第8章 波形的发生和信号的转换
电子技术基础与技能第八章 数字信号
3.集成逻辑门电路的选用 以上讨论了 TTL和CMOS两种集成逻辑门电路 ，在具体的应用中可以根据要求来选用相关的器件 。器件的主要技术参数有传输延迟时间、功耗、噪 声容限、带负载能力等。若要求功耗低、抗干扰能 力强，则应选用CMOS 电路。其中 CMOS4000 系 列一般用于工作频率在1 MHz 以下、驱动能力要 求不高的场合；HCMOS 常用于工作频率在20 MHz 以下、要求较强驱动能力的场合。 若对功耗 和抗干扰能力没有特殊要求，可选用TTL 电路。
13
第三节 逻辑门电路 逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。 所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去控制 信号的通过或不通过。逻辑即是门电路的输入和输 出之间存在一定的因果关系。电路的输入输出端只 有两种状态：一是高电平，用“１”表示；二是低 电平，用“０”表示。为了便于理解，这里用简单 的开关控制灯的电路来说明基本逻辑门电路的真值 表、电路符号和逻辑功能。
3
4
5
二、脉冲波形 1.脉冲波形的主要参数图8-1脉冲波形的主要 参数在数字电路中，加工和处理的都是脉冲波形， 而应用最多的是矩形脉冲。下面以图8-1所示的实 际矩形脉冲来描述脉冲波形的主要参数。
6
（１）脉冲幅度Ｕｍ：脉冲电压波形变化的最大 值。
（２）脉冲上升时间ｔｒ：脉冲波形从０．１Ｕ ｍ 到０．９Ｕｍ 所需要的时间。 （３）脉冲下降时间ｔｆ：脉冲波形从０．９Ｕ ｍ 到０．１Ｕｍ 所需要的时间。 （４）脉冲宽度ｔｗ：脉冲上升沿０．５Ｕｍ 到下降沿０．５Ｕｍ 所需要的时间，单位与ｔｒ、 ｔｆ相同。 （５）脉冲周期Ｔ：在周期性脉冲中，相邻两个 脉冲波形重复出现所需要的时间，单位和ｔｒ、ｔｆ 相同。 7
（６）脉冲频率ｆ：每秒时间内，脉冲出现的 次数，单位为赫兹（Ｈｚ）、千赫兹（ｋＨｚ）、 兆赫兹（ＭＨｚ）。
电子技术基础第八章 波形发生和信号转换
图8.2.13
8.2.5 集成电压比较器 一、集成电压比较器的特点和分类
1、特点 响应速度快，传输延迟时间短，一般不需要外 加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等数 字电路；有些芯片带负载能力强，可直接驱动继电 器和指示灯。 2、分类 单、双和四电压比较器； 通用、高速、低功耗、低电压和高精度型电压 比较器； 普通输出、集电极（漏极）开路输出或互补输 出型。 此外，还有的集成电压比较器带有选通端。
例8.2.2 在图6.2.9电路 中， R1=50KΩ, R2=100KΩ, ±UZ=±9V， 已知uI波形，试画出 uO的波形。
图8.2.11
例8.2.3 设计一个电压比较器，使其具有如图8.2.12（a） 所示的电压传输特性。要求电阻在20～100KΩ 之间。
图8.2.12
解：
若R1取为25KΩ，则R2应取为50 KΩ ；或各取为 50 KΩ和100 KΩ 。
由于C<<C0，所以fp≈fs。
二、石英晶体正弦波振荡电路 1、并联型石英晶体正弦波振荡电路 电路如图8.1.29所示，石英晶体等效为电感，和 C1、C2组成电容反馈式正弦波振荡电路。振荡频率 为 f p。 2、串联型石英晶体正弦波振荡电路 电路如图8.1.30所示，石英晶体等效为电阻，振荡 频率为fs。
，即
，φF=0o。
二、桥式正弦波振荡电路 f=f0时， ，所以 图8.1.6 在图8.1.7中
采用非线性环节， 例如热敏电阻以稳定 输出电压。
图8.1.7
三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路
图8.1.9
8.1.3 LC正弦波振荡电路 一、 LC谐振回路的频率特性
图8.1.10
谐振频率
电子科大模电 第8章-波形的发生和信号的转换
2. 电路组成
不符合相位条件 不符合幅值条件
1)是否可用共射放大电路？ 2)是否可用共集放大电路？ 3)是否可用共基放大电路？ 4)是否可用两级共射放大电路？
输入电阻小、输出 电阻大，影响f0
可引入电压串联负反馈，使 电压放大倍数大于3，且Ri大、 Ro小，对f0影响小
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。
若C C1且C C2，则
U i
U f
f0
2π
1 LC
C
与放大电路参数无关
若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当电容减 小到一定程度时，晶体管的极间电容将并联在C1和C2上，影 响振荡频率。 特点：波形好，噪声特性也不错; 是分立元件LC振荡器 最为常用的电路(包括其改进型)。
回差电压： U UT1 UT2
（3）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。
4、集成运放的非线性工作区
电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈
无源网络
理想运放工作在非线性区的特点： 1) 净输入电流为0 2) uP> uN时， uO＝＋UOM uP< uN时， uO＝－UOM
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 §8.2 电压比较器 §8.3 非正弦波发生电路 §8.4 信号的转换
§8.1 正弦波振荡电路
一、正弦波振荡的条件和电路的组成 二、RC正弦波振荡电路 三、LC正弦波振荡电路 四、石英晶体正弦波振荡电路
一、正弦波振荡的条件和电路的组成
必要吗？
正弦波振荡电路
+VCC
RC RB1
+
+
C4
Co
+
（1）放大电路：保证能起振，实现能量控制； （2）选频网络：确定电路的振荡频率，产生单一频率的正弦波。 （3）正反馈网络：使放大电路的输入信号等于反馈信号。 （4）稳幅环节：使输出信号幅值稳定。 常将选频网络和正反馈网络合二为一。
2、电路的分类
按组成选频网络的元件类型不同，可分为： (1) RC正弦波振荡器（f<1MHz) (2)LC正弦波振荡器（f>1MHz) (3)石英晶体振荡器（f稳定度高)
ui
R
选频电路
图8.1.7 RC桥式正弦波振荡电路(a)
8.1
正弦波振荡电路——8.1.2 RC正弦波振荡电路
图8.1.7 RC桥式正弦波振荡电路
8.1
正弦波振荡电路——8.1.2 RC正弦波振荡电路
•
2. 如何满足自激振荡的条件
RF
R1
.. 为了满足 AF =1, A=3
1
Uf __ = __ 1 F= • , Uo 3 • RF A=（1+ R ）,
1 R LC 1 1 L 谐振频率f 0 ，品质因数Q R C 2 LC 1 当f f 0时， 0 Z R＋Q 2 R QX L QX C Y0 品质因数Q ，当Q 1时， 0
0 L
图8.1.10 LC并联网络 (b)考虑电路损耗时的网络
8.1
正弦波振荡电路——8.1.3 LC正弦波振荡电路
8.1
正弦波振荡电路——8.1.3 LC正弦波振荡电路
8.1.3 LC正弦波振荡电路
当f0很高时，放大电路多用分立元件（甚至共b）的 LC振荡电路。
童诗白《模拟电子技术基础》(第4版)笔记和课后习题(含考研真题)详波形的发生器和信号的转换)【圣才出
第8章 波形的发生器和信号的转换8.1 复习笔记一、正弦波振荡电路1．产生正弦波振荡的条件（1）振幅平衡条件：（2）相位平衡条件：（3）起振条件：2．正弦波振荡电路的组成（1）放大电路：保证电路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。
（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。
（4）稳幅环节：也是非线性环节，使输出信号幅值稳定。
在不少实用电路中，常将选频网络和正反馈网络“合二而一”，且对于分立元件放大电路，也不再另加稳幅环节，而依靠晶体管特性的非线性来起到稳幅作用。
3．判断电路能否震荡的方法（1）观察电路是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。
（2）判断电路是否有合适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输出和放大。
（3）判断电路是否满足振荡的相位条件、幅值条件。
3．RC 正弦波振荡电路（1）振荡条件：反馈系数，电压放大倍数。
（2）起振条件：，即。
12f R R （3）振荡频率：。
（4）典型的RC 正弦波振荡电路：文氏电桥正弦波振荡电路，如图8.1所示。
图8.1 RC 文氏电桥正弦波振荡电路4．LC正弦波振荡电路（1）谐振时，回路等效阻抗为纯阻性，阻值最大，值为：其中，为品质因数；为谐振频率。
（2）如图8.2所示，LC并联谐振回路等效阻抗为：图8.2 LC 并联网络（3）变压器反馈式振荡电路的振荡频率为：（4）三点式LC 正弦波振荡器（1MHz 以上频率），典型电路如图8.3所示。
(a)电感三点式振荡器(b)电容三点式振荡器图8.3 典型三点式LC正弦波振荡器①组成原则：与晶体管发射极相联的电抗是相反性质的，不与发射极相联的另一电抗是相同性质的。
②振荡频率：计算振荡频率时，只需分离出LC总回路求谐振频率即可。
电容式：电感式：5．石英晶体振荡器（1）石英晶体等效电路：R、C、L串联后与Co并联，如图8.4所示。
脉冲波形的产生和变换试题及答案
第八章脉冲波形的产生和变换一、填空题1.(10-1中)矩形脉冲的获取方法通常有两种：一种是________________；另一种是________________________。
2.（10-1易）占空比是_________与_______的比值。
3．（10-4中）555定时器的最后数码为555的是（a.T T L,b.C M O S）产品，为7555的是（a.T T L, b.C M O S）产品。
4．（10-3中）施密特触发器具有现象；单稳触发器只有个稳定状态。
5．（易，中）常见的脉冲产生电路有，常见的脉冲整形电路有、。
6．（中）为了实现高的频率稳定度，常采用振荡器；单稳态触发器受到外触发时进入。
7.（10-3易）在数字系统中，单稳态触发器一般用于______、______、______等。
8.（10-3中）施密特触发器除了可作矩形脉冲整形电路外，还可以作为________、_________。
9.（10-2易）多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状态，故又称为________。
10.（10-2中）由门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式，但它们均具有如下共同特点: 首先，电路中含有________，如门电路、电压比较器、BJT 等。
这些器件主要用来产生________；其次，具有________, 将输出电压器恰当的反馈给开关器件使之改变输出状态；另外，还有，利用RC电路的充、放电特性可实现_______，以获得所需要的振荡频率。
在许多实用电路中，反馈网络兼有_____作用。
11.（10-3易）单稳态触发器的工作原理是：没有触发信号时，电路处于一种_______。
外加触发信号，电路由_____翻转到_____。
电容充电时，电路由______自动返回至______。
二、选择题1．（10-2中）下面是脉冲整形电路的是（）。
A.多谐振荡器B.J K触发器C.施密特触发器D.D触发器2．（10-2中）多谐振荡器可产生（）。
模拟电子技术基础第四版童诗白课后答案第八章
模拟电子技术基础第四版童诗白课后答案第八章Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】第8章波形的发生和信号的转换自测题一、改错：改正图所示各电路中的错误，使电路可能产生正弦波振荡。
要求不能改变放大电路的基本接法（共射、共基、共集）。
(a) (b)图解：(a)加集电极电阻R c及放大电路输入端的耦合电容。
(b)变压器副边与放大电路之间加耦合电容，改同名端。
二、试将图所示电路合理连线，组成RC桥式正弦波振荡电路。
图解：④、⑤与⑨相连，③与⑧相连，①与⑥相连，②与⑦相连。
如解图所示。
解图三、已知图(a)所示方框图各点的波形如图(b)所示，填写各电路的名称。
电路1为正弦波振荡电路，电路2为同相输入过零比较器，电路3为反相输入积分运算电路，电路4 为同相输入滞回比较器。
(a)(b)图四、试分别求出图所示各电路的电压传输特性。
(a) (b)图解：图(a)所示电路为同相输入的过零比较器；图(b)所示电路为同相输入的滞回比较器，两个阈值电压为±U T =±U Z。
两个电路的电压传输特性如解图所示。
解图五、电路如图所示。
图(1)分别说明A 1和A 2各构成哪种基本电路；(2)求出u O1与u O 的关系曲线u O1=f (u O )；(3)求出u O 与u O1的运算关系式u O =f (u O1)；(4)定性画出u O1与u O 的波形；(5)说明若要提高振荡频率，则可以改变哪些电路参数，如何改变解:(1)A 1：滞回比较器；A 2：积分运算电路。
(2)根据12111112121()02P O O O O N R R u u u u u u R R R R =⋅+⋅=+==++ 可得：8T U V ±=±u O1与u O 的关系曲线如解图 (a)所示。
(3) u O 与u O1的运算关系式(4) u O1与u O 的波形如解图(b)所示。
波形产生电路与变换电路
F
可分解为： A F 1
称为振幅平衡条件。 （n = 0 , 1, 2, …)
A F 2n
称为相位平衡条件。
第八章 波形产生电路与变换电路
说明：对相位平衡条件：
A F (o i ) (F o ) F i
FU 即有： Z U Z U Z [F 1]e
1 F 2R 2 T 2T1 2 ln 2RC ln(1 ) 1 F R3
第八章 波形产生电路与变换电路
1 F 2R 2 T 2T1 2 ln 2RC ln(1 ) 1 F R3 1 1 则： f T 2R 2 2RC ln(1 ) R3
即：反馈电压与原输入电压的相位差，也就是信号通过基本放 大器、反馈网络的总相移。所以相位平衡条件就是反馈电压和原输 入电压要同相位，即为正反馈。判断的方法就是瞬时极性法。只有 这两个条件同时满足时，电路才能维持自激振荡。振幅平衡条件可 以通过对电路参数的调节容易满足，所以相位平衡条件是电路能否 产生振荡的关键。 3、自激振荡的建立和起振条件： （1）自激振荡的建立：实际上，振荡器在开始起振时不需要信 号源，靠电路中电路接通时的电扰动，这种电扰动中存在着丰富的 成份，包含频率为fo 正弦信号。 （2）选频网络：为了使频率为fo 正弦信号放大—反馈—再放 大——输出，振荡器中还必须有一个选频网络。
图 8 - 12ICL8038管脚图(顶视图)
第八章 波形产生电路与变换电路
§8.3 正弦波产生电路
一、正弦波振荡器的基本原理
1、自激振荡的基本原理及框图：
如下图：输入信号通过基本放大器得 到输出信号，引入负反馈，调节电路参 数，使之反馈信号等于原输入信号，这 样反馈信号就能代替原输入信号，我们 把这样一个没有输入就有输出的闭环系 统称为自激振荡器。
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损耗
在f＝f0时，电容和电感中电流各约为多少？ QI 0 2 网络的电阻为多少？ Q R
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模 拟 电 路
LC选频放大电路→正弦波振荡电路
当 f=f0时，电 压放大倍数的数 值最大，且附加 相移为0。
2013年6月18日星期二
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模 拟 电 路
4.电容反馈式（电容三点式）电路
作用？
1 f0 2π L C1C2 (C1 C2 )
若C C1且C C2，则
Uf
Ui
f0
C
1 2π LC
仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。
很多种频率
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模 拟 电 路
频率逐渐变 为单一
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模 拟 电 路
振幅越来越大
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选频网络和正反馈 网络是两个网络。
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模 拟 电 路
双T网络带阻滤波器
Uo Uo 1 2 R 2C 2 1 当 =0 = 时， 0。 1 2 R 2C 2 j 4 RC Ui RC Ui
3.电感反馈式电路
特点：耦合紧密，易振，振 幅大，C 用可调电容可获得 较宽范围的振荡频率。波形 较差，常含有高次谐波。
因为放大电路的输入电 阻就是它自身的负载， 故A与F 具有相关性；若增大 N ，则 A 增大， 减小。 F
1
由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高 次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。
模 拟 电 路
第8章 波形的发生和信号的转换
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模 拟 电 路
第8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 §8.4 信号的转换
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Ui ( f f 0 )
C1是必要的吗？ 特点： 易振，波形较好；耦合不紧密， 损耗大，频率稳定性不高。
为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式 电路。 如何组成？
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模 拟 电 路
共射电路 φA=-π
附加相移
放大电路
Uo
反馈网络
构成正弦波 振荡电路最简 单的做法是通 过变压器引入 反馈。
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模 拟 电 路
2.变压器反馈式电路
Uf
必须有合适的同铭端！ 分析电路是否可能产生正弦 波振荡的步骤： 1) 是否存在四个组成部分 2) 放大电路是否能正常工作 3) 是否满足相位条件 4) 是否可能满足幅值条件
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模 拟 电 路
5.分类 常用选频网络所用元件分类。 1) RC正弦波振荡电路：1兆赫以下 2) LC正弦波振荡电路：几百千赫～几百兆赫 3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定
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模 拟 电 路
一、正弦波振荡的条件和电路的组成
1.正弦波振荡的条件
无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。 与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路 中引入的是正反馈，且振荡频率可控。
在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈： X o X i' X o
由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最 终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。。
1
Xo
F
A
A
1
非线性环节 的必要性！
F
A
1
o
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Xf (Xi )
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F
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模 拟 电 路
3.基本组成部分
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：确定f0，保证电路产生正弦波振荡 4) 非线性环节（稳幅环节）：稳幅
模 拟 电 路
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模 拟 电 路
起振阶段波形
稳定波形
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模 拟 电 路
讨论一：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路
1 1 3 j( RC ) RC
令f 0
1 1 ，则 F f f 2π RC 3 j( 0 ) f0 f
当 f=f0时，不但φ=0，且 F 最大，为1/3。
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模 拟 电 路
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模 拟 电 路
讨论二：判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？
RC 双T选频网络
RC 移项式电路
正反馈 网络
U
i
选频 网络
1) RC 移相电路有几级才 可能. Uo . Uf
f ，U f 0， F 90
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第 14页
模 拟 电 路
RC串并联选频网络的频率响应
Uf F Uo R R∥ 1 j C 1 j C 1 j C
＋R ∥
F
常合二为一
4.分析方法
1) 是否存在主要组成部分； 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，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。
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模 拟 电 路
相位条件的判断方法：瞬时极性法
U
i
极性？
在多数正弦波振荡电路 中，输出量、净输入量和 反馈量均为电压量。
断开反馈，在断开处给放大电路加 f＝f0的信号Ui，且规 定其极性，然后根据 Ui的极性→ Uo的极性→ Uf的极性 若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不 可能产生自激振荡。
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。
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模 拟 电 路
3.RC 桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）
用同相比例运算电路作放大电路。
Rf 2R1
AF 1 起振条件：
幅值平衡条件
相位平衡条件
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。
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2.起振与稳幅：输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到
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模 拟 电 路
趋于稳幅
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2.起振与稳幅
电路如何从起振到稳幅？
AF 1
Xo
稳定的 振幅
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§8.1 正弦波振荡电路
一、正弦波振荡的条件和电路的组成
二、RC正弦波振荡电路 三、LC正弦波振荡电路
四、石英晶体正弦波振荡电路
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2.电路组成
不符合相位条件 不符合幅值条件
1)是否可用共射放大电路？ 2)是否可用共集放大电路？ 3)是否可用共基放大电路？ 4)是否可用两级共射放大电路？
输入电阻小、输出 电阻大，影响f0 可引入电压串联负反馈，使 电压放大倍数大于3，且Ri大、 Ro小，对f0影响小