第6章 波形產(chǎn)生與變換

1、第六章第六章 信號(hào)產(chǎn)生電路信號(hào)產(chǎn)生電路6.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 6.1.1 正弦波振蕩電路的基本工作原理正弦波振蕩電路的基本工作原理 6.1.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 6.1.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路6.2 非正弦信號(hào)發(fā)生器非正弦信號(hào)發(fā)生器 6.2.1 矩形波信號(hào)發(fā)生器矩形波信號(hào)發(fā)生器 6.2.2 三角波信號(hào)發(fā)生器三角波信號(hào)發(fā)生器 6.2.3 鋸齒波信號(hào)發(fā)生器鋸齒波信號(hào)發(fā)生器6.1.1 6.1.1 正弦波振蕩電路的基本工作原理正弦波振蕩電路的基本工作原理二產(chǎn)生正弦波振蕩的條件二產(chǎn)生正弦波振蕩的條件 1ofioif UUUUUU 振蕩條件振蕩條件： 1FA幅值

2、條件：幅值幅值條件：幅值1AFFA相位條件：相位相位條件：相位?,.)2,1,0(2annf UoAoF+ UfUi一組成一組成 正反饋放大器選頻網(wǎng)絡(luò)（正反饋放大器選頻網(wǎng)絡(luò)（RC、LC、晶體）、晶體）UiUf(1) 正反饋?zhàn)銐驈?qiáng)正反饋?zhàn)銐驈?qiáng),輸入信號(hào)為輸入信號(hào)為 0 時(shí)仍有信號(hào)輸時(shí)仍有信號(hào)輸出，這就是產(chǎn)生了自激振蕩。出，這就是產(chǎn)生了自激振蕩。(2) 要獲得非正弦自激振蕩，反饋回路中必須要獲得非正弦自激振蕩，反饋回路中必須有有RC積分電路。例如：方波發(fā)生器、三角積分電路。例如：方波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、鋸齒波發(fā)生器等。波發(fā)生器、鋸齒波發(fā)生器等。(3) 要獲得正弦自激振蕩，反饋回路中必須有要獲得正

3、弦自激振蕩，反饋回路中必須有選頻電路。選頻電路。三、起振與穩(wěn)幅三、起振與穩(wěn)幅問題問題1：如何起振？如何起振？Uo 是振蕩器的電壓輸出幅度。起振時(shí)是振蕩器的電壓輸出幅度。起振時(shí)Uo=0，達(dá)，達(dá)到穩(wěn)定振蕩時(shí)到穩(wěn)定振蕩時(shí)Uo=所需幅值所需幅值B。放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動(dòng)，這些擾動(dòng)可分放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動(dòng)，這些擾動(dòng)可分解為各種頻率的分量，其中也包括有解為各種頻率的分量，其中也包括有fo分量。分量。選頻網(wǎng)絡(luò)：選頻網(wǎng)絡(luò)：把把fo分量選出，把其他頻率的分量分量選出，把其他頻率的分量衰減掉。這時(shí)，只要：衰減掉。這時(shí)，只要：|AF|1，且，且 A+ F =2n ，即可起振。即可起振。問題問題2：如何

4、穩(wěn)幅？如何穩(wěn)幅？ 起振后，起振后， Uo，若不采取穩(wěn)幅（，若不采取穩(wěn)幅（|AF|1)，則輸出將會(huì)飽和失真。則輸出將會(huì)飽和失真。達(dá)到需要的幅值后，調(diào)整達(dá)到需要的幅值后，調(diào)整AF=1，即可穩(wěn)幅。，即可穩(wěn)幅。起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：111ooo AFBUAFBUAFBU時(shí)，時(shí)，時(shí)，時(shí)，時(shí)，時(shí)，內(nèi)穩(wěn)幅內(nèi)穩(wěn)幅利用放大電路自身的非線性穩(wěn)幅。利用放大電路自身的非線性穩(wěn)幅。外穩(wěn)幅外穩(wěn)幅外接非線性元件組成穩(wěn)幅電路。外接非線性元件組成穩(wěn)幅電路。四正弦波振蕩器的四正弦波振蕩器的分析方法分析方法1、組成 基本環(huán)節(jié)基本環(huán)節(jié)放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)。放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)。 為穩(wěn)定輸

5、出幅度一般還需加上穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。為穩(wěn)定輸出幅度一般還需加上穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。 振蕩器有振蕩器有 RC振蕩器振蕩器、LC振蕩器振蕩器和和石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器。2、 分析方法 (1) 電路是否包含放大電路、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。電路是否包含放大電路、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。 (2) 電路是否滿足相位平衡條件，估算電路振蕩頻率。電路是否滿足相位平衡條件，估算電路振蕩頻率。 (3)分析幅度起振條件。分析幅度起振條件。 (4)分析穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。分析穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。AoF+ 6.1.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路用用RC 電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò) RC振蕩電路。振蕩電路。一、一、RCRC串并聯(lián)選頻電路串并聯(lián)

6、選頻電路)1()1(112211221CRCRjCCRR R1C1R2C2oU fU取：?。篟1=R2=R，C1=C2=C，則：，則：1111CjRZ 2221/CjRZ Z1Z2212fZZZUUFo )1(31RCRCjF oF31+90 90 0)1(31RCRCjF 相位條件：相位條件：RCRCRC1010， ）（即即：RCf 210幅值條件：幅值條件：31maxFR1C1R2C2oU fURCf 210 HzRCf15910102121740 1 1、組成、組成例：例：R=10k ，C=0.1 F，則，則 ：二、文氏電橋振蕩器二、文氏電橋振蕩器 uo_+ + R2RCRCR1（一）運(yùn)

7、放構(gòu)成之文氏電橋振蕩器（一）運(yùn)放構(gòu)成之文氏電橋振蕩器 (+)(+)(+)2 2、相位條件及振蕩頻率、相位條件及振蕩頻率 諧振頻率諧振頻率 ：3 3、幅度起振條件、幅度起振條件0A相位條件要求相位條件要求 fo 處處0F因?yàn)椋阂驗(yàn)椋? AF12R2R 121RRA31112FRRAuo_+ + R2RCRCR14 4、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)能自行啟動(dòng)的電路能自行啟動(dòng)的電路uoTRtA半導(dǎo)體半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻起振時(shí)，起振時(shí)，RT略大于略大于2R1，使使|AF|1，以便起振；，以便起振；起振后，起振后，uo逐漸增大則逐漸增大則RT逐漸減小，使得輸出逐漸減小，使得輸出uo為某值時(shí)，為某值時(shí)，|AF|=

8、1，從而穩(wěn)幅。從而穩(wěn)幅。t uo_+ + RTRCRCR1（二）用分立元件組成的（二）用分立元件組成的RCRC振蕩器振蕩器RCRC+VCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+RC網(wǎng)絡(luò)正反饋，網(wǎng)絡(luò)正反饋，RF、RE1組成負(fù)反饋，調(diào)整到合組成負(fù)反饋，調(diào)整到合適的參數(shù)則可產(chǎn)生振蕩。適的參數(shù)則可產(chǎn)生振蕩。+uo1. R=8.2K ,C=0.2uF2、若電路、若電路Q正常但不能振蕩，原因？如何調(diào)整？正常但不能振蕩，原因？如何調(diào)整？RCf 210 Af太??！太小！Rf調(diào)大。調(diào)大。3、輸出波形嚴(yán)重失真，原因？如何調(diào)整？、輸出波形嚴(yán)重失真，原因？如何調(diào)整？Af太大！太大！Rf調(diào)小

9、。調(diào)小。63102 . 0102 . 814. 321 Hz97 RCRC+VCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RFuo三、雙三、雙T正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路RCf 210 1、組成、組成2、相位平衡條件、相位平衡條件 振蕩頻率振蕩頻率 3、幅度起振條件、幅度起振條件4、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 適用于固定頻率場(chǎng)合，選頻特性好。適用于固定頻率場(chǎng)合，選頻特性好。uo_+ + CR1R2CR/2RR2CDZ1DZ2四、四、RCRC移相式正弦波振蕩電路移相式正弦波振蕩電路RC移相式振蕩電路移相式振蕩電路 滯后移相網(wǎng)絡(luò)滯后移相網(wǎng)絡(luò) 超前移相網(wǎng)絡(luò)超前移相網(wǎng)絡(luò) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

10、優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：選頻作用較差，輸出波形較差。缺點(diǎn)：選頻作用較差，輸出波形較差。用于頻率固定、穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合用于頻率固定、穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合頻率范圍：幾赫到幾十千赫。頻率范圍：幾赫到幾十千赫。RCR iU oURC iU oUR oUC+-+RCC6.1.3 LC6.1.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 RC 振蕩器用于低頻（振蕩器用于低頻（1Hz1MHz ）。RCf 210 uo_+ + R2RCRCR1振蕩振蕩頻率高于頻率高于1MHz時(shí)，時(shí)，用用LC并聯(lián)回路作為選頻并聯(lián)回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) LC正弦波振蕩正弦波振蕩器。器。LC 振蕩電路的選頻電路由振蕩電路的選頻電路由L和和

11、C構(gòu)成，可以構(gòu)成，可以產(chǎn)生高頻振蕩。產(chǎn)生高頻振蕩。由于高頻運(yùn)放價(jià)格較高，所以一般用分由于高頻運(yùn)放價(jià)格較高，所以一般用分立立元元件組成放大電路。件組成放大電路。LC振蕩電路重點(diǎn)掌握相位條件的判別。振蕩電路重點(diǎn)掌握相位條件的判別。CLR iUILI1 1、諧振頻率、諧振頻率 2222)()(1LRLCjLRRLjRCjY LCLR111200 設(shè)設(shè)=0時(shí)，產(chǎn)生并聯(lián)諧振，時(shí)，產(chǎn)生并聯(lián)諧振，RLQ0 諧振回路的品質(zhì)因素：諧振回路的品質(zhì)因素：LC10 當(dāng)當(dāng)Q1時(shí)時(shí) LCf 210 何時(shí)何時(shí)諧振諧振？CLQZ 0CLR iUILI2 2、輸入電流與回路電流的關(guān)系、輸入電流與回路電流的關(guān)系0ZUI.IIIL

12、C 當(dāng)當(dāng)Q1時(shí)時(shí)， iCLjQIII 諧振時(shí)回路電流比總電諧振時(shí)回路電流比總電流大的多，外界對(duì)諧振流大的多，外界對(duì)諧振回路的影響可以忽略！回路的影響可以忽略！.IQIC 0001ZUjQUCjCjUIc CLR iUILI幅頻特性幅頻特性 相頻特性相頻特性CLQLQCQRCLZ 000 3 3、選頻特性、選頻特性 220011 jQZZ在諧振頻率附近：在諧振頻率附近： CLR iUILI結(jié)論：結(jié)論：LCf210 (1) (1) 選頻特性選頻特性: : f=f0處，為純電阻；處，為純電阻； 等效阻抗等效阻抗|Z|最大最大(3) Q(3) Q值越大，選頻特性越好。值越大，選頻特性越好。 相頻特性越

13、陡，諧振時(shí)的阻相頻特性越陡，諧振時(shí)的阻抗抗Z Z0 0也越大。也越大。 (2)(2)當(dāng)當(dāng)Q1Q1時(shí)，諧振頻率時(shí)，諧振頻率幅頻特性幅頻特性 相頻特性相頻特性CLR iUILI二、變壓器反饋式振蕩電路二、變壓器反饋式振蕩電路LCf 210 1 1、組成、組成2 2、相位條件及、相位條件及 振蕩頻率振蕩頻率3 3、幅度起振條件、幅度起振條件(+)(-)(+)+VCCCbRLN2N3N1R2CR1ReUOUiUfTCe變壓器反饋式振蕩器變壓器反饋式振蕩器(+) ifUU三、電感反饋式振蕩器（哈特萊振蕩器三、電感反饋式振蕩器（哈特萊振蕩器）+ +VCCCbL3L1R2CR1ReUOUiUfTCeL2CT

14、UfUcL1L2+Ui電感三點(diǎn)式振蕩器及其交流通路電感三點(diǎn)式振蕩器及其交流通路（b）交流通路）交流通路（a）振蕩電路）振蕩電路LCCMLLf 21)2(21210 1 1、組成、組成(1)調(diào)節(jié)頻率方便。采用可變電容，頻率調(diào)節(jié)范圍較寬。調(diào)節(jié)頻率方便。采用可變電容，頻率調(diào)節(jié)范圍較寬。(2)一般用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的頻率。一般用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的頻率。(3) 輸出波形中含有較大的高次諧波，波形較差。輸出波形中含有較大的高次諧波，波形較差。通常用于要求不高的設(shè)備中，例如高頻加熱器等。通常用于要求不高的設(shè)備中，例如高頻加熱器等。 3 3、幅度起振條件、幅度起振條件 4 4、電路特點(diǎn)、電路特點(diǎn) 2 2、

15、相位條件及振蕩、相位條件及振蕩頻率頻率(+)(-)(+)(+)CbL3L1R2CR1ReUOUiUfTCeL2+VCC四、電容反饋式振蕩器（考畢茲振蕩器）四、電容反饋式振蕩器（考畢茲振蕩器）+VCCCbRb1Rb2ReUfUiTCeLTUfUcL+Ui電容三點(diǎn)式振蕩電路及其交流通路電容三點(diǎn)式振蕩電路及其交流通路（b）交流通路）交流通路（a）振蕩電路）振蕩電路C2C1RcC2C1212102121CCCCLLCf (1)(1)輸出波形較好輸出波形較好(2)(2)振蕩頻率較高，一般可以達(dá)到振蕩頻率較高，一般可以達(dá)到100MHz100MHz以上以上(3)(3)適于產(chǎn)生固定頻率的振蕩適于產(chǎn)生固定頻率的

16、振蕩 要改變頻率，可在要改變頻率，可在L L兩端并聯(lián)一個(gè)可變電容兩端并聯(lián)一個(gè)可變電容 另外也可采用可調(diào)電感來改變頻率另外也可采用可調(diào)電感來改變頻率3 3、電路特點(diǎn)、電路特點(diǎn)(+)(-)(+)(+)1 1、組成、組成2 2、相位條件及振蕩頻率、相位條件及振蕩頻率+VCCCbRb1Rb2ReUiTCeLC2C1Rc1、諧振回路的三個(gè)引出端與三、諧振回路的三個(gè)引出端與三極管的三個(gè)電極相連接；極管的三個(gè)電極相連接；2、發(fā)射極接兩個(gè)同性質(zhì)電抗；、發(fā)射極接兩個(gè)同性質(zhì)電抗；3、集電極與基極接異性質(zhì)電抗。、集電極與基極接異性質(zhì)電抗。滿足法則必滿足相位平衡條件。滿足法則必滿足相位平衡條件。 C1C2首首端端尾尾

17、端端中中間間端端L電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式C首首端端尾尾端端中中間間端端L1L2電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式三點(diǎn)式振蕩電路組成法則三點(diǎn)式振蕩電路組成法則: :+ 例例1：正反饋正反饋+VCCCC1C2頻率由頻率由LC諧振網(wǎng)絡(luò)決定。諧振網(wǎng)絡(luò)決定。+例例2：正反饋正反饋頻率由頻率由C 、 L1 、 L2諧振網(wǎng)絡(luò)決定。諧振網(wǎng)絡(luò)決定。+VCCCC1L1L2C2uL1uL2uC+ 例例3：正反饋正反饋+VCCC1C2EACB+頻率由頻率由 L 、 C1 、 C2 組成的諧振網(wǎng)絡(luò)決定。組成的諧振網(wǎng)絡(luò)決定。+ +LC并聯(lián)諧振回路諧振時(shí)，回路電流遠(yuǎn)比流入或流出LC回路的電流大得多。因此，電感中間抽頭的瞬時(shí)電位一定在首、尾

18、兩端點(diǎn)的瞬時(shí)電位之間，即（1）若電感的中間抽頭交流接地，則首端與尾端的信號(hào)電壓相位相反。（2）若電感的首端或尾端交流接地，則電感其它兩個(gè)端點(diǎn)的信號(hào)電壓相位相同。對(duì)電容三點(diǎn)式電路也是同樣的。可能不能不能可能幅頻特性幅頻特性 相頻特性相頻特性6.1.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。1、 頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由頻率穩(wěn)定度一般由 衡量衡量0ff 頻率偏移量頻率偏移量f 0f振蕩頻率振蕩頻率LC振蕩電路振蕩電路 Q 數(shù)百數(shù)百石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路 Q 10000 5000002 2、石英晶體的電抗頻率特

19、性、石英晶體的電抗頻率特性 C0LRC靜態(tài)電容靜態(tài)電容晶片彈性晶片彈性摩擦損耗摩擦損耗振動(dòng)慣性振動(dòng)慣性（a）符號(hào)）符號(hào)（b）等效電路）等效電路LCf 21s 串聯(lián)諧振頻率為串聯(lián)諧振頻率為： 0s00p121CCfCCCCLf 并聯(lián)諧振頻率為并聯(lián)諧振頻率為： C0LRCRLC支路支路諧振諧振f ff fs sf fp pX X感性感性容性容性容性容性C UT+ , 就有就有 u- u+ ,在在 uc UT+ 時(shí)，時(shí)，u- u+ , uo 保持保持 + UZ 不變；不變；uo 立即由立即由UZ 變成變成UZ _+ +AR1R2R3RCuo此時(shí)，此時(shí)，C 經(jīng)輸出端放電。經(jīng)輸出端放電。2、當(dāng)、當(dāng)uo

20、= -UZ 時(shí)，時(shí)，u+=UT-uc降到降到UT-時(shí)，時(shí)，uo上翻上翻。UT+uctUT-當(dāng)當(dāng)uo重新重新回到回到UZ以后以后，電路又進(jìn)入另一，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性個(gè)周期性的變化。的變化。_+ +AR1R2R3RCuo0UT+uctUT-UZuo0t- UZT輸出波形：輸出波形：_+ +AR1R2R3RCuoRC電路：電路：起反饋和延遲作用，獲得一定的頻率。起反饋和延遲作用，獲得一定的頻率。下行遲滯比較器：下行遲滯比較器：起開關(guān)作用，實(shí)現(xiàn)高低電平的起開關(guān)作用，實(shí)現(xiàn)高低電平的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。方波發(fā)生器各部分的作用：方波發(fā)生器各部分的作用：_+ +AR1R2R3RCuo三、周期與頻率的計(jì)算三、周期與

21、頻率的計(jì)算RCtZTZceUUUtu )()(f=1/T)21ln(221RRRCT RCtZTZceUUUtu )()(uc上升階段表示式上升階段表示式:uc下降階段表示式下降階段表示式:uc0UT+tUT-T1T2RCTZTZTeUUUU2)( RCTZTZTeUUUU1)( )21ln(2121RRRCTT ZTTURRRUU211 思考題：思考題：點(diǎn)點(diǎn) b 是電位器是電位器 RW 的中點(diǎn)，點(diǎn)的中點(diǎn)，點(diǎn) a 和點(diǎn)和點(diǎn) c 是是 b 的上方和下方的某點(diǎn)的上方和下方的某點(diǎn) 。試定性畫。試定性畫出電位器可動(dòng)端分別處于出電位器可動(dòng)端分別處于 a、b、c 三點(diǎn)三點(diǎn)時(shí)的時(shí)的 uo - uc 相對(duì)應(yīng)的波形圖。相對(duì)應(yīng)的波形圖。-+RWR1R2CucuoD1D2abcRRWR”WR36.2.2 三角波信號(hào)發(fā)生器三角波信號(hào)發(fā)生器+A1A2uouo1R02R01RCR2R1反相積分電路反相積分電路上行遲滯上行遲滯比較器比較器特點(diǎn)：特點(diǎn)：由由上行的遲滯比較器上行的遲滯比較器和和反相積分器反相積分器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，級(jí)聯(lián)構(gòu)成，遲滯比較器的輸出作為反相積分器的輸