模電閻石第五版第八章波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換.ppt

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第八章波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換 8 1正弦波振蕩電路8 2電壓比較器8 3非正弦波發(fā)生電路8 4利用集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 在模擬電子電路中 常常需要各種波形的信號(hào) 如正弦波 矩形波 三角波和鋸齒波等 作為測(cè)試信號(hào)或控制信號(hào)等 為了使所采集的信號(hào)能夠用于測(cè)量 控制 驅(qū)動(dòng)負(fù)載或送入計(jì)算機(jī) 常常要將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換 本章將講述有關(guān)波形發(fā)生和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的組成原則 工作原理以及主要參數(shù) 第八章波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換 8 1正弦波振蕩電路 一 正弦波振蕩的條件和電路的組成 二 RC正弦波振蕩電路 三 LC正弦波振蕩電路 四 石英晶體正弦波振蕩電路 8 1正弦波振蕩電路 8 1 1概述 正弦波振蕩電路 在沒(méi)有外加輸入信號(hào)的情況下 依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路 放大電路中引入負(fù)反饋 可以使電路的許多性能得到改善 并且反饋深度越深 改善效果越好 但是對(duì)于多級(jí)放大電路而言 反饋深度過(guò)深 即使放大電路的輸入信號(hào)為零 輸出端也會(huì)出現(xiàn)具有一定頻率和幅值的輸出信號(hào) 這種現(xiàn)象稱為放大電路的自激振蕩 它使放大電路不能正常工作 失去了電路的穩(wěn)定性 8 1 1概述 一 負(fù)反饋放大電路的自激振蕩 知識(shí)回顧 負(fù)反饋放大電路閉環(huán)放大倍數(shù)為 在中頻時(shí) 所以負(fù)反饋?zhàn)饔媚苷５伢w現(xiàn)出來(lái) 不產(chǎn)生自激振蕩 在低頻段 因?yàn)轳詈想娙?旁路電容的存在 產(chǎn)生超前相移 在高頻段 因?yàn)闃O間電容的存在 將產(chǎn)生滯后相移 8 1 1概述 一 負(fù)反饋放大電路的自激振蕩 知識(shí)回顧 負(fù)反饋放大電路閉環(huán)放大倍數(shù)為 在低頻段或高頻段 若存在一個(gè)頻率f0 且當(dāng)f f0時(shí)附加相移為 則 電路變成了正反饋 當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí) 存在信號(hào)輸出 XO和Xf互相維持 產(chǎn)生了自激振蕩 8 1 1概述 自激振蕩的條件 知識(shí)回顧 電路產(chǎn)生自激振蕩時(shí) 幅值平衡條件 相位平衡條件 由于電路通電后輸出量有一個(gè)從小到大的過(guò)程 故起振條件為 當(dāng)振蕩幅度不斷增大時(shí) 放大器的限幅作用開(kāi)始體現(xiàn) 此時(shí)放大器的輸出幅度將維持一定的幅度不變 從而使得振蕩器 二 產(chǎn)生正弦波振蕩的條件 正弦波振蕩電路也可理解為 通過(guò)自激振蕩產(chǎn)生單一頻率的正弦信號(hào)的電路 也是一個(gè)沒(méi)有輸入信號(hào)的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大電路 分析舉例 帶通濾波器變換成正弦波振蕩電路 負(fù)反饋 正反饋 二 產(chǎn)生正弦波振蕩的條件 當(dāng)R4減小時(shí) 比例系數(shù) 品質(zhì)因數(shù) 通帶放大倍數(shù)均增大 通頻帶變窄 當(dāng)比例系數(shù)接近3時(shí) 通帶放大倍數(shù)趨向無(wú)窮大 帶通濾波器在參數(shù)取值合適時(shí)可變?yōu)檎也ㄕ袷庪娐?靠R3反饋回來(lái)的信號(hào)取代輸入信號(hào) 產(chǎn)生頻率為f0的正弦輸出電壓 振蕩頻率可以人為確定 二 產(chǎn)生正弦波振蕩的條件 圖8 1 2正弦波振蕩電路的方框圖 圖中A為放大環(huán)節(jié) F為反饋環(huán)節(jié) 反饋極性為正 當(dāng)Xi為零時(shí) Xf Xi 有如下過(guò)程 XO Xf Xi XO 在正反饋過(guò)程中 輸出XO不斷增加 由于晶體管的非線性 當(dāng)輸出達(dá)到一定的值時(shí) 終會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 二 產(chǎn)生正弦波振蕩的條件 正弦波振蕩的平衡條件 電路達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí) 幅值平衡條件 相位平衡條件 為使輸出量有一個(gè)從小到大直至平衡的過(guò)程 電路的起振條件為 電路把除了f0以外的輸出量均逐漸衰減為零 故輸出為f f0的正弦波 產(chǎn)生正弦波振蕩的條件 1 電路必須引入正反饋 反饋信號(hào)能夠取代輸入信號(hào) 2 電路必須有外加的選頻網(wǎng)絡(luò) 用以確定振蕩頻率 與負(fù)反饋放大電路中的自激振蕩不同 正弦波振蕩電路的振蕩頻率是人為確定的 三 正弦波振蕩電路的組成及分類 正弦波振蕩電路由四部分組成 通常將正反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò) 合二為一 在分立元件放大電路中 不另加穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 而依靠晶體管的非線性來(lái)穩(wěn)幅 放大電路 放大作用選頻網(wǎng)絡(luò) 使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩 確定電路的振蕩頻率 正反饋網(wǎng)絡(luò) 引入正反饋 使放大電路的Xf Xi 穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 使輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定 三 正弦波振蕩電路的組成及分類 正弦波振蕩電路分類 RC振蕩電路LC振蕩電路石英晶體振蕩電路 RC振蕩器振蕩頻率一般在1M赫茲以下 LC振蕩器振蕩頻率一般在1M赫茲以上 石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率非常穩(wěn)定 四 判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟 1 是否存在主要組成部分 2 放大電路能否正常工作 即是否有合適的Q點(diǎn) 信號(hào)是否可能正常傳遞 沒(méi)有被短路或斷路 3 是否滿足相位條件 即是否存在f0 是否可能振蕩 4 是否滿足幅值條件 即是否一定振蕩 8 1 2RC正弦波振蕩電路 一 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 電路組成 將電阻R和電容C串 并聯(lián)所組成的網(wǎng)絡(luò)稱為RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 同時(shí)兼作正反饋網(wǎng)絡(luò) 其輸入電壓為UO 輸出電壓為Uf 一 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 在頻率從0 中必有一個(gè)頻率f0 F 0 Uf與Uo同相 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng) 一 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 二 RC橋式正弦波振蕩電路 1 電路組成 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 只要為RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)匹配一個(gè)電壓放大倍數(shù)等于3的放大電路就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路 圖8 1 6利用RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正弦波振蕩電路的方框圖 二 RC橋式正弦波振蕩電路 1 是否可用共射放大電路 2 是否可用共集放大電路 3 是否可用共基放大電路 4 是否可用兩級(jí)共射放大電路 放大電路的選擇 不滿足相位條件 不滿足幅值條件 輸入電阻小 輸出電阻大 影響選頻特性 可引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋 使電壓放大倍數(shù)大于3 且Ri大 Ro小 對(duì)選頻特性影響小 應(yīng)為RC串并聯(lián)網(wǎng)路配一個(gè)Au略大于3 Ri Ro 0的放大電路 二 RC橋式正弦波振蕩電路 文氏橋振蕩器 1 電路組成 以RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò) 并引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋 兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成橋路 一對(duì)頂點(diǎn)作為輸出電壓 一對(duì)頂點(diǎn)作為放大電路的凈輸入電壓 構(gòu)成橋路 二 RC橋式正弦波振蕩電路 2 相位平衡條件 放大電路為同相比例運(yùn)算電路 反饋網(wǎng)絡(luò)為RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 滿足相位平衡條件 3 起振條件 二 RC橋式正弦波振蕩電路 4 穩(wěn)幅措施 利用元件的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅 穩(wěn)定輸出電壓的幅值 將Rf或R1換成熱敏電阻 用二極管穩(wěn)幅 起振時(shí) R1 正溫度系數(shù)的熱敏電阻Rf 負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 圖8 1 8利用二極管作為非線性環(huán)節(jié) 4 穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 利用元件的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅 穩(wěn)定輸出電壓的幅值 將Rf或R1換成熱敏電阻 用二極管穩(wěn)幅 利用電流增大時(shí)D動(dòng)態(tài)電阻減小 電流減小時(shí)D動(dòng)態(tài)電阻增大的特點(diǎn) 二 RC橋式正弦波振蕩電路 圖8 1 9振蕩頻率連續(xù)可調(diào)的RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 三 振蕩頻率可調(diào)的RC橋式正弦波振蕩電路 改變R或C的數(shù)值均可調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率f0 RC正弦波振蕩電路適合頻率較低的情況 當(dāng)振蕩頻率較高時(shí)應(yīng)選用LC振蕩電路 用同軸電位器作振蕩頻率細(xì)調(diào) 用雙層波段開(kāi)關(guān)接電容用于振蕩頻率粗調(diào) 例8 1 1 如下圖 已知電容的取值分別為0 01 F 0 1 F 1 F 10 F 電阻R 50 電位器RW 10k 試問(wèn) f0的調(diào)節(jié)范圍 圖8 1 9振蕩頻率連續(xù)可調(diào)的RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 解 8 1 3LC正弦波振蕩電路 LC正弦波振蕩電路與RC正弦波振蕩電路的組成原則在本質(zhì)上是相同的 選頻電路由電感和電容構(gòu)成 產(chǎn)生高頻振蕩 1MHZ以上 放大電路一般用分立元件組成 8 1 3LC正弦波振蕩電路 一 LC諧振回路的頻率特性 中間存在一個(gè)f0 使網(wǎng)絡(luò)呈純阻性 此時(shí)電路阻抗最大 理想情況為無(wú)窮大 這時(shí)電路產(chǎn)生電流諧振 電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)換 圖8 1 10 a LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)理想情況下的網(wǎng)絡(luò) 一 LC諧振回路的頻率特性 圖8 1 10 b LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)考慮電路損耗時(shí)的網(wǎng)絡(luò) Q越大 選頻特性越好 一 LC諧振回路的頻率特性 圖8 1 10 b LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)考慮電路損耗時(shí)的網(wǎng)絡(luò) 并聯(lián)諧振時(shí)回路電流比總電流大的多 外界對(duì)諧振回路的影響可以忽略 一 LC諧振回路的頻率特性 品質(zhì)因數(shù)Q的大小標(biāo)志著諧振質(zhì)量的優(yōu)劣 Q越大 損耗越小 曲線越陡 選頻特性越好 圖8 1 11LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)電抗的頻率特性 圖8 1 12選頻放大電路 一 LC諧振回路的頻率特性 若在電路中引入正反饋 并能用反饋電壓取代輸入電壓 則電路就成為正弦波振蕩電路 當(dāng)f fo時(shí) 電壓放大倍數(shù)最大 且無(wú)附加相移 具有選頻特性 二 變壓器反饋式振蕩電路 引入正反饋?zhàn)詈?jiǎn)單的方法是采用變壓器反饋方式 用反饋電壓取代輸入電壓 得到變壓器反饋式振蕩電路 1 工作原理 圖8 1 13在選頻放大電路中引正反饋 圖8 1 14變壓器反饋式振蕩電路 二 變壓器反饋式振蕩電路 1 工作原理 圖8 1 14變壓器反饋式振蕩電路 分析電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的步驟 1 是否存在四個(gè)組成部分 2 放大電路是否能正常工作 3 是否滿足相位條件 瞬時(shí)極性法 4 是否可能滿足幅值條件 圖8 1 15交流通路 為什么用分立元件放大電路 C1的作用 二 變壓器反饋式振蕩電路 2 振蕩頻率及起振條件 圖8 1 15交流通路 圖8 1 16交流等效電路 起振條件 振蕩頻率 特點(diǎn) 易振 波形較好 輸出電壓與反饋電壓靠磁路耦合 耦合不緊密 損耗大 振蕩頻率穩(wěn)定性不高 三 電感反饋式振蕩電路 1 電路組成及工作原理 圖8 1 17電感反饋式振蕩電路 將N1和N2合并為一個(gè)線圈 將電容C跨接在整個(gè)線圈的兩端 便得到電感反饋式振蕩電路 分析電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的步驟 1 是否存在四個(gè)組成部分 2 放大電路是否能正常工作 3 是否滿足相位條件 瞬時(shí)極性法 4 是否可能滿足幅值條件 三 電感反饋式振蕩電路 圖8 1 18交流通路 圖8 1 19斷開(kāi)反饋且?guī)лd情況下交流等效電路 電感的三個(gè)抽頭分別接晶體管的三個(gè)極 故稱之為電感三點(diǎn)式電路 2 振蕩頻率及起振條件 特點(diǎn) 耦合緊密 易振 振幅大 C用可調(diào)電容可獲得較寬范圍的振蕩頻率 波形較差 常含有高次諧波 四 電容反饋式振蕩電路 1 電路組成 圖8 1 20電容反饋式振蕩電路 將電感反饋式振蕩電路中的電容換成電感電感換成電容并在置換后將兩個(gè)電容的公共端接地且增加集電極電阻RC可得到電容反饋式振蕩電路 因?yàn)閮蓚€(gè)電容的三個(gè)端分別接晶體管的三個(gè)極 故也稱之為電容三點(diǎn)式電路 圖8 1 20電容反饋式振蕩電路 2 工作原理及振蕩頻率 四 電容反饋式振蕩電路 正弦波振蕩的判斷方法 1 是否存在四個(gè)組成部分 2 放大電路是否能正常工作 3 是否滿足相位條件 瞬時(shí)極性法 4 是否可能滿足幅值條件 若要振蕩頻率高 則L C1 C2的取值就要小 當(dāng)電容減小到一定程度時(shí) 晶體管的極間電容將并聯(lián)在C1和C2上 影響振蕩頻率 特點(diǎn) 波形好 振蕩頻率調(diào)整范圍小 適于頻率固定的場(chǎng)合 四 電容反饋式振蕩電路 3 穩(wěn)定振蕩頻率的措施 圖8 1 22電容反饋式振蕩電路的改進(jìn) 與放大電路參數(shù)無(wú)關(guān) 具體方法 在電感所在支路串聯(lián)一個(gè)小容量電容C 解 放大電路為共基放大電路 斷開(kāi)反饋 給放大電路加頻率為f f0的Ui 極性為上 下 集電極動(dòng)態(tài)電位為 選頻網(wǎng)絡(luò)的電壓極性為上 下 從變壓器副邊獲得的反饋電壓應(yīng)為上 下 才滿足正弦波振蕩的相位條件 例8 1 2 改正下圖電路中的錯(cuò)誤 使之有可能產(chǎn)生正弦波振蕩 要求不能改變放大電路的基本接法 解 Ce為旁路電容 對(duì)交流視為短路 應(yīng)加RC C1 C2和L構(gòu)成LC并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò) C2上的電壓為輸出電壓 C1上的電壓為反饋電壓 因此 電路為電容反饋式振蕩電路 圖8 1 20電容反饋式振蕩電路 電感L造成放大電路的Q點(diǎn)不合適 故應(yīng)在選頻網(wǎng)絡(luò)與放大電路輸入端之間加耦合電容 例8 1 2 改正下圖電路中的錯(cuò)誤 使之有可能產(chǎn)生正弦波振蕩 要求不能改變放大電路的基本接法 圖8 1 26改正的電路 8 1 4石英晶體正弦波振蕩電路 石英晶體諧振器 簡(jiǎn)稱石英晶體 具有非常穩(wěn)定的固有頻率 一 石英晶體的特點(diǎn) 壓電效應(yīng) 在石英晶片的兩極加一電場(chǎng) 晶片將產(chǎn)生機(jī)械變形 若在晶片上施加機(jī)械壓力 在晶片相應(yīng)的方向上會(huì)產(chǎn)生一定的電場(chǎng) 壓電振蕩 當(dāng)晶體加交變電壓頻率為一固有頻率時(shí) 振幅最大 產(chǎn)生共振 1 壓電效應(yīng)和壓電振蕩 SiO2結(jié)晶體按一定方向切割的晶片 固有頻率只決定于其幾何尺寸 故非常穩(wěn)定 圖8 1 28石英晶體的等效電路及其頻率特性 8 1 4石英晶體正弦波振蕩電路 一 石英晶體的特點(diǎn) 感性 靜電電容 平行板電容 晶體機(jī)械振動(dòng)慣性 晶體彈性 機(jī)械摩擦損耗 二 石英晶體正弦波振蕩電路 圖8 1 29并聯(lián)型石英晶體振蕩電路 晶體工作在諧振頻率fP和fS之間 石英晶體呈電感性 作為振蕩器回路的一個(gè)電感與電路的其他元件組成三點(diǎn)式振蕩器 圖8 1 30串聯(lián)型石英晶體振蕩電路 二 石英晶體正弦波振蕩電路 利用f fS時(shí)石英晶體呈純阻性 相移為零的特性構(gòu)成正弦波振蕩器 共基放大電路 共射放大電路 小結(jié) 概念 平衡條件 組合部分 正弦波振蕩電路的判斷方法 8 2電壓比較器 概述 1 單限比較器 2 滯回比較器 3 窗口比較器 4 8 2 1概述 1 電壓比較器的功能 比較電壓的大小 輸入電壓是模擬信號(hào) 輸出電壓表示比較的結(jié)果 只有高電平和低電平兩種情況 為二值信號(hào) 使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓稱為閾值電壓 轉(zhuǎn)折電壓 門(mén)限電壓 用UT表示 廣泛用于各種報(bào)警電路 2 電壓比較器的描述方法 電壓傳輸特性u(píng)O f uI 電壓傳輸特性的三個(gè)要素 1 輸出高電平UOH和輸出低電平UOL 2 閾值電壓UT 3 輸入電壓過(guò)閾值電壓時(shí)輸出電壓躍變的方向 3 幾種常用的電壓比較器 1 單限比較器 只有一個(gè)閾值電壓 3 窗口比較器 有兩個(gè)閾值電壓 輸入電壓?jiǎn)握{(diào)變化時(shí)輸出電壓躍變兩次 2 滯回比較器 具有滯回特性輸入電壓的變化方向不同 閾值電壓也不同 但輸入電壓?jiǎn)握{(diào)變化使輸出電壓只躍變一次 回差電壓 4 集成運(yùn)放的非線性工作區(qū) 電路特征 集成運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)或僅引入正反饋 理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn) 1 凈輸入電流為0 2 uP uN時(shí) uO UOMuP uN時(shí) uO UOM 無(wú)源網(wǎng)絡(luò) 5 教學(xué)基本要求 1 電路的識(shí)別及選用 2 電壓傳輸特性的分析 8 2 2單限比較器 1 閾值電壓UT 0 2 UOH UOM UOL UOM 3 uI 0時(shí)uO UOM uI 0時(shí)uO UOM 一 過(guò)零比較器 反相輸入過(guò)零比較器 為限制集成運(yùn)放差模輸入電壓 保護(hù)輸入極 加二極管限幅電路 1 輸入限幅電路 圖8 2 4電壓比較器輸入級(jí)保護(hù)電路 二極管限幅電路使凈輸入電壓最大值為 UD 一 過(guò)零比較器 為滿足負(fù)載的需要 通常在輸出端加入穩(wěn)壓管限幅電路 以得到合適的UOL和UOH 2 輸出限幅電路 不可缺少 UI0時(shí) UOL UZ2 UD1 DZ是兩只特性相同的穩(wěn)壓管反向串聯(lián) UOH UZUOL UZ 一 過(guò)零比較器 限幅電路的穩(wěn)壓管可直接跨接在輸出端和反相輸入端之間 3 穩(wěn)壓管接在反饋通路中 DZ構(gòu)成負(fù)反饋通路 集成運(yùn)放工作在線性區(qū) uO UZ 優(yōu)點(diǎn) 1 集成運(yùn)放凈輸入量為0 保護(hù)輸入端 2 工作在線性區(qū) 加速集成運(yùn)放狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 一 過(guò)零比較器 二 一般單限比較器 輸入端外加參考電壓UREF 由疊加原理 分析電壓傳輸特性三個(gè)要素的方法 由集成運(yùn)放輸出端的限幅電路來(lái)確定 輸出端不接DZ限幅時(shí) uo UOM輸出端接DZ時(shí) uo UZ 一 輸出電壓的幅值 寫(xiě)出uP uN的表達(dá)式 令uP uN 求解出的輸入電壓uI即閾值電壓UT 對(duì)過(guò)零比較器 UT 0 二 閾值電壓UT的數(shù)值 三 輸出電壓在uI經(jīng)過(guò)UT時(shí)的躍變方向 決定于uI作用于集成運(yùn)放的哪個(gè)輸入端 例8 2 1 在下圖電路中 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ 6V 輸入電壓為如下圖所示的三角波 試畫(huà)出輸出電壓 uO UZ 單限比較器靈敏度高 但抗干擾能力弱 練習(xí) 在下圖電路中 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ 5V R1 R2 5k 基準(zhǔn)電壓UREF 2V 輸入電壓為如下圖所示的三角波 試畫(huà)出輸出電壓 分析思路 求出閾值電壓 求出輸出電壓 uO UZ 5v 8 2 3滯回比較器 滯回比較器具有滯回特性 具有慣性 與單限比較器相比抗干擾能力較強(qiáng) 滯回比較器引入了正反饋 加快了輸出電壓的轉(zhuǎn)換速度 一 電路結(jié)構(gòu)及工作原理 二 工作原理及電壓傳輸特性 設(shè)uI UT 則uN uP uO UZ 增大uI 直至 UT 再增大 uO才從 UZ躍變?yōu)?UZ 設(shè)uI UT 則uN uP uO UZ 減小uI 直至 UT 再減小 uO才從 UZ躍變?yōu)?UZ 電路有兩個(gè)閾值電壓 輸入電壓增加時(shí)使輸出電壓躍變的閾值電壓和輸入電壓減小時(shí)使輸出電壓躍變的閾值電壓大小不一致 1 若要電壓傳輸特性曲線左右移動(dòng) 則應(yīng)如何修改電路 思考 如何改變滯回比較器的電壓傳輸特性 2 若要電壓傳輸特性曲線上下移動(dòng) 則應(yīng)如何修改電路 3 若要改變輸入電壓過(guò)閾值電壓時(shí)輸出電壓的躍變方向 則應(yīng)如何修改電路 改變輸出限幅電路 例8 2 2 圖示電路的閾值電壓 UT 3V 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ 9V 輸入電壓波形如圖所示 試畫(huà)出輸出電壓的波形 解 先畫(huà)出電壓傳輸特性 抗干擾能力強(qiáng) 例8 2 3 設(shè)計(jì)一個(gè)電壓比較器 使其電壓傳輸特性如圖所示 要求所用電阻阻值在20K 100K 之間 解 如圖閾值電壓 UT 3V 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ 6V UREF 0 信號(hào)從同相輸入端輸入 電路如圖所示 取R1 25K 則R2 50K 取R1 50K 則R2 100K 8 2 4滯回比較器 圖8 2 13雙限比較器 R1 R2和DZ構(gòu)成限幅電路 一 電路結(jié)構(gòu)及工作原理 功能 窗口比較器可以比較出輸入電壓是否在兩個(gè)給定電壓之間 二 工作原理及電壓傳輸特性 當(dāng)uI URH時(shí) uO1 UOM uO2 UOM D1導(dǎo)通 D2截止 uO UZ 當(dāng)uI URL時(shí) uO2 UOM uO1 UOM D2導(dǎo)通 D1截止 uO UZ 當(dāng)URL uI URH時(shí) uO1 uO2 UOM D1 D2均截止 uO 0 電壓比較器的分析方法小結(jié) 1 輸出只有高低電平兩種情況 輸出端不接DZ時(shí) uo UOM 輸出端接DZ限幅時(shí) uo UZ 2 用電壓傳輸特性描述輸出與輸入電壓函數(shù)關(guān)系 3 電壓傳輸特性的三要素 1 輸出電壓的高低電平 取決于限幅電路 2 閾值電壓 令up uN 求出uI 即UT 3 輸出電壓的躍變方向 取決于同相輸入或反相輸入 uP uN時(shí) uo UOH uP uN時(shí) uo UOL 8 3非正弦波發(fā)生電路 矩形波發(fā)生電路 1 三角波發(fā)生電路 2 鋸齒波發(fā)生電路 3 8 3非正弦波發(fā)生電路 重點(diǎn)介紹前兩種 8 3 1矩形波發(fā)生電路 一 電路組成 矩形波發(fā)生電路是其他非正弦波發(fā)生電路的基礎(chǔ) 在矩形波發(fā)生電路的輸出端外加積分電路就能獲得三角波 如積分電路某一方向積分的時(shí)間常數(shù)趨于零 就可得到鋸齒波 輸出無(wú)穩(wěn)態(tài) 有兩個(gè)暫態(tài) 若輸出為高電平時(shí)定義為第一暫態(tài) 則輸出為低電平為第二暫態(tài) 1 開(kāi)關(guān)電路 因?yàn)檩敵鲋挥懈唠娖胶偷碗娖絻煞N情況 即兩個(gè)暫態(tài) 故采用電壓比較器 2 反饋網(wǎng)絡(luò) 因需產(chǎn)生振蕩 要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)的相互轉(zhuǎn)換 故應(yīng)引入反饋 3 延遲環(huán)節(jié) 要使兩個(gè)暫態(tài)均維持一定的時(shí)間 故采用RC環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn) 從而決定振蕩頻率 一 電路組成及工作原理 RC回路 滯回比較器 充電 uO UZ R C uN uO UZ 放電 C R uN uO UZ 二 波形分析及主要參數(shù) 圖8 3 2矩形波發(fā)生電路 圖8 3 4方波發(fā)生電路的波形圖 參數(shù)計(jì)算 對(duì)于RC電路充 放電時(shí)間 二 波形分析及主要參數(shù) 圖8 3 4方波發(fā)生電路的波形圖 三 占空比可調(diào)電路 電容充電和放電時(shí)間常數(shù)可調(diào) 占空比就可調(diào) 改變電位器的滑動(dòng)端可以改變占空比 但不能改變周期 8 3 2三角波發(fā)生電路 一 電路的組成 用方波發(fā)生電路的輸出作為積分運(yùn)算電路的輸入 在積分電路的輸出端就得到三角波電壓 實(shí)際電路將兩個(gè)RC環(huán)節(jié)合二為一 為什么采用同相輸入的滯回比較器 uO要取代uC 必須改變輸入端 集成運(yùn)放應(yīng)用電路的分析方法 化整為零 分塊 分析功能 每塊 統(tǒng)觀整體 性能估算 8 3 2三角波發(fā)生電路 一 電路的組成 8 3 2三角波發(fā)生電路 二 工作原理 滯回比較器的電壓傳輸特性的三要素 電壓幅值UOH UOL UZ閾值電壓UTuI作用于集成運(yùn)放的同相輸入端 求UT 電壓躍變方向 8 3 2三角波發(fā)生電路 二 工作原理 積分運(yùn)算電路 當(dāng)uo1 UZ時(shí) uo表達(dá)式 電容反向積分 輸出uo下降 一旦uo UT后 再稍減少 uo1將從 UZ變?yōu)?UZ uo表達(dá)式為 二 工作原理 電容正向積分 輸出uo增大 一旦輸出uo UT時(shí) 再稍增加 uo1將從 UZ躍變?yōu)?UZ 之后 電容反向積分 如此循環(huán) 產(chǎn)生自激振蕩 三 波形分析和振蕩頻率 參數(shù)計(jì)算 8 3 3鋸齒波發(fā)生電路 一 電路的組成 在三角波發(fā)生電路中 使積分電路正向積分常數(shù)遠(yuǎn)大于反向積分常數(shù) 或者相反 就可獲得鋸齒波電壓 R3的阻值遠(yuǎn)小于RW 二 工作原理 當(dāng)uO1 UZ時(shí) D1導(dǎo)通 D2截止 輸出電壓的表達(dá)式為 當(dāng)uO1 UZ時(shí) D2導(dǎo)通 D1截止 輸出電壓的表達(dá)式為 設(shè)二極管導(dǎo)通時(shí)的等效電阻可忽略不計(jì) 電位器的滑動(dòng)端移到最上端 三 參數(shù)計(jì)算 8 4利用集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 電壓 電流轉(zhuǎn)換電路 1 精密整流電路 2 電壓 頻率轉(zhuǎn)換電路 3 在控制系統(tǒng)中 為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)常需要將電壓轉(zhuǎn)換為電流 在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中為了數(shù)字化顯示等需要 又常需將電流轉(zhuǎn)換為電壓 8 4 1電壓 電流轉(zhuǎn)換電路 利用集成運(yùn)放接成電壓負(fù)反饋可獲得穩(wěn)定的輸出電壓 接成電流負(fù)反饋可獲得穩(wěn)定的輸出電流 即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換 由于電路中的負(fù)載沒(méi)有接地點(diǎn) 因而不適用于某些應(yīng)用場(chǎng)合 一 電壓 電流轉(zhuǎn)換電路 圖8 4 1實(shí)用的電壓 電流轉(zhuǎn)換電路 電路引入了負(fù)反饋A1 同相求和運(yùn)算電路A2 電壓跟隨器 二 電流 電壓轉(zhuǎn)換電路 圖8 4 2電流 電壓轉(zhuǎn)換電路 集成運(yùn)放引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋即可實(shí)現(xiàn)電流 電壓轉(zhuǎn)換 實(shí)際電路中 電流源內(nèi)阻RS比輸入電阻Rif大的越多 轉(zhuǎn)換精度越高 1 正弦波振蕩電路平衡條件 電路組成 類型 RC LC正弦波振蕩電路 正弦波振蕩的判斷方法 2 電壓比較器單限比較器 滯回比較器和窗口比較器 電壓傳輸特性三要素 幅值 閾值電壓和躍變方向 3 非正弦波發(fā)生電路 矩形波和三角波 幅值和振蕩周期 頻率的計(jì)算 4 電壓 電流轉(zhuǎn)換電路 本章小結(jié) 正弦波振蕩的判斷方法 1 是否存在四個(gè)組成部分 2 放大電路是否能正常工作 3 是否滿足相位條件 瞬時(shí)極性法 4 是否可能滿足幅值條件