第7章 基于集成运放的信号产生与变换电路,信号转换电路,7.4,正弦波振荡电路,7.1,非正弦波产生电路,7.2,波形变换电路,7.3,7.1 正弦波振荡电路,7.1.1 概 述,1. 产生正弦波振荡的条件,正弦波振荡电路是一种信号发生电路，它不需外加任何输入信号，由电路自身就能产生一定频率和一定幅值的正弦输出信号。,在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：,起振条件：,要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电时对于f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。,输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。,2振荡的建立与稳定,振荡电路的起振条件为:,幅值很小 频率丰富,振荡的建立与稳定过程：,频率趋于单一幅值逐渐增大,逐渐变为单一频率的稳幅振荡,3正弦波信号发生器的电路组成,1) 放大电路：放大作用 2) 正反馈网络：满足相位条件 3) 选频网络：产生单一频率f0的振荡 4) 非线性环节（稳幅环节）：稳定输出幅值,常合二为一,1) 是否存在四个主要组成部分； 2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否可能正常传递，有没有被短路或断路； 3) 是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡 ； 4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。,4、分析方法,5正弦波振荡电路的分类,按选频网络所用元件分类：,（1）RC正弦波振荡电路,（产生1MHz以下）,（2）LC正弦波振荡电路,变压器反馈式,电感反馈式（电感三点式）,电容反馈式（电容三点式）,（产生几百千赫几百兆赫）,（3）石英晶体振荡器,串联型,并联型,（振荡频率非常稳定）,7.1.2 RC正弦波振荡电路,可见，当 时， 最大，且 。,RC串并联网络完整的频率特性曲线：,时，,时，,只要满足： 即可。,文氏电桥振荡器,例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才能起振？振荡频率f0=？,解：起振条件：,振荡频率：,能自动稳幅的振荡电路：,K：双联波段开关， 切换R，用于 粗调振荡频率。,C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。,频率可调的文氏桥振荡器：,振荡频率连续可调的RC串并联选频网络,频率可调的文氏桥振荡器：,7.1.3 LC正弦波振荡电路,1LC并联谐振回路,一般情况下，,当 ，,LC并联谐振回路呈纯阻性，称其发生并联谐振。,即 ，,时,LC并联谐振回路的频率特性曲线：,时，,呈纯阻性，且达到最大值,2变压器反馈式LC振荡电路,（1）相位平衡条件,（2）起振条件,利用晶体管的非线性使 电路自动稳定输出幅值。,（3）振荡频率,特点： 易起振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。,(+),(-),(+),(+),变压器反馈式正弦波振荡器举例：,(+),(+),(+),(+),满足相位平衡条件,(-),(+),变压器反馈式正弦波振荡器举例：,（+）,（+）,（）,（+）,振荡频率:,（）,满足相位平衡条件,变压器反馈式正弦波振荡器举例：,3电感反馈（三点）式LC振荡电路,首端,尾端,中间抽头,首端,尾端,中间抽头,振荡频率：,电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三点式振荡电路。,特点：耦合紧密，易起振，振幅大；调节C 可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。,3电感反馈（三点）式LC振荡电路,4电容反馈（三点）式LC振荡电路,首端,尾端,中间抽头,首端,尾端,中间抽头,4电容反馈（三点）式LC振荡电路,振荡频率：,特点：波形好，振荡频率调整范围小， 适于频率固定的场合。,7.1.4 石英晶体正弦波振荡电路,1. 石英晶体,SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。,压电效应： 晶片的两个电极间加一电场，会使晶体产生机械变形；相反，若在晶体上施加机械压力，又会在两个电极上产生相应的电场。,如果在晶片的两个电极间加的是交变电压，就会产生机械振动，同时机械振动又会产生交变电场,当外加交变电压的频率与晶片的固有频率相等时，机械振动的振幅达到最大，这种现象称为压电谐振。,时，,R、L、C支路发生串联谐振。,当频率高于fs小于fp时，R、L、C支路呈感性，当与 C0发生并联谐振时，其振荡频率为：,由于CC0，因此，fsfp。,感性,阻性,固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。,2. 石英晶体振荡电路,（1）并联型电路,当电路的振荡频率在fs与fp之间时，石英晶体呈电感性质，在电路中起电感作用，与电容C组成电容三点式振荡电路，满足相位平衡条件。,（2）串联型电路,振荡频率：,例：改错，使电路有可能产生正弦波振荡,例：改错，使电路有可能产生正弦波振荡,7.2 非正弦波产生电路,常见的非正弦波：,矩形波,三角波,锯齿波,尖顶波,阶梯波,矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。 通过什么电路可将矩形波变为其它几种波形？,7.2.1 矩形波产生电路,1电路组成,上、下限电压:,2工作原理,2工作原理,（1） 设 vo = + VZ ,则,此时，vO给C 充电, vc ，,设vC初始值vC(0+)= 0,一旦 vc VT+ , 就有 v- v+ , vo 立即由VZ变成VZ 。,在 vc VT+ 时，,v- v+ ,vo保持+VZ不变,2工作原理,（2） 当 vo = - VZ ,则,此时，C向vO放电,再反向充电,vc达到VT-时，vo上跳。,当vo 重新回到VZ 后，电路又进入另一个周期性的变化。,3波形分析,4主要参数计算,T2阶段vc(t)的过渡方程为:,4主要参数计算,0,T/2,5占空比可调的矩形波发生电路,充电时间常数：,正向充电和反向充电时间 常数可调，占空比就可调。,放电时间常数：,7.2.2 三角波和锯齿波产生电路,1电路组成,用积分运算电路可将方波变为三角波。,2工作原理,若vo1=+VZ，vo，v+ 。,当vP1 0时，vo1翻转为-VZ。,若vo1=-VZ，vo，v+ 。,当 vP1 0时，vo1翻转为+VZ。,2工作原理,3主要参数计算,发生跳变的临界条件：,振荡周期：,锯齿波发生电路,7.2.3 压控振荡器,令 ，可得滞回比较器的阈值电压为：,（1）当 vo = + VZ时,二极管导通，电容C充电，输出电压 线性下降。,电路中，R1远大于R5,输出电压vo线性下降的时间为:,（2）当 vo = - VZ时,二极管截止，电容C放电，输出电压 线性上升。,输出电压vo线性上升的时间为:,由此可见，输出信号的振荡频率正比于输入电压vi,该电路也称为电压频率转换电路。,7.3 波形变换电路,正弦波变方波、变矩形波、变二倍频，方波变三角波， 三角波变方波，固定频率的三角波变正弦波,7.3.1 三角波变锯齿波电路,利用电子开关改变比例系数,（1）开关断开,（2）开关闭合,（1）开关断开,（2）开关闭合,7.3.2 三角波变正弦波电路,1滤波法,三角波用傅立叶级数展开，除基波外，还含有3次、5 次谐波。,只要低通滤波器的上限截止频率小于基波的三倍频，即可得到频率等于基波频率的正弦波。,2折线近似法,图7.3.2 用折线近似正弦波的示意图,图7.3.3 三角波变正弦波电路,图7.3.2 用折线近似正弦波的示意图,7.4 信号转换电路,7.4.1 电压电流转换电路,1.负载不接地电压电流转换电路（基本型）,2. 负载接地电压电流转换电路,7.4.2 电流电压转换电路,0,输出电压vo与输入电流成正比，而与负载电阻无关。,0,7.4.3 精密整流电路,将交流电转换为直流电，称为整流。,精密整流电路的功能是将微弱的交流电压转换成直流电压。,设RRf,半波整流,二倍频三角波,绝对值运算电路,全波精密整流电路,第7章 作业,7.1 7.2 7.3 直接做在书上。,7.4 7.6 7.7 7.8 7.9,