.2.6清华大学王宏宝[e-mail]二、一般单限比较器图8.2.7令uN=uP=0，则求出阈值电压清华大学王宏宝[e-mail]8.2.3滞回比较器图8.2.9清华大学王宏宝[e-mail]图8.2.10是加了参考电压的滞回比较器。这时，两个阈值电压不再对称。图8.2.10清华大学王宏宝[e-mail]令uN=uP，求出的uI就是阈值电压，为例8.2.2在图6.2.9电路中，R1=50KΩ,R2=100KΩ,±UZ=±9V，已知uI波形，试画出uO的波形。图8.2.11清华大学王宏宝[e-mail]例8.2.3设计一个电压比较器，使其具有如图8.2.12（a）所示的电压传输特性。要求电阻在20～100KΩ之间。解：图8.2.12清华大学王宏宝[e-mail]若R1取为25KΩ，则R2应取为50KΩ；或各取为50KΩ和100KΩ。8.2.4窗口比较器图8.2.13清华大学王宏宝[e-mail]8.2.5集成电压比较器一、集成电压比较器的特点和分类1、特点响应速度快，传输延迟时间短，一般不需要外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等数字电路；有些芯片带负载能力强，可直接驱动继电器和指示灯。2、分类单、双和四电压比较器；通用、高速、低功耗、低电压和高精度型;普通输出、集电极（漏极）开路输出或互补输出型。此外，还有的集成电压比较器带有选通端。清华大学王宏宝[e-mail]二、集成电压比较器的基本接法1、通用型集成电压比较器AD790图8.2.14清华大学王宏宝[e-mail]2、集电极开路集成电压比较器LM119图8.2.15图8.2.16清华大学王宏宝[e-mail]8.3非正弦波发生电路图8.3.18.3.1矩形波发生电路一、电路组成和工作原理清华大学王宏宝[e-mail]图8.3.2图8.3.3滞回电压比较器相当于电子开关，它的开、关状态对应为输出电压+UZ和-UZ。RC回路作为延迟环节，又作为反馈网络。通过RC回路的充、放电，实现电子开关的状态转换。清华大学王宏宝[e-mail]二、波形分析及主要参数图8.3.4清华大学王宏宝[e-mail]三、占空比可调的矩形波发生电路图8.3.5清华大学王宏宝[e-mail]8.3.2三角波发生电路一、电路的组成图8.3.6将方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到三角波电压。清华大学王宏宝[e-mail]图8.3.7二、实用三角波发生电路工作原理在实用电路中，常以积分运算电路来代替RC充、放电回路，如图8.3.7所示，用同相滞回比较器加反相积分电路。对于这个实用电路，应首先分析各自的输入、输出函数关系，再分析两电路之间的联系，在此基础上得出电路的功能。清华大学王宏宝[e-mail]令uP1=uN1，则阈值电压输出电压表达式为若初态时uO1正好跃变为+UZ，则清华大学王宏宝[e-mail]这时，积分电路反向积分，uO随时间增长而线性下降。据图8.3.8所示电压传输特性，一旦uO=－UT，再稍减小，uO1将从+UZ跃变为－UZ。则这时，积分电路正向积分，uO随时间增长而线性增大。据图8.3.8所示电压传输特性，一旦uO=＋UT，再稍增大，uO1将从－UZ跃变为＋UZ。回到初态，积分电路又开始反向积分。电路重复上述过程，产生自激振荡。波形如图8.3.9所示。清华大学王宏宝[e-mail]图8.3.8图8.3.9三、振荡频率正向积分的起始值为－UT，终了值为+UT，积分时间为T／2，则清华大学王宏宝[e-mail]8.3.3锯齿波发生电路图8.3.10设电位器滑动端移到最上端，当uO1=+UZ时，uO随时间线性下降，输出电压当uO1=－Uz时，uO随时间线性上升，输出电压清华大学王宏宝[e-mail]清华大学王宏宝[e-mail]8.3.4波形变换电路一、三角波变锯齿波电路图8.3.11当三角波上升时，锯齿波与之相等当三角波下降时，锯齿波与之相反清华大学王宏宝[e-mail]图8.3.12若开关断开，则若开关闭合，则uO=-uI清华大学王宏宝[e-mail]二、三角波变正弦波电路1、滤波法图8.3.14设计低通滤波器，其通带截止频率大于三角波的基波频率而小于三角波的三次谐波频率。清华大学王宏宝[e-mail]2、折线法图8.3.15图8.3.17图8.3.16