第8章波形的发生和信号的转换(1)电子

8-1-1模拟电子技术基础河北科技大学信息学院基础部第二十二次课8-1-28.1正弦波振荡电路8.2电压比较器第8章波形的发生和信号的转换8-1-3内容提要第8章波形的发生和信号的转换本章主要介绍正弦波振荡电路的组成和工作原理（RC、LC），并能够利用相位平衡条件正确判断电路是否能够产生正弦波振荡；掌握电压比较器的组成、工作原理及阈值电压的计算方法。8-1-4在电子电路中，我们常常需要各种各样的波形信号作为测试信号或控制信号等，产生各种信号的电路为振荡电路。振荡电路：在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自身振荡而产生输出信号的电路为振荡电路。如果产生的信号为正弦信号，则电路为正弦波振荡电路。如果产生的信号为脉冲信号，则电路为脉冲波振荡电路。产生的信号不同，对应的振荡电路也不同。第8章波形的发生和信号的转换8-1-5正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。8.1.1概述一、产生正弦波振荡的条件8.1正弦波振荡电路Uo=AUi作为放大电路当有Ui时，则有Uo=AUi。Uo经F后，产生Uf=FUo信号源Uf123Uo8-1-6如果Uf=Ui大小相等相位相同反馈回来的信号Uf可以取代Ui---电路引入正反馈。输入端的开关由1转换到2，2—3相连，此时电路不再有外加的输入信号，电路本身产生的信号就能保证输出端有Uo信号，这就形成了基本振荡电路。信号源Uf123Uo根据以上的推导:..ifUU...iofUFAUFU8-1-71FA..ifUU...iofUFAUFU产生正弦波振荡的平衡条件:1FA幅值平衡条件(n为整数)相位平衡条件nFA2FA要使为实数，相位条件必须满足nFA28-1-8为保证电路刚开始工作就可以产生Uo，电路刚刚开始工作时，需要一个初始信号（往往为电扰动或噪音等，如开关闭合产生，其中含有各种频率、不同幅值的正弦信号，而且一定会有一个频率信号满足相位条件，实际振荡电路中无初始信号），初始信号幅值往往比较小，如果希望信号能够达到足够大。1FA电路的起振条件。则要求增大使UoUUif..同时nFA2由于晶体管的非线性，当Uo达到一定程度以后，放大倍数A下降，最终使电路达到动态平衡，8-1-91FAnFA2电路的振荡条件8-1-10二、正弦波振荡电路的组成及分类P404正弦波振荡电路除满足以上振荡条件—包含放大电路、反馈网络（正反馈）以外，正弦波信号是具有一定频率、按正弦规律变化的信号，要想产生正弦波信号，电路中还要有选频网络。1、电路的组成8-1-11（1）放大电路：保证电路能够从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量。电路组成在很多实用电路中，常将选频网络和正反馈网络合二为一；对分立元件放大电路，不再加稳幅环节，依靠晶体管特性的非线性来起到稳幅作用。（2）选频网络：确定电路的振荡频率，保证电路产生正弦波振荡。（3）正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反馈信号。（4）稳幅环节：也就是非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。8-1-12振荡过程的建立ui1uo1uf1ui2uo2uf2ui3ufnuinuon8-1-13正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来命名分类RC正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路2、分类8-1-14三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤P404（1）观察电路的组成：是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。（2）判断放大电路的工作情况：①是否有合适的静态工作点；②动态信号是否能正常放大。8-1-15具体方法：从放大电路的输入端断开反馈，假定放大电路输入信号Ui并设瞬时极性，UiAFUf,确定Uf的极性。（3）利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件—判断反馈网络的反馈极性。如果Uf、Ui极性相同，则为正反馈，具备振荡条件。Uf、Ui极性相反，则为负反馈，不具备振荡条件。8-1-16（4）判断电路是否满足幅值条件，即是否满足起振条件：在相位条件满足的情况下，求解电路中的A、F。如果电路可以振荡。1FA1FA电路不可以振荡。一般情况，只要满足相位条件，较易实现。1FA8-1-178.1.2RC正弦波振荡电路一、RC串并联选频网络低频等效电路高频等效电路高通电路低通电路IOUfUOUIfU8-1-18RCf21031F当f=f0时oF0反馈系数的幅值最大，并且输出和输入无相位差。8-1-19二、RC桥式正弦波振荡电路311RRAf12RRf1、电路组成2、相位平衡条件：放大电路为同相比例运算电路：0A反馈网络为RC串并联式选频网络：0F0FA满足相位平衡条件3、起振条件1FA3A8-1-20稳幅环节4、振荡频率RCf210？使用同相比例运算电路的理由8-1-21振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路P408--409因为RCf210fo可调，只有改变R或C，如图。R可以用Rw变位器代替—常用于细调。C采用分档电容—常用于粗调。实现fo的调整8-1-22例1：判断电路是否满足振荡的相位条件++oF0oA0nFA2(n为整数)++输入端输出端正反馈8-1-23例2：判断电路是否满足振荡的相位条件++oF0oA180nFA2(n为整数)–输入端输出端8-1-24RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+++––RC网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，参数合适则可产生振荡。例3：判断电路是否满足振荡的相位条件并计算RF。8-1-25RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+++––例3：判断电路是否满足振荡的相位条件并计算RF。311EfRRA12EfRR8-1-268.1.3LC正弦波振荡电路一、LC谐振回路1、LC选频网络当信号频率较高时，通常选用LC正弦波振荡电路，即选频网络为LC电路—LC并联网络。8-1-27一、LC谐振回路的频率特性存在f0使网络呈纯阻性网络电抗的频率特性：8-1-28LCfQ2110时RLQ（品质因数）提示：由右图可知：当f=f0时：整个网络呈纯阻性，并且网络的阻抗值达到最大。并且其输入电流远小于回路环流。8-1-29选频放大电路beurZA当f=f0时，电路的放大倍数最大，如果电路引入正反馈，并能用反馈电压取代输入信号。则电路就构成了正弦波振荡电路。且无附加相移。8-1-30根据引入反馈方式不同，LC正弦波振荡电路分为：变压器反馈式振荡电路L反馈式振荡电路C反馈式振荡电路三种电路方式8-1-31二、变压器反馈式振荡电路利用变压器将Uf引回到输入端。变压器同名端、异名端的概念：利用瞬时极性法判断变压器—两端极性相同为同名端（用相同的符号表示出来）；两端极性相反为异名端。8-1-32变压器线圈同名端和异名端的相位关系8-1-33异名端交流接地，输出和输入相位相反+–+–同名端交流接地，输出和输入相位相同+–+–同名端,输出和输入极性、相位相同异名端,输出和输入极性、相位相反8-1-34下面具体分析变压器反馈式振荡电路（如图所示）1、观察电路组成：存在①放大电路、②选频网络、③正反馈网络、④以及用晶体管的非线性实现稳幅四个组成部分。共射放大电路LC并联网络变压器反馈8-1-352、判断电路能否正常工作：静态工作点合适交流信号正常放大放大电路正常工作8-1-363、利用瞬时极性法判断电路是否满足相位平衡条件：（1）断开反馈与输入端的连接。（2）加ui,设上+下-，得到N1上+下-,得到N2上+下-,得到uf的极性。uf与ui相位相同，引入正反馈，满足相位平衡条件。+–++ui-8-1-37优点:变压器反馈式振荡电路易于产生振荡,输出电压的波形失真小,应用范围广泛。4、存在稳幅环节：利用晶体管的非线性实现稳幅。另外幅值条件：当电路参数选择合适时，此条件极易满足。缺点：变压器原、付边线圈耦合不紧密，即输出电压与反馈电压耦合不紧密，损耗较大，振荡频率的稳定性不高。