第八章波形的发生和信号的转换

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1、第八章波形的发生和信号的转换第八章波形的发生和信号的转换8 1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路8 2 电压比较器电压比较器8 3 非正弦波发生电路非正弦波发生电路8 4 利用集成运放实现的信号转换电路利用集成运放实现的信号转换电路基本要求基本要求（1 1）掌握掌握电路产生正弦波振荡的幅值平衡条件和相位平衡条件，电路产生正弦波振荡的幅值平衡条件和相位平衡条件，以及以及RC桥式正弦波振荡电路的组成、起振条件和振荡频率。理桥式正弦波振荡电路的组成、起振条件和振荡频率。理解它们的振荡频率与电路参数的关系。并能够根据相位平衡条件解它们的振荡频率与电路参数的关系。并能够根据相位平衡条件正确判断电路是否可能产

2、生正弦波振荡。正确判断电路是否可能产生正弦波振荡。（2 2）理解典型电压比较器的电路组成、工作原理和性能特点）理解典型电压比较器的电路组成、工作原理和性能特点（3 3）理解由集成运放构成的矩形波、三角波和锯齿波发生电路的）理解由集成运放构成的矩形波、三角波和锯齿波发生电路的工作原理、波形分析和有关参数。工作原理、波形分析和有关参数。（4 4）了解信号转换电路的工作原理。）了解信号转换电路的工作原理。波形发生电路波形发生电路： 它是一种不需外施激励就能将直流电源提供的能量转换成一定它是一种不需外施激励就能将直流电源提供的能量转换成一定频率、一定幅值的交流能量输出的电路。频率、一定幅值的交流能量输

3、出的电路。分为分为：正弦波发生电路、非正弦波发生电路：正弦波发生电路、非正弦波发生电路信号的转换电路：信号的转换电路：电压信号电压信号电流信号电流信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号电压信号电压信号频率与之成正比的脉冲信号频率与之成正比的脉冲信号2. 电路组成电路组成3. 起振和稳幅起振和稳幅1. 振荡条件振荡条件 正弦波振荡电路能产生正弦波输出，它是在正弦波振荡电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波振荡类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波振荡电路也称为正弦波发生电路或正弦波振荡器

4、。电路也称为正弦波发生电路或正弦波振荡器。8 81 1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路8 81 1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.1.1 概述概述1.1. 产生正弦波振荡的条件产生正弦波振荡的条件（正弦波振荡电路框图）（正弦波振荡电路框图）（1 1）平衡条件平衡条件tiXo在在1 1处接入处接入 的正弦信号的正弦信号iXoXFA经fXifXX 若将将1 1、2 2连接在一起连接在一起oX1FA=00ifXFAXFX 则不考虑反馈时，不考虑反馈时，AtoXotfXoAF+iXiXoXfX121FAFAFA 即FAFF AA 设1FA nFA2振幅平衡条件振幅平衡条件（n=0n=0、1 1、2 2

5、）相位平衡条件）相位平衡条件 以上两条件中，主要是相位平衡条件（与电路连接方式以上两条件中，主要是相位平衡条件（与电路连接方式有关，决定正反馈是否实现），如相位条件不满足，肯定不有关，决定正反馈是否实现），如相位条件不满足，肯定不会产生振荡。分析方法：瞬时极性法。振幅（决定于正反馈会产生振荡。分析方法：瞬时极性法。振幅（决定于正反馈大小，与电路参数有关）的条件可在满足相位平衡后调节电大小，与电路参数有关）的条件可在满足相位平衡后调节电路参数达到。路参数达到。电源接通瞬间，产生冲击干扰、电磁波干扰、人体干扰等；电源接通瞬间，产生冲击干扰、电磁波干扰、人体干扰等；非正弦量的起始信号含一系列频率不同

6、的正弦分量，一个正非正弦量的起始信号含一系列频率不同的正弦分量，一个正弦波振荡电路只在一个频率下满足相位平衡，故振荡电路必弦波振荡电路只在一个频率下满足相位平衡，故振荡电路必具有选频性，该振荡频率由相位平衡条件决定。即具有选频性，该振荡频率由相位平衡条件决定。即 环路环路中有选频特性网络。中有选频特性网络。FA选频网络由选频网络由R、C和和L、C等电抗性元件组成，存在于等电抗性元件组成，存在于 或或 中。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。中。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。AF-电路器件内部噪声电路器件内部噪声振荡器在刚刚起振时，为了克服电振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中的损耗

7、，需要正反馈强一些，路中的损耗，需要正反馈强一些，即要求：即要求：1|FA起振条件起振条件1)()( FA n2)()(fa 既然既然 ， 起振后就要产生增幅振荡，由于电起振后就要产生增幅振荡，由于电路中非线性元件的限制，故随着振幅的增大，路中非线性元件的限制，故随着振幅的增大， 的值自的值自动下降到动下降到1 1；又由于扰动的不规则性，它包含着很宽范围的；又由于扰动的不规则性，它包含着很宽范围的各种频率的振荡电压，通过振荡电路的放大与选频，就能各种频率的振荡电压，通过振荡电路的放大与选频，就能将与振荡频率相同的正弦波反馈到放大电路的输入端，而将与振荡频率相同的正弦波反馈到放大电路的输入端，而

8、其它频率分量由于选频网络的作用而被抑制。其它频率分量由于选频网络的作用而被抑制。1|FA|FA特征：需要特征：需要A、F；A的输出为的输出为F的输入，的输入，F的输出为的输出为A的输的输入；正反馈）入；正反馈）（2 2）起振条件（振荡的建立）起振条件（振荡的建立） uo=f (ui) uf=Fuoououi(uf)接通电源瞬间接通电源瞬间ui1ui1 uo1 uo1uf1(ui2)uf1(ui2ui1)ifX X 起振条件为1 FA 即1 FAnFA2A在一个正弦波振荡电路中只有在一个频率（在一个正弦波振荡电路中只有在一个频率（fo）下满足相位平衡条件。）下满足相位平衡条件。 不需要输入信号，

9、只将电源接入，则输出一定频率、幅不需要输入信号，只将电源接入，则输出一定频率、幅值的波形（正弦波信号发生器、非正弦波信号发生器）。值的波形（正弦波信号发生器、非正弦波信号发生器）。频率：频率：1赫兹至几百兆赫兹；功率：几毫瓦至几十千瓦。赫兹至几百兆赫兹；功率：几毫瓦至几十千瓦。 放大电路：入端接信号源，有信号输出；如不外接信号放大电路：入端接信号源，有信号输出；如不外接信号源，输出仍有一定频率和幅值的信号，则发生了自激振荡，源，输出仍有一定频率和幅值的信号，则发生了自激振荡，在放大电路中并非是好事，甚至使电路不能正常工作，需采在放大电路中并非是好事，甚至使电路不能正常工作，需采用消振电路破坏产

10、生自激振荡的条件。但，振荡电路正是利用消振电路破坏产生自激振荡的条件。但，振荡电路正是利用自激振荡进行工作的。用自激振荡进行工作的。放大电路：入端接信号源。放大电路：入端接信号源。振荡电路：无输入信号，有输出信号。振荡电路：无输入信号，有输出信号。相同点：输出由输入信号引起。相同点：输出由输入信号引起。 振荡电路不外接信号源，输入信号从何而来？振荡电路不外接信号源，输入信号从何而来？2.2.正弦波振荡电路的组成及分类正弦波振荡电路的组成及分类组成：组成：（1 1）放大电路放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电：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

11、能量的控制。路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。（2 2）选频网络选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。（选择满足相位平衡条件的频率荡，即保证电路产生正弦波振荡。（选择满足相位平衡条件的频率为振荡器的振荡频率。在为振荡器的振荡频率。在A A或或F F中中 。）。）（3 3）正反馈网络正反馈网络：引入正反馈，满足相位平衡条件。：引入正反馈，满足相位平衡条件。（4 4）稳幅环节稳幅环节：即非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。：即非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。 （提供放大器增益变化或反馈网络系数变化