1、正弦波振蕩電路
正弦波振蕩電路是在沒有外加輸入信號的情況下,依靠電路自激振蕩產生正弦波輸出電壓的電路,在正弦波振蕩電路中,為了產生正弦信號,電路必須引入正反饋和外加選頻網絡,選頻網絡用于確定振蕩頻率,正反饋則是為了產生自激振蕩。
正弦波振蕩電路必須由以下四部分組成:
放大電路 :保證電路能夠有從起振到動態平衡的過程,使電路獲得一定幅值的輸出量,實現能量的控制;
選頻網絡 :確定電路的振蕩頻率,使電路產生單一頻率的振蕩;
正反饋網絡 :引入正反饋,使放大電路的輸入信號等于反饋信號;
穩幅環節 :即非線性環節,為了使輸出信號幅值穩定而設計的電路。
(1)RC振蕩電路
RC振蕩電路的振蕩頻率較低,一般在1MHz以下,實用的RC正弦波振蕩電路有很多,最典型的是RC橋式振蕩電路,又稱為文氏振蕩電路,如下圖所示:
從理論上講,任何滿足放大倍數要求的放大電路與RC選頻網絡都可以組成正弦波振蕩電路,但是,為了增大電路的輸入電阻,減小電路的輸出電阻以減小放大電路對選頻特性的影響,通常選擇引入電壓串聯負反饋放大電路,例如同相比例運算電路。如下圖所示:
(2)LC振蕩電路
LC振蕩電路的振蕩頻率通常在1MHz以上,LC正弦波振蕩電路與RC橋式正弦波振蕩電路的組成原則在本質上是相同的,只不過是選頻網絡采用了LC電路,由于LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率較高,所以放大電路多采用分立元件電路,必要時還應采用共基電路。常見的LC正弦波振蕩電路如下圖所示:
根據LC正弦波振蕩電路,又可以細分為變壓器反饋式,電感反饋式和電容反饋式三種結構,所采用的的電路既可以是共射電路,也可以是共基電路。三種電路結構如下圖所示:
原理分析不做詳述,有興趣的讀者可以自行分析研究。
變壓器反饋式振蕩電路 :這種電路結構易于產生振蕩,波形教好,應用范圍廣,但是由于輸出電壓與反饋電壓靠磁路耦合,因而耦合并不緊密,損耗較大,并且振蕩頻率的穩定性不高。
電感反饋式振蕩電路 :這種電路結構又稱為電感三點式電路,這種結構可以獲得調節范圍較寬的振蕩頻率,最大振蕩頻率可達幾十兆赫,這種結構常用于對波形要求不高的設備之中。
電容反饋式振蕩電路 :這種電路又稱為電容三點式電路,但是由于電路本身的結構,導致經常用于固定頻率的場合。
(3)石英晶體振蕩電路
石英晶體振蕩器一般可以等效為LC振蕩電路,其優點是振蕩頻率非常穩定。石英晶體諧振器,簡稱石英晶體,具有非常穩定的固有頻率,對于振蕩頻率穩定性要求高的電路,應選用石英晶體做選頻網絡。
壓電效應和壓電振蕩 :在石英晶體兩個管腳加交變電場時,它將產生一定頻率的機械變形,而這種機械振動又會產生交變電場,這種物理現象稱為壓電效應,一般情況下,機械振動和交變電場的振幅都非常小,但是,當交變電場的頻率為某一特定值時,振幅會驟然增大,產生共振,稱之為壓電振蕩,這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率,也稱諧振頻率。
2、電壓比較器
電壓比較器是對輸入信號進行鑒幅與比較的電路,是組成非正弦波發生電路的基本單元電路。電壓比較器中,集成運放工作在非線性區。如下圖所示:
(1)單限比較器
單限比較器一般可以分為過零比較器和一般單門限比較器。兩種電路結構如下圖所示:
(2)滯回比較器
例題分析:設計一個電壓比較器,使其傳輸特性入下圖所示,要求所用阻值在20~100KΩ之間。
(3)窗口比較器
3、非正弦信號振蕩電路
在實用電路中除了常見的正弦波之外,還有矩形波,三角波,鋸齒波,尖頂波和階梯波,如下圖所示:
(1)矩形波發生電路:矩形波發生電路由于只有兩個狀態,即高低電平,故其核心電路是比較器。
(2)三角波發生電路:常見的三角波發生電路是積分電路,,首先將正弦信號通過電壓比較器變為矩形波,而后矩形波經過積分電路產生了三角波。
(3)鋸齒波發生電路:鋸齒波與三角波類似,只需要利用二極管的單向導電性使正向積分與反向積分的時間不同即可得到。
4、集成函數發生器芯片
常見的集成函數發生器芯片是ICL8038,該芯片的內部結構如下圖所示:
6、常用信號轉換電路
(1)電壓—電流轉換電路
之前曾介紹過豪蘭德電流源電路,這次介紹另一種電壓—電流轉換電路,電路結構如下圖所示:
(2)電壓—頻率轉換電路
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