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1、第八章第八章 波形的发生和信号的变换波形的发生和信号的变换8.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 sin-wave oscillator8.2 电压比较器电压比较器 comparator8.3 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变换电路利用集成运放实现的信号变换电路12/7/202218.1 8.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路一一.概概 述述正弦振荡器正弦振荡器：不需要任何输入信号不需要任何输入信号，能产生稳定输出、能产生稳定输出、有一定幅度和频率正弦波的电路。有一定幅度和频率正弦波的电路。1.振荡条件振荡条件只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自
2、激振荡。自激振荡时，有：自激振荡时，有：即：即：自激振荡条件自激振荡条件写成模和相角形式：写成模和相角形式：幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件12/7/202222.起振与稳幅起振与稳幅起振过程：起振过程：f0满足：满足：电源通断电源通断/噪声噪声/干扰干扰当此时有：当此时有：则：则：f0的信号被的信号被重复放大重复放大稳幅过程：稳幅过程：当当放大放大/反馈回路反馈回路存在适当的存在适当的非线性元件非线性元件时，时，f0信信号号幅度幅度增大增大到一定到一定值值，非线性元件开始起，非线性元件开始起作用作用，使使：12/7/202233.正弦振荡电路的组成正弦振荡电路的组成 放大电路
3、：合理的放大电路：合理的Q点，足够的增益。点，足够的增益。反馈网络：正反馈。反馈网络：正反馈。选频网络：只有一个频率满足振荡条件。选频网络：只有一个频率满足振荡条件。稳幅环节：幅值稳定，波形良好。稳幅环节：幅值稳定，波形良好。4.正弦振荡电路的分类正弦振荡电路的分类按选频网络的组成按选频网络的组成分为：分为：RC、LC、石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路低频低频高频高频12/7/202248.1.2 8.1.2 RC RC 振荡电路振荡电路RC选频网络：选频网络：RC文氏桥文氏桥(串并联串并联网络）网络）、RC移相移相、RC双双T网络网络一、一、RC串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性定性分
4、析：定性分析：U2比较小比较小U2比较小比较小U2比较大比较大12/7/20225定量分析：定量分析：令：令：则：则：当当ff0时：时：特性曲线：特性曲线：12/7/20226二、二、文氏桥正弦波振荡电路文氏桥正弦波振荡电路 反馈、选频网络：反馈、选频网络：当当时：时：放大电路：放大电路：同相放大电路，同相放大电路，Au1+Rf/R1略大于略大于3。电路连接：电路连接：稳幅环节：稳幅环节：当当Uo较大时，较大时，Rf 或或R1 ，使，使Au3。方法方法1.热敏电阻热敏电阻(负温度系数）负温度系数）替换替换Rf热敏电阻热敏电阻(正温度系数正温度系数）替换替换R1方法方法2.12/7/20227K
5、：双联波段开关，双联波段开关，切换切换R，用于粗调用于粗调振荡频率。振荡频率。C：双联可调电容，改变双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。用于细调振荡频率。频率可调振荡电路：频率可调振荡电路：_+RfuoRCCR1 1KKR1R1R2R2R3R3振荡振荡频率频率：12/7/20228电子琴的振荡电路：电子琴的振荡电路：_+RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R212345176功率放功率放大器大器可调可调12/7/20229三三.LC LC 振振 荡荡 电电 路路一、一、LC并联谐振回路的并联谐振回路的频率特性频率特性LC选频网络选频网络：通常
6、是采用：通常是采用LC并联谐振回路并联谐振回路。考虑考虑L的电阻的电阻小小阻抗：阻抗：12/7/202210谐振时，谐振时，(阻性阻性，最大最大)；有：有：品质因数：品质因数：反映反映R的损耗大小的损耗大小（几十几百）。（几十几百）。此时回路电流很大。此时回路电流很大。回路外部元件的影响可忽略回路外部元件的影响可忽略12/7/202211二、二、LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1、变压器反馈、变压器反馈正反馈：正反馈：振荡频率：振荡频率：为：为：考虑了其它绕组的影响考虑了其它绕组的影响起振：起振：改变匝数比可使改变匝数比可使|AF|1稳幅：稳幅：利用利用LC的选频特性的选频特性取消取消C1可以
7、吗？可以吗？12/7/2022122、电感三点式、电感三点式正反馈：正反馈：振荡频率：振荡频率：3、电容三点式、电容三点式正反馈：正反馈：振荡频率：振荡频率：Colpitts Oscillator 考毕茨振荡器考毕茨振荡器Hartley Oscillator 哈特莱振荡器哈特莱振荡器12/7/202213下列电路能振荡吗？下列电路能振荡吗？12/7/2022148.1.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路一、石英晶体一、石英晶体是一种利用是一种利用SiO2晶体晶体压电效应压电效应原理构成的谐振器件。原理构成的谐振器件。外形外形结构结构等效电路等效电路符号符号L：模拟晶体机械振模拟晶体机械振动惯
8、性动惯性10-310-2HR：模拟机械振动摩模拟机械振动摩擦损耗，擦损耗，很小很小C0：静电电容静电电容(平行平行板电容板电容)约约几几几十几十pFC：晶体弹性电容晶体弹性电容10-410-1pF频率特性频率特性：很大，：很大，105串联谐振：串联谐振：并联谐振：并联谐振：12/7/202215二、石英晶体正弦波振荡电路二、石英晶体正弦波振荡电路 作为作为电感电感用，并接电容用，并接电容CL几几十十pF，此时此时 f0 fS。调节调节CL可以可以使使f0在在fSfP之间变化。之间变化。并联式石英晶体正弦振荡器并联式石英晶体正弦振荡器 串联式石英晶体正弦振荡器串联式石英晶体正弦振荡器12/7/2
9、022168.2 8.2 电压比较器电压比较器1.电电压压比比较较器器将将一一个个模模拟拟量量输输入入电电压压与与一一个个参参考考电电压压进进行行比比较较，输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。2.比比较较器器中中的的集集成成运运放放一一般般工工作作在在非非线线性性区区；处处于于开开环环状状态态或或引入正反馈。引入正反馈。3.分类：单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。分类：单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。8.2.1概述概述4.比比较较器器是是组组成成非非正正弦弦波波发发生生电电路路的的基基本本单单元元，在在测测量量、控控制制、D/A和和A/D转换电
10、路中应用广泛。转换电路中应用广泛。12/7/202217一、一、电压比较器的传输特性电压比较器的传输特性1.电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系2.阈阈值值电压电压：UT当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。应的输入电压。3.电压传输特性的三要素电压传输特性的三要素(1)输出电压的高电平输出电压的高电平UOH和低电平和低电平UOL的数值。的数值。(2)阈值电压的数值阈值电压的数值UT。(3)当当uI变化且经过变化且经过UT时，时，uO跃变的方向。跃变的方向。12/7/
11、202218二、理想运放的非线性工作区二、理想运放的非线性工作区+UOMuOuP-uN NO-UOM集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性 在电压比较器中，集成运放不是工作在开环在电压比较器中，集成运放不是工作在开环状态，就是工作在正反馈。状态，就是工作在正反馈。12/7/202219u uI I与一个参考电压（阈值电压与一个参考电压（阈值电压U UT T）进行比较。进行比较。一、一、过零过零比较器比较器当当 时：时：当当 时：时：此时：此时：电压传输特性电压传输特性8.2.2单限比较器单限比较器12/7/202220输入保护输入保护此时：此时：输出限幅输出限幅此时：此时：运放工作在饱和
12、状态运放工作在饱和状态此时：此时：运放工作在线性区运放工作在线性区12/7/202221二、二、一般单限比较器一般单限比较器（虚断成立！）（虚断成立！）叠加原理叠加原理当当 时：时：（此时虚短成立！此时虚短成立！）电压传输特性电压传输特性12/7/202222存在干扰时单限比较器的存在干扰时单限比较器的 uI、uO 波形波形 单单限限比比较较器器的的作作用用：检检测测输输入入的的模模拟拟信信号号是是否否达达到到某一给定电平。某一给定电平。缺点缺点：抗干扰能力差。：抗干扰能力差。解决办法解决办法：采用具有采用具有滞回滞回传输特性的比传输特性的比较器。较器。12/7/202223电压比较器分析方法
13、小结电压比较器分析方法小结（1）由限幅电路确定电压比较器的输出高电平）由限幅电路确定电压比较器的输出高电平UOH和输出和输出低电平低电平UOL。（2）写出）写出up和和uN的电位表达式，令的电位表达式，令up=uN，解得输入电解得输入电压就是阈值电压压就是阈值电压UT。（3）u0在在uI 过过UT时的跃变方向决定于作用于集成运放的哪时的跃变方向决定于作用于集成运放的哪个输入端。个输入端。当当uI从反向输入端输入时，从反向输入端输入时，uIUT,u0=U0L。反之，结论相反。反之，结论相反。12/7/2022248.2.3 8.2.3 滞回比较器滞回比较器ShmittShmitt触发器触发器 单
14、单限限比比较较器器工工作作在在开开环环状状态态，当当u uI IU UT T时时，很很小小的的干干扰扰，将会使将会使输出输出状态状态改变改变。因此，希望电路具有。因此，希望电路具有滞回特性滞回特性。反相反相滞回比较器滞回比较器（虚断成立！）（虚断成立！）叠加原理叠加原理当当 时：时：存在存在2 2个阈值电压！个阈值电压！12/7/202225电压传输特性电压传输特性当当 时：时：当当 时：时：当当 时：时：当当 时：时：当当 时：时：滞回特性是由于正反馈而产生的！滞回特性是由于正反馈而产生的！当当 时：时：12/7/202226画出输出波形画出输出波形已知：传输特性已知：传输特性输入波形输入波
15、形输出波形输出波形12/7/2022278.2.4 8.2.4 窗口比较器窗口比较器 单单限限比比较较器器和和滞滞回回比比较较器器在在输输入入单单向向变变化化时时，输输出出只只跳跳变变一一次次。窗窗口口比比较较器器是是一一种种输输入入单单向向变变化化，输输出出跳跳变变二二次次的比较器，的比较器，即有二个阈值电压即有二个阈值电压：U UTLTL和和U UTHTH。应用：测量某个量是否在一定的范围内，如应用：测量某个量是否在一定的范围内，如BJTBJT的的。分析：分析：当当 时：时：当当 时：时：当当 时：时：传输特性传输特性12/7/2022288.2.5 8.2.5 集成电压比较器集成电压比较
16、器 集成电压比较器集成电压比较器是是专用专用的电压比较器，具有的电压比较器，具有响应速度快响应速度快、延迟时间短延迟时间短，无需限幅无需限幅电路。但电路。但放大性能放大性能不如不如运算放大器运算放大器。常用集成电压比较器常用集成电压比较器LM339(139/239)AD790AD9696LM311电源：电源：236V 1 18V电源：电源：5V 5V电源：电源：5V 5V电源：电源：530V 2.5 15V响应时间：响应时间：300ns响应时间：响应时间：45ns响应时间：响应时间：4.5ns响应时间：响应时间：200ns输出方式：输出方式：OC输出方式：输出方式：TTL输出方式：互补输出方式
17、：互补输出方式：输出方式：12/7/202229LM339介绍介绍12/7/2022308.3 8.3 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路矩形波矩形波三角波三角波锯齿波锯齿波尖顶波尖顶波阶梯波阶梯波非正弦波非正弦波主要是指主要是指三角波三角波和和矩形波矩形波12/7/202231uCUT+UT-tUZuOUZ-UZt8.3.1 矩形波发生电路矩形波发生电路电路是一个电路是一个滞回比较器滞回比较器。给电路给电路增加增加一个一个RC定时电路定时电路。电路分析：电路分析：设：设：初始时，初始时，uC0，uOUZ。1.R3对对C充电充电。2.充到充到UT+后，后，R3对对C放电放电。3.放到放到UT-后
18、，后，R3对对C充电充电。12/7/202232uCUT+UT-tUZuOUZ-UZt波形参数计算：波形参数计算：1.输出电压输出电压脉冲幅度脉冲幅度2UZ2.脉冲周期脉冲周期T1T2因此：因此：12/7/202233占空比可调电路：占空比可调电路：12/7/2022348.3.2 8.3.2 三角波发生电路三角波发生电路 方波方波经过经过积分电路积分电路就可以得到就可以得到三角波三角波。所以，所以，三角波发三角波发生电路生电路可以用可以用矩形波发生电路矩形波发生电路积分电路积分电路构成。构成。基本电路与波形：基本电路与波形：由于，由于，三角波发生电路三角波发生电路中有中有2 2个个RCRC定
19、时电路定时电路，可以省去，可以省去滞回滞回比较器比较器的的RCRC定时电路定时电路。12/7/202235改进电路：改进电路：A A1 1：同相同相滞回比较器滞回比较器A A2 2：反相反相积分电路积分电路阈值电压的计算：阈值电压的计算：积分运算关系：积分运算关系：而，而，uIUT 时，时，uP012/7/202236工作原理：工作原理：设：设：初始时，初始时，u uC C0 0，u uO1O1U UZ Z。1.1.A A2 2向下向下积分积分。2.2.积分到积分到U UT-T-时，开始时，开始向上向上积分。积分。3.3.积分到积分到U UT+T+后，又开始后，又开始向下向下积分。积分。参数计
20、算：参数计算：脉冲幅度脉冲幅度2 2U UT+T+2 2U UZ ZR R1 1/R R2 2T1T2脉冲周期脉冲周期与积分电路无关！与积分电路无关！通过通过R R3 3C C改变频率，改变频率，幅度不变！幅度不变！12/7/202237uO1占空比：占空比：如何改变如何改变该该占空比？占空比？积分电路积分电路的的充放电回路充放电回路用用二极管二极管隔离，使二个通路的隔离，使二个通路的积分积分常数不同常数不同。12/7/2022388.3.3 锯齿波发生电路锯齿波发生电路当当D1通路通路的的电阻很小电阻很小时，时，有如图波形：有如图波形：12/7/2022398.3.4波形变换电路波形变换电路
21、（自阅）（自阅）一一.三角波三角波 锯齿波锯齿波变换电路变换电路-11+二二.三角波三角波 正弦波正弦波变换电路变换电路1 1、滤波法、滤波法12/7/2022402 2、折线法、折线法原理原理电路电路12/7/2022418.3.5 8.3.5 函数发生器函数发生器 函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路；波的专用集成电路；当调节外部电路参数时，还可获得占当调节外部电路参数时，还可获得占空比可调的矩形波和锯齿波。空比可调的矩形波和锯齿波。一、电路结构一、电路结构（ICL8038）1.二个电流源二个电流源2.二个同相输入二个
22、同相输入单限比较器单限比较器3.RS触发器触发器4.二个缓冲电路二个缓冲电路5.三角波变正弦波电路三角波变正弦波电路12/7/202242当当 Q=0，S 断开，断开，C 充电充电(IS1)至至 2/3VCCQ=1当当 Q=1，S 闭合，闭合，C 放电放电(IS2-IS1)至至 1/3VCCQ=0当当 IS2=2IS1，引脚引脚 9 输出方波，引脚输出方波，引脚 3 输出三角波；输出三角波；当当 IS2 2IS1，引脚引脚 9 输出矩形波，引脚输出矩形波，引脚 3 输出锯齿波。输出锯齿波。二、工作原理二、工作原理Q Qn+1n+1=S+RQS+RQn n12/7/202243三、性能特点三、性
23、能特点12345678ICL803814131211109正弦波正弦波失真度调整失真度调整正弦波失正弦波失真度调整真度调整正弦波输出正弦波输出三角波输出三角波输出矩形波输出矩形波输出调频偏置调频偏置电压输入电压输入调频偏置调频偏置电压输出电压输出接电阻接电阻 RA接电阻接电阻 RB接电容接电容 C+VCC-VEE(或地或地)8.3.20ICL8038的引脚图的引脚图ICL8038可单电源供电，也可双电源供电。可单电源供电，也可双电源供电。12/7/202244四、常用接法四、常用接法12/7/202245调占空比和正弦波失真调频率调占空比和正弦波失真RW1RP4 RW2+VCC-VEERRAI
24、CL8038451310 11128RBRP3CC1692图图8.3.23失真度减小和频率可调电路失真度减小和频率可调电路12/7/2022468.4 8.4 利用集成运放实现的信号变换电路利用集成运放实现的信号变换电路8.4.1 电压电流转换电路电压电流转换电路所以输出电流与输入所以输出电流与输入电压成比例电压成比例。(a)(a)负载不接地负载不接地一、电压电流转换电路一、电压电流转换电路12/7/202247(b)(b)负载接地负载接地可解得可解得 对图（对图（b）电路，电路，R1和和R2构构成电流并联负反馈；成电流并联负反馈；R3、R4和和RL构成构成电压串联正反馈。由构成构成电压串联正
25、反馈。由图可得图可得12/7/202248讨论：讨论：1.当分母为零时，当分母为零时，iO，电路自激。电路自激。2.当当R2/R1=R3/R4时时,则则说明说明iO与与vS成正比成正比,实现了线性变换实现了线性变换。12/7/202249实用的电压电流转换电路实用的电压电流转换电路12/7/202250由图可知由图可知 可见输出电压与输可见输出电压与输入电流成比例。入电流成比例。输出端的负载电流输出端的负载电流二、电流电压转换电路二、电流电压转换电路12/7/2022518.4.2 8.4.2 精密整流电路精密整流电路把交流电变为单向脉动电，称为整流。把交流电变为单向脉动电，称为整流。把微弱的
26、交流电转换成单向脉动电，则称为精密整流。把微弱的交流电转换成单向脉动电，则称为精密整流。此时二极管此时二极管(由于其正向压降由于其正向压降)无法直接来实现。无法直接来实现。半波整流半波整流全波整流全波整流12/7/202252精密整流电路精密整流电路A1、D1、D2：半波精密整流半波精密整流A2：反相加法器反相加法器半波精密整流原理半波精密整流原理uI正正半周时：半周时：D1截止截止、D2导通导通uI负负半周时：半周时：D1导通导通、D2截止截止精密整流波形精密整流波形12/7/202253电压频率转换电路（电压频率转换电路（VFC）或或 电压控制振荡电路（电压控制振荡电路（VCO）输入端：直
27、流电压输入端：直流电压输出端：频率值与直流输入电压成正比的一定频率的信号输出端：频率值与直流输入电压成正比的一定频率的信号典型应用：数字式测量仪器典型应用：数字式测量仪器8.4.3 8.4.3 电压频率转换电路电压频率转换电路12/7/202254一、由集成运放构成的电压频率转换电路一、由集成运放构成的电压频率转换电路1、电荷平衡式电路、电荷平衡式电路12/7/202255放电过程放电过程充电过程充电过程12/7/202256放电过程放电过程周期：周期：积分起始值：积分起始值：积分终止值：积分终止值：12/7/2022572、复位式电路、复位式电路周期周期：Uo为高电平为高电平S断开断开Uo为
28、低电平为低电平S闭合闭合12/7/202258复位式电压频率转换电路复位式电压频率转换电路12/7/2022598.5 8.5 锁相环锁相环(PLL)(PLL)锁相环锁相环用用PLLPLL表示表示8.5.1 8.5.1 锁相环电路的基本结构锁相环电路的基本结构8.5.2 8.5.2 锁相环的工作原理锁相环的工作原理 使一个振荡器的频率和相位受一个使一个振荡器的频率和相位受一个控制信号锁定的闭环振荡电路。在频率上，控制信号锁定的闭环振荡电路。在频率上，振荡频率严格等于控制信号的频率，振荡频率严格等于控制信号的频率，在相位上则保持一个固定的差值。在相位上则保持一个固定的差值。8.5.3 8.5.3
29、 频率合成频率合成12/7/2022608.5.1 8.5.1 锁相环电路的基本结构锁相环电路的基本结构 锁相环的基本框图如锁相环的基本框图如图图20.1120.11所示，它的组成：所示，它的组成：鉴相器鉴相器(PD)(PD)环路滤波器环路滤波器(LF)(LF)压控振荡器压控振荡器(VCO)(VCO)图图20.11 20.11 锁相环的原理框图锁相环的原理框图12/7/202261鉴相器的输出鉴相器的输出vD(t)与与vI和和vO的相差成比例，的相差成比例，实现相差实现相差/电压的变换。电压的变换。鉴相器一般采用模拟乘法器实现鉴相器一般采用模拟乘法器实现(1)(1)鉴相器鉴相器PD原理如下原理
30、如下:是一个相位比较电路，是一个相位比较电路，可实现输入信号可实现输入信号vI和和压控振荡器输出压控振荡器输出vO的相位鉴别的相位鉴别设设输入信号为输入信号为 vi(t)=Vimcosi t+i(t)VCO的输出为的输出为 vo(t)=Vomcoso t+o(t)将和频分量滤除，且将和频分量滤除，且当当io时时,有有 vD(t)=Km vi(t)vo(t)相乘后得到相乘后得到 v D(t)=Km vi(t)vo(t)Kd 称为鉴相灵敏度称为鉴相灵敏度(t)=i(t)-o(t)称为输入与输出称为输入与输出之间的瞬时相差之间的瞬时相差12/7/202262 (2)环路滤波器环路滤波器LF一般是一个
31、低通滤波器一般是一个低通滤波器功能是：功能是：传递相位误差信号传递相位误差信号 vD(t)；滤除高频分量和干扰滤除高频分量和干扰 。输出为输出为VC(t)F(s)vD(s)F(s)为滤波器的传递函数，为滤波器的传递函数，s s为拉氏算子为拉氏算子 图图20.12 20.12 环路滤波器电路图环路滤波器电路图 电路如电路如图图20.12所示。所示。图中的图中的R2一般集成一般集成在运放中在运放中,R1和和C外外接接,用以调节电路的用以调节电路的相移滞后角度。相移滞后角度。演示演示 环路滤波器的环路滤波器的RC电路往往与运放组成有源滤波器，电路往往与运放组成有源滤波器，12/7/202263(3)
32、(3)压控振荡器压控振荡器VCO 一般的振荡器要调节频率，是通过改变选频网络一般的振荡器要调节频率，是通过改变选频网络的参数的参数(如如R、L、C)实现的。实现的。VCO的压控特性为的压控特性为 o(t)=o+Kovc(t)称为固有频率，即称为固有频率，即vc(t)=0时的时的VCO输出频率输出频率称为压控灵敏度，称为压控灵敏度，单位单位Hz/V VCO是通过改变一个控制电压去改变振荡器的频是通过改变一个控制电压去改变振荡器的频率，因此率，因此VCO是一个电压是一个电压/频率变换电路。频率变换电路。由于由于VCO便于控制，它可以组合成许多有用的电便于控制，它可以组合成许多有用的电路。路。12/
33、7/2022648.5.2 8.5.2 锁相环的工作原理锁相环的工作原理 为了说明锁相环的工作原理，设输入频率为了说明锁相环的工作原理，设输入频率fi 与与VCO的的振荡频率振荡频率fo之间有一个小的频率差。这两个信号经鉴相器之间有一个小的频率差。这两个信号经鉴相器PD和环路滤波器和环路滤波器LF后，得到后，得到 vc(t)作作用用在在VCO上上，对对VCO调调频频，此此时时VCO的的振振荡荡频频率率将将在在f0的的基基础础上上随随时时间间按按余余弦弦规规律律变变化化，如如图图20.13所所示。示。图图20.13 20.13 鉴相器输出波形的形成鉴相器输出波形的形成12/7/202265图图2
34、0.14 20.14 环路滤波器的环路滤波器的输出波形输出波形 图图20.13 20.13 鉴相器输出波形的形成鉴相器输出波形的形成vo(t)的频率的频率()(i-o)()vD(t)上宽下窄上宽下窄有直流分量有直流分量Vc控制控制fo向向fi趋近趋近频率牵引频率牵引环路锁定环路锁定牵引过程结束后牵引过程结束后,锁相环达到锁相环达到 i-o=0,=const,vc(t)=Vc的状态的状态捕捉过程捕捉过程从环路失锁到从环路失锁到环路锁定的过程环路锁定的过程所需要的时间称为捕捉时间，所需要的时间称为捕捉时间，用用tc表示。表示。环路跟踪环路跟踪锁相环锁定后，锁相环锁定后，i-o=0,而而=const
35、0,就有就有 vc(t)=VC使锁相环有能力使锁相环有能力一旦在输入信号频率发生变化时，一旦在输入信号频率发生变化时，继续锁定输出频率，继续锁定输出频率，使输出频率始终使输出频率始终同步跟踪输入频率的现象。同步跟踪输入频率的现象。12/7/2022668.5.3 8.5.3 锁相环用于调制解调电路锁相环用于调制解调电路调制：携带信息的输入信号来控制另一信号的某一参数，使之按照输入信号的规律而变化的过程，输入信号称为调制信号，被控制的信号称为载波（或载频）信号，能够完成调制功能的电路称为调制器，其输出信号为调制波。载波信号一般为等幅振荡信号，其振荡频率相对输入信号的频率为高频信号。若调制信号控制
36、载波信号的幅度，则称为幅度调制，简称调幅，用AM表示。调幅波的频率等于载波的频率，幅值随调制信号的幅值变化。若调制信号控制载波信号的频率，则称为频率调制，简称调频，用FM表示，调频波以载波频率为中心频率，且频率随调制信号幅值成线性关系，但其幅度不变。12/7/202267若调制信号控制载波信号的相位，则称为相位调制，简称调相，用PM表示。12/7/202268二、锁相环用于调频电路12/7/202269三、锁相环用于解调电路1、调频波的解调电路低通滤波器的上限频率足够高，能够反映原调制信号锁相环的捕捉带要足够宽，应大于输入调频信号的频率变化范围。12/7/2022702、调幅波的同步检波电路1
37、2/7/202271锁相倍、分频电路12/7/2022728.5.4 8.5.4 锁相环用于频率合成电路锁相环用于频率合成电路 频率合成是频率合成是锁相环的重要应用。频率合成是对一个基锁相环的重要应用。频率合成是对一个基准信号准信号fR 进行算术运算，从而得到许多新的频率成分。进行算术运算，从而得到许多新的频率成分。频率合成电路由锁相环和两个分频器构成，见图频率合成电路由锁相环和两个分频器构成，见图20.15。显显然然改改变变分分频频系系数数M和和N，输输出出频率频率f0将随之改变。将随之改变。分频器分频器M和分频器和分频器N的输出的输出锁相环锁定时图20.15 频率合成电路框图12/7/20
38、2273二、锁相混频器普通混频器12/7/202274锁相混频器Fo=fc-fs,可实现相差几赫信号分离12/7/202275本章小结本章小结1自自激激振振荡荡可可以以使使反反馈馈放放大大器器工工作作不不稳稳定定，但但我我们们可可以以利利用用产产生生自自激激振振荡荡的的条条件件去去构构成成正正反反馈馈电电路路，以以产产生生正正弦弦波波振振荡荡。正正弦弦波波振振荡荡电电路路由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成。由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成。2正正弦弦波波振振荡荡电电路路主主要要有有RC振振荡荡电电路路和和LC振振荡荡电电路路两两种种。RC振振荡荡电电路路主主要要用用于于中中低
39、低频频场场合合，LC振振荡荡电电路路主主要要用用于于高高频频场场合合。石石英英晶晶体体振振荡荡电电路路是是一一种种特特殊殊类类型型的的LC振振荡荡电电路路，其其特特点点是是具具有有很很高高的的频频率率稳稳定定性。性。3比比较较器器是是一一种种能能够够比比较较两两个个模模拟拟量量大大小小的的电电路路。由由于于集集成成运运放放的的开开环环电电压压增增益益很很高高，所所以以，当当集集成成运运放放工工作作在在开开环环状状态态时时，可可以以作作为为比比较较器器使使用用。这这时时，运运放放工工作作在在非非线线性性状状态态，其其输输出出电电压压仅仅为为正正负负饱饱和和值值，输输入入信信号号“虚虚短短”的的概概念念也也不不再再成成立立。迟迟滞滞比比较较器器具具有有回回差差特特性性，在信号处理电路中得到了广泛应用。在信号处理电路中得到了广泛应用。4在在方方波波、锯锯齿齿波波和和三三角角波波等等非非正正弦弦波波信信号号发发生生器器中中，运运放放一一般般工工作作在在非非线线性性状状态态。电电路路是是由由积积分分器器、反反馈馈网网络络、和和比比较较器器等等环环节节组组成成，属于一种弛张振荡电路。这一类电路也得到了广泛的应用。属于一种弛张振荡电路。这一类电路也得到了广泛的应用。12/7/202276