佛山新网站建设效果,中小学网站模板源码,正规品牌网站设计,c 网站做微信收款功能目录 1.正弦波振荡电路
1.1RC正弦波振荡电路
1.1.1RC串并联选频网络
1.1.2RC桥式正弦波振荡电路
1.1.4LC正弦波振荡电路
1.1.3石英晶体正弦波振荡电路
2.电压比较器
2.1概述
2.1.1基本概念
2.2电压比较器的种类
2.2.1过零比较器
2.2.2一般单限比较器
2.2.3滞回比较…目录 1.正弦波振荡电路
1.1RC正弦波振荡电路
1.1.1RC串并联选频网络
1.1.2RC桥式正弦波振荡电路
1.1.4LC正弦波振荡电路
1.1.3石英晶体正弦波振荡电路
2.电压比较器
2.1概述
2.1.1基本概念
2.2电压比较器的种类
2.2.1过零比较器
2.2.2一般单限比较器
2.2.3滞回比较器
2.2.4窗口比较器
2.3集成电压比较器
2.3.1集成电压比较器的主要特点和分类
2.3.2集成电压比较器的基本接法
3.非正弦波发生电路
3.1非正弦波发生电路发生电路的种类
3.1.1矩形波发生电路
3.1.2占空比可调的矩形波发生器
3.1.3三角波发生器 1.正弦波振荡电路
1.1RC正弦波振荡电路
1.1.1RC串并联选频网络
基本组成
1将电阻与电容串联、电阻与电容并联所组成的网络称为RC串并联选频网络如图所示。通常选取RC1C2C。因为RC串并联选频网络在正弦波振荡电路中既为选频网络又为正反馈网络所以其输入电压为。,输出电压为 2当信号频率足够低时,因而网络的简化电路及其电压和电流的相量图如图(b)所示。超前。,当频率趋近于零时相位超前趋近于90°且趋近于零。
3当信号频率足够高时,因而网络的简化电路及其电压和电流的相量图如图(c)所示。滞后。,当频率趋近于无穷大时相位超前趋近于-90°且趋近于零。
4可以想象当信号频率从零逐渐变化到无穷大时的相位将从90°逐渐变化到-90°。因此对于RC串并联选频网络必定存在一个频率,当时同相。通过以下计算可以求出RC串并联选频网络的频率特性和。 1.1.2RC桥式正弦波振荡电路
基本概念
1因为当时号所以3。 2表明只要为RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数等于3即输出电压与输入电压同相且放大倍数的数值为3)的放大电路就可以构成正弦波振荡电路如图8.1.6所示。考虑到起振 条件所选放大电路的电压放大倍数应略大于3。
3从理论上讲任何满足放大倍数要求的放大电路与RC串并联选频网络都可组成正弦波振荡电路但是实际上所选用的放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻以减小放大电路对选频特性的影响使振荡频率几乎仅仅决定于选频网络负反馈的放大电路如同相比例运算电路。
4由RC串并联选频网络和同相比例运算电路所构成的RC桥式正弦波振荡电路如图8.1.7(a)所示。观察电路负反馈网络的R:、R,以及正反馈网络串联的R和C、并联的R和C各为一臂构成桥路故此得名。集成运放的输出端和“地”接桥路的两个顶点作为电路的输出集成运放的同相输入端和反相输入端接另外两个顶点是集成运放的净输入电压如图(b)所示。
5正反馈网络的反馈电压U:是同相比例运算电路的输人电压因而要把同相比例运算电路作为整体看成电压放大电路它的比例系数是电压放大倍数根据起振条件和幅值平衡条件 6R的取值要略大于2。应当指出由于与具有良好的线性关系所以为了稳定输出电压的幅值一般应在电路中加入非线性环节。例如可选用R1为正温度系数的热敏电阻当因某种原因而增大时流过和R1上的电流增大上的功耗随之增大导致温度升高因而R,的阻值增大从而使得数值减小也就随之减小当因某种原因而减小时各物理量与上述变化相反从而使输出电压稳定。当然也可选用R为负温度系数的热敏电阻。
7此外还可在回路串联两个并联的二极管如图8.1.8所示利用电流增大时二极管动态电阻减小、电流减小时二极管动态电阻增大的特点加入非线性环节从而使输出电压稳定。此时比例系数为 1.1.4LC正弦波振荡电路
基本概念
1LC正弦波振荡电路与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相同的只是选频网络采用LC电路。在LC振荡电路中当时放大电路的放大倍数数值最大而其余频率的信号均被衰减到零引人正反馈后使反馈电压作为放大电路的输入电压以维持输出电压从而形成正弦波振荡。由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高所以放大电路多采用分立元件电路必要时还应采用共基电路。
理想的并联谐振回路
1常见的LC正弦波振荡电路中的选频网络多采用LC并联网络如图8.1.10所示。图(a)为理想电路无损耗谐振频率为 存在损耗的谐振频率
1在信号频率较低时电容的容抗很大网络呈感性在信号频率较高时电感的感抗很大网络呈容性只有当时网络才呈纯阻性且阻抗无穷大。这时电路产生电流谐振电容的电场能转换成磁场能而电感的磁场能又转换成电场能两种能量相互转换。 1.1.3石英晶体正弦波振荡电路
石英晶体的特点
1将二氧化硅(S02)结晶体按-一定的方向切割成很薄的晶片再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层并作为两个极引出管脚加以封装就构成石英晶体谐振器。其结构示意图和符号如图8.1.27所示。 2压电效应压电效应在石英晶体两个管脚加交变电场时它将会产生一定频率的机械变形而这种机械振动又会产生交变电场上述物理现象称为压电效应。
3压电振荡一般情况下无论是机械振动的振幅还是交变电场的振幅都非常小。但是当交变电场的频率为某一特定值时振幅骤然增大产生共振称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率也称谐振频率。
4石英晶体的等效电路
石英晶体的等效电路如图8.1.28(a)所示。当石英晶体不振动时可等效为一个平板电容,称为静态电容其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积一般约为几到几十皮法。当晶片产生振动时机械振动的惯性等效为电感L其值为几毫亨到几十毫亨。晶片的弹性等效为电容C,其值仅为0.01到0.1pF,因此。晶片的摩擦损耗等效为电阻R其值约为100Ω理想情况下R0。 振荡频率
1当等效电路中的L、C、R支路产生串联谐振时该支路呈纯阻性等效电阻为R,谐振频率 谐振频率下整个网络的电抗等于R并联的容抗因故可以近似认为石英晶体也呈纯阻性等效电阻为R。
2当时和电抗较大起主导作用石英晶体呈容性。
3当时L、C、R支路呈感性将与产生并联谐振石英晶体又呈纯阻性谐振频率 由于,所以
4当时电抗主要决定于,石英晶体又呈容性。因此时石英晶体电抗的频率特性如图8.1.28(b)所示只有在的情况下石英晶体才呈感性并且C和的容量相差愈悬殊和愈接近石英晶体呈感性的频带愈狭窄。 5由居品质因数的表达式 并联型石英晶体振荡电路
1如果用石英晶体取代图8.1.20所示电路中的电感就得到并联型石英晶体正弦波振荡电路如图8.1.29所示。
2图中电容C1和C2与石英晶体中的C0并联总容量大于C0,当然远大于石英晶体中的C所以电路的振荡频率约等于石英晶体的并联谐振频率。 串联型石英晶体振荡电路
1图8.1.30所示为串联型石英晶体振荡电路。电容C为旁路电容对交流信号可视为短路。电路的第一级为共基放大电路第二级为共集放大电路。若断开反馈给放大电路加输入电压极性上“”下“-”则T管集电极动态电位为“”T2管的发射极动态电位也为“”。只有在石英晶体呈纯阻性即产生串联谐振时反馈电压才与输入电压同相电路才满足正弦波振荡的相位平衡条件。所以电路的振荡频率为石英晶体的串联谐振频率。调整的阻值可使电路满足正弦波振荡的幅值平衡条件。 2.电压比较器
2.1概述
2.1.1基本概念
电压比较器的电压传输特性
1电压比较器的输出电压与输人电压的函数关系一般用曲线来描述称为电压传输特性。输入电压是模拟信号而输出电压只有两种可能的状态不是高电平,就是低电平,用以表示比较的结果。使从跃变为,或者从跃变为的输入电压称为阈值电压或转折电压记作。
集成运放的非线性工作区
1在电压比较器电路中绝大多数集成运放不是处于开环状态即没有引人反馈)就是只引入了正反馈如图8.2.1(a)、(b)所示
2图(b)中反馈通路为电阻网络。对于理想运放由于差模增益无穷大只要同相输入端与反相输入端之间有无穷小的差值电压输出电压就将达到正的最大值或负的最大值即输出电压与输入电压()不再是线性关系称集成运放工作在非线性工作区其电压传输特性如图(c)所示。
3若集成运放的输出电压的幅值为则当时当时。并且由于理想运放的差模输入电阻无穷大故净输人电流为零即。 2.2电压比较器的种类
2.2.1过零比较器
基本概念
1过零比较器顾名思义其阈值电压0V。电路如图8.2.3a)所示集成运放工作在开环状态其输出电压为或-。当输入电压0V时;当0V时。因此电压传输特性如图(b)所示。若想获得u0跃变方向相反的电压传输特性则应在图(a)所示电路中将反相输入端接地而在同相输入端接输入电压。 2为了限制集成运放的差模输人电压保护其输入级可加二极管限幅电路如图8.2.4所示。 3 在实用电路中为了满足负载的需要常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路从而获得合适的和图中R为限流电阻两只稳压管的稳定电压均应小于集成运放的最大输出电压。设稳压管的稳定电压为的稳定电压为和的正向导通电压均为。当时由于集成运放的输出电压使工作在稳压状态工作在正向导通状态所以输出电压。当V时由于集成运放的输出电压使工作在稳压状态工作在正向导通状态所以输出电压。若要求 4则可以采用两只特性相同而又制作在一起的稳压管其符号如图8.2.5(b)所示导通时的端电压标为当时当时 5限幅电路的稳压管还可跨接在集成运放的输出端和反相输入端之间如图8.2.6所示。假设稳压管截止则集成运放必然工作在开环状态输出电压不是就是;这样必将导致稳压管击穿而工作在稳压状态构成负反馈通路使反相输入端为“虚地”限流电阻上的电流等于稳压管的电流输出电压。可见虽然图示电路中引入了负反馈但它仍具有电压比较器的基本特征。
6图8.2.6电路具有如下两个优点一是由于集成运放的净输入电压和净输入电流均近似为零从而保护了输人级二是由于集成运放并没有工作到非线性区因而在输入电压过零时其内部的晶体管不需要从截止区逐渐进入饱和区或从饱和区逐渐进入截止区所以提高了输出电压的变化速度。 2.2.2一般单限比较器
基本概念
1 图8.2.7(a)所示为一般单限比较器为外加参考电压。根据叠加原理集成运放反相输入端的电位 2令0,则求出阈值电压 3 当时所以当时所以。若,则图(a)所示电路的电压传输特性如图(b)所示。
4根据式(8.2.1)可知只要改变参考电压的大小和极性以及电阻和的阻值就可以改变阈值电压的大小和极性。若要改变过时的跃变方向则应将集成运放的同相输人端和反相输入端所接外电路互换。 2.2.3滞回比较器
基本概念
1 在单限比较器中输入电压在阈值电压附近的任何微小变化都将引起输出电压的跃变不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此虽然单限比较器很灵敏但是抗干扰能力差。滞回比较器具有滞回特性即具有惯性因而也就具有一定的抗干扰能力。从反相输入端输入的滞回比较器电路如图8.2.9(a)所示滞回比较器电路中引入了正反馈。 2假设那么一定小于因而所以。只有当输入电压增大到再增大一个无穷小量时输出电压才会从跃变为同理假设那么一定大于因而所以。只有当输入电压减小到再减小一个无穷小量时输出电压才会从跃变为。可见从跃变为和从跃变为的阈值电压是不同的电压传输特性如图8.2.9(b)所示。 3从电压传输特性曲线上可以看出当时可能是,也可能是。如果是从小于的值逐渐增大到那么应为如果是从大于的值逐渐减小到,那么应为;曲线具有方向性如图(b)中所标注。 4为使滞回比较器的电压传输特性曲线向左或向右平移需将两个阈值电压叠加相同的正电压或负电压。把电阻R1的接地端接参考电压,可达到此目的
5图中同相输入端电位为 6两式中第一项是曲线在横轴左移或右移的距离当时图(a)所示电路的电压传输特性如图(b)所示改变UEF的极性即可改变曲线平移的方向。为使电压传输特性曲线上、下平移则应改变稳压管的稳定电压。
2.2.4窗口比较器
基本概念
1图8.2.13(a)所示为一种窗口比较器外加参考电压,电阻和稳压管构成限幅电路。 2当输人电压大于时必然大于所以集成运放的输出的输出。使得二极管D1导通D2截止电流通路如图中实线所标注稳压管工作在稳压状态输出电压
3当输人电压小于时必然小于所以集成运放的输出的输出。使得二极管D2导通D1截止电流通路如图中虚线所标注稳压管工作在稳压状态输出电压
4当时,所以D1和D2均截止稳压管截止, 2.3集成电压比较器
2.3.1集成电压比较器的主要特点和分类 2.3.2集成电压比较器的基本接法 3.非正弦波发生电路
3.1非正弦波发生电路发生电路的种类
3.1.1矩形波发生电路
1矩形波发生电路是其它非正弦波发生电路的基础例如若方波电压加在积分运算电路的输人端则输出就获得三角波电压若改变积分电路正向积分和反向积分时间常数使某一方向的积分常数趋于零则可获得锯齿波。 电路组成及工作原理 1因为矩形波电压只有两种状态不是高电平就是低电平所以电压比较器是它的重要组成部分因为产生振荡就是要求输出的两种状态自动地相互转换所以电路中必须引入反馈因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化即产生周期性变化所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。图8.3.2所示为矩形波发生电路它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节又作为反馈网络通过RC充放电实现输出状态的自动转换。
2图中滞回比较器的输出电压,阈值电压 3 设某一时刻输出电压,则同相输入端电位。通过R3对电容C正向充电如图中实线箭头所示。反相输入端电位随时间增长而逐渐升高当趋近于无穷时趋于但是一旦再稍增大就从跃变为与此同时从跃变为。
4随后又通过R3对电容C反向充电或者说放电如图中虚线箭头所示。反相输入端电位随时间t增长而逐渐降低当趋近于无穷时uN趋于一U;但是一旦uN-Ur,再稍减小uo就从-Uz跃变为U2,与此同时up从一U?跃变为UT,电容又开始正向充电。上述过程周而复始电路产生了自激振荡。
波形分析及主要参数
1由于图8.3.2所示电路中电容正向充电与反向充电的时间常数均为RC而且充电的总幅值也相等因而在一个周期内的时间与的时间相等为对称的方波所以也称该电路为方波发生电路。电容上电压(即集成运放反相输入端电位)和电路输出电压波形如图8.3.4所示。矩形波的宽度与周期之比称为占空比因此是占空比为1/2的矩形波。 2根据电容上电压波形可知在二分之一周期内电容充电的起始值为终了值为,时间常数为时间趋于无穷时趋近于利用一阶RC电路的三要素法可列出方程 3.1.2占空比可调的矩形波发生器 1通过对方波发生电路的分析可以想象欲改变输出电压的占空比就必须使电容正向和反向充电的时间常数不同即两个充电回路的参数不同。利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通路占空比可调的矩形波发生电路如图8.3.5(a)所示电容上电压和输出电压波形如图(b)所示。
2当时通过R1、和R3对电容C正向充电若忽略二极管导通时的等效电阻则时间常数 3.1.3三角波发生器
电路的组成
1在方波发生电路中当滞回比较器的阈值电压数值较小时可将电容两端的电压看成为近似三角波。但是一方面这个三角波的线性度较差另一方面带负载后将使电路的性能产生变化。实际上只要将方波电压作为积分运算电路的输入在其输出就得到三角波电压如图8.3.6(a)所示。当方波发生电路的输出电压时积分运算电路的输出电压将线性下降而当时将线性上升波形如图(b)所示。 2由于图8.3.6(a)所示电路中存在RC电路和积分电路两个延迟环节在实用电路中将它们“合二而一”即去掉方波发生电路中的C回路使积分运算电路即作为延迟环节又作为方波变三角波电路滞回比较器和积分运算电路的输出互为另一个电路的输入如图8.3.7所示。由图8.3.4和图8.3.6(b)所示波形可知前者RC回路充电方向与后者积分电路的积分方向相反故为了满足极性的需要滞回比较器改为同相输入。
工作原理 1在图8.3.7所示三角波发生电路中虚线左边为同相输入滞回比较器右边为积分运算电路。对于由多个集成运放组成的应用电路一般应首先分析每个集成运放所组成电路输出与输入的函数关系然后分析各电路间的相互联系在此基础上得出电路的功能。
