模拟电子技术基础第八章.ppt

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1、一、理想运放在线性工作区,1.理想运放在线性工作区的特点,二、比例运算电路,1、反相 比例运算电路,2、同相 比例运算电路,(1)T形网络反相比例运算电路,(2)电压跟随器,1.反相求和运算电路,三、求和运算电路,2.同相求和运算电路,输入方波，输出三角波。,第八章 波形的发生和信号的转换,8.1 正弦波振荡电路 8.2 电压比较器8.3 非正弦波发生电路,8.1 正弦波振荡电路,8.1 正弦波振荡电路,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。,概述,一、产生正弦波振荡的条件,1.正弦波振荡的平衡条件,(n为整数),幅值平衡条件,相位平衡条件,(

2、正反馈),1.正弦波振荡的平衡条件,2.电路的起振,(n为整数),3.电路的选频,电路中存在选频网络，其作用是：只有一定频率的信号（满足振荡条件的信号）能得到幅度较大的稳定输出，而其它频率的信号都将逐渐减弱一直到消失，既保证电路获得单一频率的信号。,4.电路的稳幅环节,随着输出信号频率的增大，使 电路达到稳定振荡。,5.振荡过程的建立,二、正弦波振荡电路的组成,（1）放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。,（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。,（2）选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡，即保证电路产

3、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。,三、正弦波振荡电路的分类,正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来命名,四、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放大电路、选频网络、反馈网络和稳幅环节四个组成部分。,（2）判断放大电路能否正常工作。,（3）利用瞬时极性法或利用相位平衡条件判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件。,（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。,RC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,当f=f0时,反馈系数的幅值最大，并且输出和输入无相位

4、差。,二、RC桥式正弦波振荡电路,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：,反馈网络为RC串并联式选频网络：,满足相位平衡条件,3、起振条件,稳幅环节,4、振荡频率,？使用同相比例运算电路的理由,振荡频率连续可调的RC串并联选频网络,电子琴的振荡电路电路：,例1：判断电路是否满足振荡的相位条件,输入端,正反馈,例2：判断电路是否满足振荡的相位条件,输入端,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。,例2：判断电路是否满足振荡的相位条件并计算RF。,8.1.3 LC正弦波振荡电路,一、LC谐振回路的频率特

5、性,f较低时:网络呈容性,f较高时:网络呈感性,存在f0使网络呈纯阻性,网络电抗的频率特性：,（品质因数）,根据引入反馈的方式不同，LC正弦波振荡电路分为变压器反馈式、电感反馈式和电容反馈式三种电路。所用放大电路可以是共射电路，也可以是共基电路。,如右图所示选频放大电路，从中熟悉LC并联网络的选频作用。,当f=f0时，放大电路的放大倍数最大，且无附加相移。,二、变压器反馈式振荡电路,1、变压器线圈同名端和异名端的相位关系,若变压器原副边线圈通过两端相连，另外两端若为同名端则同相位，若为异名端则反相位。,若b和d相连，a和c为异名端则a和c反相位。,若b和d相连，a和c为同名端则a和c同相位。,

6、（1）振荡电路的组成部分：,放大电路,选频网络,反馈网络,（共射放大电路）,（LC并联网络）,（变压器反馈）,2、电路组成及其工作原理,（2）电路是否正常工作：,放大电路是否正常工作：,静态工作点合理。,交流信号顺畅传输。,判断是否满足相位平衡条件：,利用相位平衡条件,利用瞬时极性法,利用相位平衡条件：,放大电路为共射放大电路：,变压器反馈式，反馈端和输出端为异名端：,利用瞬时极性法：,满足相位平衡条件,正反馈,三、电感反馈式振荡电路,1、电感线圈各点的相位关系,若电感线圈的一端点接地（a或c），中间点(b)和另一端点(c或a)同相位；若中间点(b)接地，则两端点（a和c）反相位。,2、电路组

7、成及工作原理,（1）振荡电路的组成部分：,放大电路,选频网络,反馈网络,（共射放大电路）,（LC并联网络）,(电感反馈),（2）电路是否正常工作：,放大电路是否正常工作：,判断是否满足相位平衡条件：,？电容C1的作用,正反馈,三、电容反馈式振荡电路,1、电容网络各点的相位关系,若一端点接地（a或c），中间点(b)和另一端点(c或a)同相位；若中间点(b)接地，则两端点（a和c）反相位。,2、电路组成及工作原理,（1）振荡电路的组成部分：,放大电路,选频网络,反馈网络,（共射放大电路）,（LC并联网络）,(电容反馈),（2）电路是否正常工作：,放大电路是否正常工作：,判断是否满足相位平衡条件：,

8、？电容C3的作用,电容反馈式放大电路的改进形式,采用共基放大电路的电容反馈式放大电路,输入端,输出端,交流地,正反馈,例1 电路如图所示，Cb为旁路电容，C1为耦合电容，对交流信号均视为短路。为使电路可能产生正弦波振荡，试说明变压器原边线圈和副边线圈的同名端。,解：,变压器原边线圈的下端和副边线圈的上端为同名端；或者说原边线圈的上端和副边线圈的下端为同名端。,输入端,输出端,反馈端,例2 改正如图所示电路中的错误，使之有可能产生正弦波振荡。要求不能改变放大电路的基本接法。,注意电路图的不同画法,解：,改正后的电路如下图所示：,耦合电容,8.11 分别标出图P8.11所示各电路中变压器的同铭端，

9、使之满足正弦波振荡的相位条件。,8.12 分别判断图P8.12所示各电路是否可能产生正弦波振荡。,8.2 电压比较器,8.2 电压比较器,8.2.1 概述,一、电压比较器,电压比较器是将输入电压和一个参考电压进行比较并将比较的结果对外输出的电路。,例：,模拟量,数字量,1、什麽是电压比较器,2、电压比较器的电压传输特性,用曲线表示,存在一个输入电压，使输出电压发生跃变，称为阈值电压，记作UT。,正确画出电压传输特性，需求出以下三个要素：,（1）输出电压高电平和低电平的数值 UOH和UOL；,（2）阈值电压的数值UT；,（3）当uI变化且经过UT时，uO的跃变方向，即是从UOH跃变为UOL，还是

10、UOL跃变为UOH。,3、波形变换,二、集成运放的非线性工作区,（1）输出电压uo只有两种可能的情况，分别为UOM。,（2）仍具有“虚断”的特点。,即：uPuN，uo=+UOM；,uPuN，uo=-UOM。,即：iP=iN=0。,在电路中，若集成运放处于开环状态，或只引入了正反馈，则表明集成运放工作在非线性区。,+UOM,-UOM,三、电压比较器的种类,1.单限比较器,2.滞回比较器,3.窗口比较器,8.2.2 单限比较器,一、过零比较器,阈值电压,1、电路形式,2、阈值电压,uO发生跳变时的uI,阈值电压,3、传输特性曲线,?若输入信号从同相输入端输入，其传输特性曲线将怎样变化,反相输入过零

11、比较器,4、电压比较器输入级的保护电路以及输出限幅电路,输入级保护电路,输出限幅电路（1）,稳压管承受反电压超过其稳定电压时，稳压管稳压。,输出限幅电路（2）,稳压过程中集成运放工作在线性工作区：（1）提高输出电压的变化速；（2）保护输入级。,优点：,二、一般单限比较器,1、电路形式,2、阈值电压,令：,3、传输特性曲线,同样：改变输入电压的输入端将改变uI过uT时的跃变方向。,4、波形变换,将三角波变换成矩形波,滞回比较器,1、电路形式,电路引入正反馈,2、阈值电压,3、传输特性曲线,正向过程：,（uI从小到大的过程）,设uI足够小，,跳变点为：UT+,3、传输特性曲线,UT+,反向过程：,

12、（uI从大到小的过程）,设uI足够大，,跳变点为：UT-,4、加参考电压的滞回比较器,（1）阈值电压,（2）传输特性曲线,正向过程：,（uI从小到大的过程）,设uI足够小，,跳变点为：UT-,（2）传输特性曲线,UT+,反向过程：,（uI从大到小的过程）,设uI足够大，,跳变点为：UT+,（3）两种滞回比较器的比较,反相输入滞回比较器,同相输入滞回比较器,5、波形变换,UT+,注意：不是所有阈值电压和输入电压的交点都是输出跳变点。,UT+,5、波形变换,8.2.4 窗口比较器,稳压管DZ工作在稳压状态，uO=+UZ。,1、电路分析,设：,uO1=+UOM，uO2=-UOM,D1导通,D2截止。

13、,稳压管DZ工作在稳压状态，uO=+UZ。,uO1=-UOM，uO2=+UOM，,D2导通,D1截止。,uO1=uO2=-UOM，,D1和 D2均截止。,稳压管DZ截止，uO=0。,URL 和 URH分别为比较器的两个阈值电压。,2、传输特性曲线,例1 电路如图所示，已知R1=50k，R2=100k，稳压管的稳定电压 UZ=9V,输入电压uI的波形如图所示,试画出uO波形。,解：输出高电平和低电平分别为 UZ=9V,阈值电压,例2 设计一个电压比较器,使其电压传输特性如下图所示，要求所用电阻阻值在20100k之间。,UZ=6V，UT=3V,解：根据电压传输特性，输入电压应作用于同相输入端。,例

14、2 设计一个电压比较器,使其电压传输特性如下图所示，要求所用电阻阻值在20100k之间。,R1取25k，R2取50k。,（3）电压传输特性的三个要素是输出电压的高、低电平，阈值电压和输出电压的跃变方向。输出电压的高、低电平决定于限幅电路；令uP=uN所求出的uI就是阈值电压UT；uI等于阈值电压时输出电压的的跃变方向决定于uI作用于集成运放的同相输入端还是反相输入端。,小结：,（1）在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压只有高电平和低电平两种可能的情况。,（2）一般用电压传输特性来描述输出电压和输入电压的函数关系。,8.3 非正弦波发生电路,一、矩形波发生电路,1.电路组成,滞回电

15、压比较器,RC回路,阈值电压：,2.工作原理,设uo的初态为+UZ,电容C上无电压(uc=0),uo通过R3向电容C充电，uI增大。此时电压比较器的阈值电压为UT+。,当uc增大到UT+时，输出跳变为-UZ，电容C 通过R3放电,uI减小。电压比较器的阈值电压为UT-。,方波发生电路,跳变后uo为+UZ,uo通过R3向电容C充电，uI增大。此时电压比较器的阈值电压为UT+。,3、主要参数,4、占空比可调电路,二、三角波发生电路,1.电路组成,方波发生电路,积分电路,实际的三角波发生电路,同相滞回比较器,积分电路,2、工作原理,积分电路输出电压表达式：,3、锯齿波 发生电路,下集预告第9章 功率放大电路,第8章小结,基本要求：掌握正弦波发生电路的工作原理；正确判断电路能否产生正弦波；计算电压比较器阈值电压并能画出其传输特性曲线；掌握电压比较器的波形变换功能。,作业：P465 习题 8.7、8.8、8.11 a,b,c.8.12 8.15 8.16 题,