模擬電子技術(shù)第八章

1、第八章第八章 信號(hào)產(chǎn)生電路信號(hào)產(chǎn)生電路8.1 正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波振蕩電路的振蕩條件8.2 正弦波振蕩器的基本組成正弦波振蕩器的基本組成8.3 RC橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路一一. 產(chǎn)生自激振蕩的條件產(chǎn)生自激振蕩的條件fidXXX-=改成正反饋改成正反饋只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。8.1 正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波振蕩電路的振蕩條件+Xi f基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXX如果：如果：,ifXX=則去掉則去掉,iX仍有信號(hào)輸出。仍有信號(hào)輸出。反饋信號(hào)代替了放大反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)。電路的輸入信號(hào)。Xi

2、+f基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXXXdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FXXFA=1Xd=Xf所以，自激振蕩條件也可以寫(xiě)成：所以，自激振蕩條件也可以寫(xiě)成：自激振蕩的條件：自激振蕩的條件：（1）振幅條件：）振幅條件：1|=AF（2）相位條件：）相位條件：pjjnFA2=+n是整數(shù)是整數(shù)1.=FAAAAj=|因?yàn)椋阂驗(yàn)椋篎FFj=|.動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示Xdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FXX二二.起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件：起振條件：結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩1|FA（略大于）（略大于）1 1、被動(dòng)：器件非線性、被動(dòng)：器件非線性

3、2 2、主動(dòng)：在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以、主動(dòng)：在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)放大電路的放大電路的增益增益穩(wěn)幅過(guò)程：穩(wěn)幅過(guò)程：起振時(shí)，起振時(shí)，1|FA穩(wěn)定振蕩時(shí)，穩(wěn)定振蕩時(shí)，1|=FA穩(wěn)幅措施：穩(wěn)幅措施：起振過(guò)程起振過(guò)程Xdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FXX1.1.放大電路放大電路2.2.正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)3.3.選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)只對(duì)一個(gè)頻率滿足振蕩條件只對(duì)一個(gè)頻率滿足振蕩條件，從而獲得單一頻率的正弦波輸出。，從而獲得單一頻率的正弦波輸出。 常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有RC選頻選頻和和LC選頻選頻4.4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)使電路易于起振又能穩(wěn)定振使電路

4、易于起振又能穩(wěn)定振蕩，波形失真小。蕩，波形失真小。8.2 正弦波振蕩器的基本組成正弦波振蕩器的基本組成8.3 RC橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路一一. RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性R1C1 串聯(lián)阻抗：串聯(lián)阻抗：212ofZZZUUF+=)j/1 (111CRZ+=222222j1 )j/1/(CRRCRZ+=R2C2 并聯(lián)阻抗：并聯(lián)阻抗：選頻特性：選頻特性：+Ru+-o-fu+12RC12C1.定性分析：定性分析：（1）當(dāng)信號(hào)的頻率很低時(shí)。）當(dāng)信號(hào)的頻率很低時(shí)。R111CR221C其低頻等效電路為：其低頻等效電路為：其頻率特性為：其頻率特性為：當(dāng)當(dāng)=0時(shí)，時(shí)，uf=0，

5、F=0 =+90Fj當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，uf=，F(xiàn) Fj+fo-+R21u-uC+0 |F|0 F90當(dāng)當(dāng)=0時(shí)，時(shí)， =+90Fj當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)， Fj222121212212121RjWR CjWR C(WR C )F=11+jWR C1(WR C )RjWCfovv+=+1tg=WR CF2 1=虛部實(shí)部當(dāng)當(dāng)=0時(shí)，時(shí)，uf=0，F(xiàn)=0當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，uf=，F(xiàn) 2221F = () +1=11()WR C+2實(shí)部（虛部）（2）當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)。）當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)。R111CR221C其高頻等效電路為：其高頻等效電路為：其頻率特性為：其頻率特性為：當(dāng)當(dāng)=時(shí)，時(shí)，uf=0，F(xiàn)=0 =-90Fj當(dāng)當(dāng)時(shí)，

6、時(shí)，uf=，F(xiàn) Fj+ou-f-u+2C+1R0 |F|0 F-9021221212121jWC1- jWR C1F=11+jWR C1 (WR C )RjWCfovv=+212F =+1=1 (WR C )+22（實(shí)部） （虛部）tg=WR C1 2F=-虛部實(shí)部當(dāng)當(dāng)=時(shí)，時(shí)，uf=0，F(xiàn)=0當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，uf=，F(xiàn) 當(dāng)當(dāng)=時(shí)，時(shí)， = - 90Fj當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)， Fj0=？ Fmax=？由以上分析知：一定有一個(gè)頻率由以上分析知：一定有一個(gè)頻率0存在，存在，當(dāng)當(dāng)=0時(shí)，時(shí)，F(xiàn)最大，且最大，且 =0Fj0 |F|0 F900 |F|0 F-902. 定量分析定量分析)j/1(111CRZ + +=

7、 =222222j1 )j/1/(CRRCRZ + += = =R1C1 串聯(lián)阻抗：串聯(lián)阻抗：R2C2 并聯(lián)阻抗：并聯(lián)阻抗：212ofZZZUUF+ += = =頻率特性：頻率特性：+Ru+-o-fu+12RC12C)1j()1(1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRCRCRRF - -+ + + += =+ + + + += = 通常，取通常，取 R1R2R，C1C2C 在上式中取在上式中取 )j(3100 - -+ += = FRC10= = 可見(jiàn)：當(dāng)可見(jiàn)：當(dāng) 時(shí)，時(shí)， F最大，且最大，且 =0RC10=Fj Fmax=1/3則有：RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整的頻率特性

8、曲線：串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整的頻率特性曲線：RC10= = 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， F= Fmax=1/30F=jRC10=RCfp p210= = Fo +90o |F|1/3二二.RC橋式振蕩器的工作原理：橋式振蕩器的工作原理：0=Aj在在 f0 處處,0=Fj滿足相位條件：滿足相位條件：因?yàn)椋阂驗(yàn)椋篈F=131=F11f+=RRA1f2RR =只需：只需：A=3輸出正弦波頻率輸出正弦波頻率：RCfp210=0=+FAjj振幅條件：振幅條件：uRf1RRRCCufA+o引入負(fù)反饋：引入負(fù)反饋：選：選：例題例題: :R=1k=1k ，C=0.1=0.1 F F，R1 1=10k=10k 。Rf f為多大時(shí)才

9、為多大時(shí)才能起振？振蕩頻率能起振？振蕩頻率f0 0= =？ AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=2 10=20k k RCfp210=1592 Hz起振條件：起振條件：uRf1RRRCCufA+o能自動(dòng)穩(wěn)幅的振蕩電路能自動(dòng)穩(wěn)幅的振蕩電路半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)）負(fù)溫度系數(shù)）起振時(shí)起振時(shí)Rt較大較大 使使A3,易起振。易起振。 當(dāng)當(dāng)uo幅度自激幅度自激增長(zhǎng)時(shí)，增長(zhǎng)時(shí)， Rt減減小，小，A減小。減小。 當(dāng)當(dāng)uo幅度達(dá)某幅度達(dá)某一值時(shí)，一值時(shí)， A3。 當(dāng)當(dāng)uo進(jìn)一步增進(jìn)一步增大時(shí)，大時(shí)， RT再減再減小小 ,使使A UREF時(shí)時(shí) , uo = +Uom當(dāng)當(dāng)ui U

10、REF時(shí)時(shí) , uo = -Uom 運(yùn)放處于運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)開(kāi)環(huán)狀態(tài)uuU+i-uuAOREFuoui0+Uom-UomUREF當(dāng)當(dāng)ui UREF時(shí)時(shí) , uo = -Uom 若若ui從反相端輸入從反相端輸入uuu-+ui+OA+uoui0+UZ-UZ（1）用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓）用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓忽略了忽略了UD3. 限幅電路限幅電路使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值uuZ+O+-AuZ+DuRi當(dāng)當(dāng)ui 0時(shí)時(shí) , uo = +UZ當(dāng)當(dāng)ui 0時(shí)時(shí) , uo = -UZ當(dāng)當(dāng)ui 0時(shí)時(shí) , uo = +UZ 二二. 遲滯比較器遲滯比較器1.工作原理工作原理兩個(gè)門(mén)限電壓。兩

11、個(gè)門(mén)限電壓。特點(diǎn)特點(diǎn):電路中使用正反饋電路中使用正反饋運(yùn)放工作在非線性區(qū)。運(yùn)放工作在非線性區(qū)。（1）當(dāng)）當(dāng)uo =+UZ時(shí)，時(shí)，（2）當(dāng)）當(dāng)uo =-UZ時(shí)，時(shí)，REFZURRRURRRUu2ff2f2T+ + + += = =+ + +REFZURRRURRRUuf2ff22T+ + + +- -= = =- -+ +UT+稱上門(mén)限電壓稱上門(mén)限電壓UT-稱下門(mén)限電壓稱下門(mén)限電壓UT+- UT-稱為回差電壓稱為回差電壓uuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R2遲滯比較器的電壓傳輸特性：遲滯比較器的電壓傳輸特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-設(shè)設(shè)ui , 當(dāng)當(dāng)ui = UT+時(shí)時(shí),

12、uo從從+UZ -UZuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R2例題：例題：Rf=10k ，R2=10k ，UZ=6V， UREF=10V。當(dāng)輸入當(dāng)輸入ui為如圖所示的波形時(shí)，畫(huà)為如圖所示的波形時(shí)，畫(huà) 出輸出出輸出uo的波形。的波形。上下限：上下限：V82ff2f2T= =+ + + += =+ +RZURRRURRRUV32ff2f2T= =+ + + +- -= =- -RZURRRURRRUuoui08V3V傳輸特性傳輸特性+6V-6VuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R23V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V傳輸特性傳輸特性+6V-6VuuuA+R-Zu+D

13、O+fuRZiREFR1R21.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)由滯回比較電路和由滯回比較電路和RC定時(shí)電路構(gòu)成定時(shí)電路構(gòu)成ZURRRUf11T+ += =+ +ZURRRUf11T+ +- -= =- -上下限上下限:8.6 方波發(fā)生器方波發(fā)生器u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC2.工作原理：工作原理：(1) 設(shè)設(shè) uo = + UZ , 此時(shí)，此時(shí)，uO給給C 充電充電, uc ，則：則：u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦一旦 uc UT+ , 就有就有 u- u+ , uo 立即由立即由UZ變成變成UZ 。在在 uc UT+ 時(shí)，時(shí)，u- u+ , 設(shè)設(shè)uC初始值初始值uC(0+

14、)= 0方波發(fā)生器方波發(fā)生器uo保持保持+UZ不變不變+UZu+A+-u+u1RfRZRZDORCuC此時(shí)，此時(shí)，C向向u uO O放電放電, ,再反向充電再反向充電(2) 當(dāng)當(dāng)uo = -UZ 時(shí)，時(shí)， u+=UT-uc達(dá)到達(dá)到UT-時(shí)，時(shí)，uo上跳。上跳。UT+uctUT-當(dāng)當(dāng)uo 重新回到重新回到UZ 后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化。后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化。-UZu+A+-u+u1RfRZRZDORCuC0UT+uctUT-+UZuo0t - UZT完整的波形：完整的波形：動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示計(jì)算振蕩周期計(jì)算振蕩周期T。u+A+-u+u1RfRZRZDORCuCEWB演示演示方波

15、發(fā)生器方波發(fā)生器周期與頻率的計(jì)算：周期與頻率的計(jì)算：0 UT+uct UT- +UZ -UZT1T2TT= T1 + T2 =2 T2 uc(t)=UC ( )+ UC (0+) -UC ( ) e , =RC-t T2階段階段uc(t)的過(guò)渡過(guò)程方程為的過(guò)渡過(guò)程方程為:)21ln(2f1RRRCT+ += =f = 1/T可推出可推出:u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC3 3、占空比可調(diào)的方波發(fā)生器占空比可調(diào)的方波發(fā)生器UZuo0t- UZ 改變電位器改變電位器 RW 的滑動(dòng)端，就改變了沖放電的的滑動(dòng)端，就改變了沖放電的時(shí)間，從而使方波的占空比可調(diào)。時(shí)間，從而使方波的占空比可調(diào)。u+

16、A+-u+u1RfRZRZD1D2DORWRCuC8.7 三角波及鋸齒波信號(hào)發(fā)生器三角波及鋸齒波信號(hào)發(fā)生器電路結(jié)構(gòu)：遲滯比較器電路結(jié)構(gòu)：遲滯比較器+反相積分器反相積分器一一. 三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器u+R+A1+RZ-2ZDu4Ro2+R1R35RCuuo1A2工作原理工作原理：若若uo1=+UZ， uo2， u+ 。)(0dt12o01o42o+ + +- -= = uuCRut2o2121o211uRRRuRRRu+ + + += =+ + 當(dāng)當(dāng)u+ 0時(shí)，時(shí)， uo1翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為-UZ。若若uo1=-UZ， uo2， u+ 。 當(dāng)當(dāng)u+ 0時(shí)，時(shí)， uo1翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為+UZ。波形圖波形

17、圖振蕩周期：振蕩周期：0UT+uo2tUT-+UZuo10t - UZTuR-+Z+uRR+12A1u4R+CA2RZD5+uo1o2ZTURRU21= =+ +ZTURRU21- -= =- -2414RCRRT = = 二二.鋸齒波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器改變積分器的正反向改變積分器的正反向充電時(shí)間常數(shù)充電時(shí)間常數(shù)uZo1Ro23Zu+RR5+Du4uRA1-R+1A2+2C+RD6Ruo1=+UZ，D截止，截止，充電充電時(shí)間常數(shù)：時(shí)間常數(shù)：R4C。uo1=-UZ，D導(dǎo)通，導(dǎo)通，充電時(shí)充電時(shí)間常數(shù)：間常數(shù)：(R6R4)C。+UZuo10t - UZ R6R4本章小結(jié)本章小結(jié)1正弦波振蕩的條件：正

18、弦波振蕩的條件： AF=1 （振幅條件）（振幅條件） （相位條件（相位條件pjjn2FA=+正弦波振蕩電路由放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)構(gòu)成。正弦波振蕩電路由放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)構(gòu)成。2正弦波振蕩電路主要有正弦波振蕩電路主要有RC振蕩電路和振蕩電路和LC振蕩電路兩種。振蕩電路兩種。RC振蕩電振蕩電路主要用于中低頻場(chǎng)合，路主要用于中低頻場(chǎng)合，LC振蕩電路主要用于高頻場(chǎng)合。石英晶體振振蕩電路主要用于高頻場(chǎng)合。石英晶體振蕩電路是一種特殊的蕩電路是一種特殊的LC振蕩電路，其特點(diǎn)是具有很高的頻率穩(wěn)定性。振蕩電路，其特點(diǎn)是具有很高的頻率穩(wěn)定性。3當(dāng)運(yùn)放開(kāi)環(huán)工作或引入正反饋時(shí)，運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)。其分析當(dāng)運(yùn)放開(kāi)環(huán)工作或引入正反饋時(shí)，運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)。其分析方法為：方法為： 若若U U+ +U U- - 則則U U