2014电测课程设计.doc

PAGE  PAGE 12 正弦波和PWM波形产生电路设计及性能测试 一、文氏电桥正弦波产生电路 1.振荡原理 ?????? 如上图所示，信号Xi经过一个放大环节A放大后得到放大信号Xo=A*Xi。 ??? 如果在上图中加一个反馈环节，如下图所示： ?? ????Xo经过反馈环节F后得到反馈信号Xf=A*F*Xi。当反馈信号Xf与输入信号Xi幅值和相位都相同时，即以Xf作为输入Xi，则可以在输出端维持原有的信号Xo，也就是自激。所以，要使得上图中的系统平衡，则应有A*F=1。 ??? 即|A*F|=1（幅度平衡条件） 且Ψa+Ψf=2*n*PI? （n为整数） Ψa和Ψf分别为A、F的幅角，此式说明反馈环节F是一个正反馈。 A*F=1是振荡平衡的条件，也就是可维持等幅振荡输出；如果A*F1，则电路的振荡输出将越来越小，直到停止振荡；如果A*F1,振荡电路的输出将越来越大，直到电路中器件达到饱和或者截止。所以电路维持等幅振荡的唯一条件是A*F=1。 2.振荡的建立和稳定 ??? 前面讨论的自激振荡条件，是假设先给振荡电路的放大环节有一个外加的输入信号。但实际振荡电路一般不会外加激励信号。 ??? 对于一个正弦波振荡器来说，有一个选频网络，所以振荡电路只可能在某一个频率f0下满足相位平衡的条件（在后面的内容中将会对此做详细的叙述）。放大电路中存在噪声或干扰（例如接通直流电源时电路中就会产生电压或者电流的瞬变过程），它的频谱范围很广，必然包括振荡频率的分量。这些噪声和干扰经过选频网络选频后，只有f0这一频率分量满足相位平衡条件，只要此时A*F1则可以增幅振荡，将此信号放大，建立起振荡。而除了f0之外的其他频率的分量则衰减。 ??? 所以电路起振的条件为A*F1且Ψa+Ψf=2*n*PI（n为整数）。除了要求电路的相位满足条件之外还要满足|A*F|1。 ??? 从A*F1到A*F=1：接通电源后，频率为f0的分量将逐渐增大，当幅值达到一定程度后，放大环节的非线性期间就会接近甚至进入非线性工作区（饱和区或者截止区），这时候放大增益A将逐渐下降，输出波形产生失真，所以经过选频网络后其输入也将随之下降。形成失真振荡。所以为了避免失真振荡，应尽量避免放大??件进入非线性工作区。解决办法是在放大器件在没有进入非线性工作期前加稳幅环节，使A*F从大于1逐渐减小到1，从而达到稳幅振荡的目的。 ? 3.文氏电桥振荡电路 ? （1）选频网络 ? ??? RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。 ???? 在设计过程中为了使频率可调，可以先选定电容C，再根据所要得到的频率范围选择电位器代替R。 ??? 当? f = f0? 时的反馈系数|F|=1/3 ，且与频率f0 的变化无关。此时的相角 ?F=0 °。即改变频率不影响反馈系数和相角，在调节谐振频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。 ? ??? 反馈网络为正反馈，满足相位平衡条件。 （2）放大环节 ??? 由起振条件|A*F|=1。 ??? 所以放大环节的放大倍数A=3。即 Af=1+（R3/R4）=3 （3）稳幅过程（反并联二极管稳幅） 利用二极管的非线性自动调节负反馈的强弱来控制输出电压的恒定。振荡过程中D1、D2将交替导通和截止，总有一个处于正向导通状态的二极管与R3并联，由于二极管正向电阻rd随ud增大而下降，因此负反馈随振幅上升而增强，也就是说A随振幅增大而下降，直到满足振幅平衡条件为止。二极管稳幅电路简单又经济，但波形失真较大，适用于要求不高的场合。 4.参数调整 由上图，可知： （1）通过调整电位器R3使R32R5,电路振荡产生正弦波，调整R3，使正弦波失真最小。 （2）电路振荡频率由R2、R7、C1、C2决定（取R2=R7，C1=C2）,f=1/2πRC。 三、电压跟随器电路 跟随器是一种电子线路，其输出信号基本等同于输入信号，但提高了带负载能力，广泛存在于各类电子线路中。电路采用集成运放OP07，调高了电路的带负载能力，避免了正弦波信号输入后级滞回比较器后衰减，提高了电路的稳定性。 四、滞回比较器电路 1.电路原理 滞回比较器又称施密特触发器,迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。电路采用集成运放UA741构成滞回比较器，使输入的正弦波通过滞回比较器后输出方波。 滞回比较器有反相输入和同相输入两种方式。UR是参考电压，改变UR值能改变阈值及回差大小。以图4(a)所示的反相滞回比较器为例，计算阈值并画出传输特性。  (a)反相输入(b)同相输入 图4 滞回比较器及其传输特性（1）正向过程 正向过程的阈值