正弦波發(fā)生電路(第21講)2014pptx

1、1第六章第六章 波形產(chǎn)生與整形電路波形產(chǎn)生與整形電路 6.1 正弦波振蕩電路的基本概念正弦波振蕩電路的基本概念 6.1.1 6.1.1 正弦波振蕩器的振蕩條件正弦波振蕩器的振蕩條件 6.1.2 6.1.2 正弦波振蕩器的組成及分類正弦波振蕩器的組成及分類 6.2 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 6.2.1 RC6.2.1 RC文氏電橋振蕩電路文氏電橋振蕩電路 6.2.2 LC6.2.2 LC三點式振蕩電路三點式振蕩電路 6.2.3 6.2.3 變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路 6.2.4 6.2.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路2第六章第六章 波形產(chǎn)生與整形電路波形產(chǎn)生與整形電路 6

2、.3 波形整形電路波形整形電路 6.3.1 6.3.1 電壓比較器電壓比較器 6.3.2 5556.3.2 555集成定時器集成定時器 6.3.3 6.3.3 施密特觸發(fā)器電路施密特觸發(fā)器電路 6.3.4 6.3.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路 6.4 非正弦波振蕩電路非正弦波振蕩電路 6.4.1 6.4.1 矩形波振蕩電路矩形波振蕩電路 6.4.2 6.4.2 三角波振蕩電路三角波振蕩電路 3 波形產(chǎn)生電路包括正弦波和非正弦波產(chǎn)生電波形產(chǎn)生電路包括正弦波和非正弦波產(chǎn)生電路。波形整形電路包括施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)路。波形整形電路包括施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。觸發(fā)器電路。 本章首先討論

3、產(chǎn)生正弦波的振蕩器基本組成本章首先討論產(chǎn)生正弦波的振蕩器基本組成和振蕩條件、然后介紹和振蕩條件、然后介紹RCRC、LCLC、石英晶體、石英晶體3 3種類種類型的正弦波振蕩電路。型的正弦波振蕩電路。 非正弦波包括矩形波、三角波、鋸齒波非正弦波包括矩形波、三角波、鋸齒波3 3種波種波形產(chǎn)生電路。形產(chǎn)生電路。 非正弦產(chǎn)生及波形整形時常用電壓比較器、非正弦產(chǎn)生及波形整形時常用電壓比較器、555555集成定時器。集成定時器。46.1 6.1 正弦波振蕩電路的基本概念正弦波振蕩電路的基本概念 正弦波振蕩電路常常作為信號正弦波振蕩電路常常作為信號源被廣泛地應用于通信、測量、源被廣泛地應用于通信、測量、自動控

4、制等系統(tǒng)中，其功能是產(chǎn)自動控制等系統(tǒng)中，其功能是產(chǎn)生單一頻率的、穩(wěn)定的正弦波信生單一頻率的、穩(wěn)定的正弦波信號。它是一種基本的模擬電子電號。它是一種基本的模擬電子電路，按電路中選頻元件分類，可路，按電路中選頻元件分類，可有有RC、LC等類型的振蕩器。等類型的振蕩器。5 6.1.1 6.1.1 正弦波振蕩器的振蕩條件正弦波振蕩器的振蕩條件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?；痉糯蠡痉糯箅娐冯娐稟o反饋電路反饋電路FiX+ dXoXfX 1.1. 振蕩條件的平衡條件振蕩條件的平衡條件6如果：如果：,ifXX則去掉則去掉,iX仍有信號輸出

5、。仍有信號輸出?；痉糯蠡痉糯箅娐冯娐稟o反饋電路反饋電路FdXoXfX反饋信號代替了放大反饋信號代替了放大電路的輸入信號。電路的輸入信號。基本放大基本放大電路電路Ao反饋電路反饋電路FiX+ +dXoXfX7自激振蕩條件的推導自激振蕩條件的推導fidofdooXXXXFXXAXFAAXXAooioF1基本放大基本放大電路電路Ao反饋電路反饋電路FiX+ +dXoXfX8FAFAo o= =1 1自激振蕩的條件自激振蕩的條件基本放大基本放大電路電路Ao反饋電路反饋電路FdXoXfXoffdXFXXX,oodooXFAXAX9自激振蕩的條件：自激振蕩的條件：1)()(FA因為：因為：AAA|)

6、(FFF|)(所以，自激振蕩條件也可以寫成：所以，自激振蕩條件也可以寫成：（1 1）振幅條件：）振幅條件：1|AF（2 2）相位條件：）相位條件：nFA2n n是整數(shù)是整數(shù)相位條件相位條件 意味著振蕩電路必須是正反饋；意味著振蕩電路必須是正反饋；振幅條件振幅條件 可以通過調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達到。可以通過調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達到。101. 1. 啟振過程啟振過程U Uo o 是振蕩器的電壓輸出幅度，是振蕩器的電壓輸出幅度，B B是要求輸出的幅是要求輸出的幅度。起振時度。起振時U Uo o=0=0，達到穩(wěn)定振蕩時，達到穩(wěn)定振蕩時U Uo o= =B B。 放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動，這些擾

7、動放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動，這些擾動可分解為各種頻率的分量。振蕩器在剛剛起振時，可分解為各種頻率的分量。振蕩器在剛剛起振時，為了克服電路中的損耗，需要正反饋強一些，即為了克服電路中的損耗，需要正反饋強一些，即要求要求 |AF|1|AF|1。|AF|1，且，且 A+ F =2n ，即可起振。即可起振。112.2. 穩(wěn)幅過程穩(wěn)幅過程起振后，輸出將逐漸增大，若不采取穩(wěn)幅，這起振后，輸出將逐漸增大，若不采取穩(wěn)幅，這時若時若| |AFAF| |仍大于仍大于1 1，則輸出將會飽和失真。，則輸出將會飽和失真。 達到需要的幅值后，將參數(shù)調(diào)整為達到需要的幅值后，將參數(shù)調(diào)整為AF AF =1=1，即可穩(wěn)幅。，

8、即可穩(wěn)幅。具體方法將在后面具體電路中介紹。具體方法將在后面具體電路中介紹。起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：111AFBUAFBUAFBUooo時，時，時，12FAAAooF1如果如果：FoAFA:01則(1) (1) 正反饋足夠強正反饋足夠強, ,輸入信號為輸入信號為 0 0 時仍有信號時仍有信號輸出，這就是產(chǎn)生了自激振蕩。輸出，這就是產(chǎn)生了自激振蕩。(2) (2) 要獲得非正弦自激振蕩要獲得非正弦自激振蕩, ,反饋回路中必須反饋回路中必須有有RC RC 積分電路。如后面將介紹的方波發(fā)生積分電路。如后面將介紹的方波發(fā)生器、三角波發(fā)生器等。器、三角波發(fā)生器等。(3) (3) 要獲

9、得正弦自激振蕩要獲得正弦自激振蕩, ,電路中必須有選頻電電路中必須有選頻電路和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。前者是為獲得單一頻率的正路和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。前者是為獲得單一頻率的正弦波振蕩信號，后者是為了達到穩(wěn)幅振蕩。弦波振蕩信號，后者是為了達到穩(wěn)幅振蕩。6.1.2 6.1.2 正弦波振蕩器正弦波振蕩器的組成與分類的組成與分類13 正弦波發(fā)生電路是由正弦波發(fā)生電路是由放大電路放大電路、正正反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡、選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡和和穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅電路四部四部分組成的。分組成的。 正弦波振蕩器的選頻網(wǎng)絡由正弦波振蕩器的選頻網(wǎng)絡由R R、C C和和L L、C C等電抗性元件組成。正弦波振蕩等電抗性元件組成。正弦波振蕩器的名稱一般由選頻

10、網(wǎng)絡來命名。器的名稱一般由選頻網(wǎng)絡來命名。6.2 6.2 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路146.2.1 RC6.2.1 RC文氏電橋文氏電橋振蕩電路振蕩電路 用用RC RC 電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡的振蕩電路即所謂的電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡的振蕩電路即所謂的 RC RC 振蕩電路，可選用的振蕩電路，可選用的 RC RC 選頻網(wǎng)絡有多種，這選頻網(wǎng)絡有多種，這里只介紹里只介紹文氏電橋選頻電路文氏電橋選頻電路。R1C1R2C2iUoU1 1、選頻電路、選頻電路15)1( j)1 (112211221CRCRCCRRUUio12o21oCR1CR時，相移為時，相移為0 0。R1C1R2C2iUoU1111CjRZ222

11、22222111RCjRCjRCjRZ212ZZZUUio162121oCCRR1如果如果：R1=R2=R，C1=C2=C，則則：RC1o)( j31UUooio)(31arctg)(ooF2oo2)(31)(F傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：相頻特性：相頻特性：幅頻特性：幅頻特性：o)(F31)(F+90 90 0F2f0o172 2、用運放組成的、用運放組成的RC RC 振蕩器振蕩器0A所以，要滿足相位所以，要滿足相位條件，只有在條件，只有在f fo o 處處0F因為：因為：1AF122RR uo_+ + R2RCRCR1121RRA31112FRRA18能自行啟動的電路（能自行啟動的電路（1 1）u

12、otRtA半導體半導體熱敏電阻熱敏電阻起振時，起振時，RT略大于略大于2R1，使使|AF|1，以便起振；，以便起振；_+ + RTRCRCR1t uo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，為某值時，|AF|=1，從而穩(wěn)幅。從而穩(wěn)幅。負溫度系數(shù)負溫度系數(shù)19能自行啟動的電路（能自行啟動的電路（2 2）R22為一小電阻，為一小電阻，使使(R21+R22)略大于略大于2R1，|AF|1，以，以便起振；便起振；_+ + R21RCCR1R22D1D2隨著隨著uo的增加，的增加，R22逐漸被短接，逐漸被短接，A自動自動下降到使下降到使|AF|=1，

13、使，使得輸出得輸出uo穩(wěn)定在某值。穩(wěn)定在某值。20 C C1 1的作用是使的作用是使JFETJFET工作在可變電阻區(qū)，運放電路的電壓放工作在可變電阻區(qū)，運放電路的電壓放大倍數(shù)主要由大倍數(shù)主要由JFETJFET的漏源電阻、的漏源電阻、R R1 1及及R R2 2決定。調(diào)整電阻決定。調(diào)整電阻R R1 1的大的大小，可使正常工作時小，可使正常工作時JFETJFET壓控電阻與壓控電阻與R R1 1并聯(lián)后的等效電阻處并聯(lián)后的等效電阻處于整個可調(diào)范圍的中點附近。于整個可調(diào)范圍的中點附近。+21輸出頻率的調(diào)整：輸出頻率的調(diào)整：RCfo21通過調(diào)整通過調(diào)整R或或/和和C來調(diào)整頻率。來調(diào)整頻率。_+ + RFu

14、oRCCRKKR1R1R2R2R3R3C：雙聯(lián)可調(diào)電雙聯(lián)可調(diào)電容，改變?nèi)荩淖僀，用于細調(diào)振用于細調(diào)振蕩頻率。蕩頻率。K：雙聯(lián)波段開：雙聯(lián)波段開關，切換關，切換R，用于粗調(diào)振用于粗調(diào)振蕩頻率。蕩頻率。22電子琴的振蕩電路電路：電子琴的振蕩電路電路：2121RRCfo_+ + RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21233 3、用分立元件組成的、用分立元件組成的RC RC 振蕩器振蕩器RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+ube RCRC網(wǎng)絡正反饋，網(wǎng)絡正反饋，R RF F、R RE E1 1組成負反饋，調(diào)整到

15、合適組成負反饋，調(diào)整到合適的參數(shù)則可產(chǎn)生振蕩。的參數(shù)則可產(chǎn)生振蕩。24 題題6.1 6.1 電路如圖所示，試用相位平衡條件判斷哪電路如圖所示，試用相位平衡條件判斷哪個電路可能振蕩，哪個不能，說明理由。個電路可能振蕩，哪個不能，說明理由。 25 解：解： 圖圖(a)(a)的電路中，放大電路由場效應管的共漏組態(tài)的電路中，放大電路由場效應管的共漏組態(tài)和雙極型三極管共射組態(tài)組合而成和雙極型三極管共射組態(tài)組合而成, ,相移相移180180, ,反饋選反饋選頻網(wǎng)絡由頻網(wǎng)絡由RCRC串并網(wǎng)絡構(gòu)成串并網(wǎng)絡構(gòu)成, ,相移范圍是相移范圍是9090 9090。與。與放大電路的相移相加不可能構(gòu)成放大電路的相移相加不可

16、能構(gòu)成 ，不滿足，不滿足相位條件。所以圖相位條件。所以圖(a)(a)的電路不可能產(chǎn)生正弦波振蕩。的電路不可能產(chǎn)生正弦波振蕩。 26 解：解： 圖圖(b)(b)的電路中，放大電路為差動電路，相移的電路中，放大電路為差動電路，相移180180。反饋選頻網(wǎng)絡由。反饋選頻網(wǎng)絡由RCRC串并網(wǎng)絡構(gòu)成，相移范圍串并網(wǎng)絡構(gòu)成，相移范圍是是9090 9090。與放大電路的相移相加不可能構(gòu)。與放大電路的相移相加不可能構(gòu)成成 ，不滿足相位條件。所以圖，不滿足相位條件。所以圖(b)(b)的電的電路不可能產(chǎn)生正弦波振蕩。路不可能產(chǎn)生正弦波振蕩。 27 題題6.4 6.4 由由RCRC元件構(gòu)成的一階高通或低通網(wǎng)絡的最元

17、件構(gòu)成的一階高通或低通網(wǎng)絡的最大相移絕對值小于大相移絕對值小于9090。試用相位平衡條件判斷。試用相位平衡條件判斷題圖題圖6.46.4所示電路哪個可能振蕩，哪個不能，說所示電路哪個可能振蕩，哪個不能，說明理由。明理由。 28解：因為解：因為RCRC一階高通或低通網(wǎng)絡的最大相移絕對值小于一階高通或低通網(wǎng)絡的最大相移絕對值小于9090 ，所以在振蕩電路中，如果放大部分有，所以在振蕩電路中，如果放大部分有180180 ，那，那么至少需要三級一階么至少需要三級一階RCRC反饋網(wǎng)絡才能產(chǎn)生反饋網(wǎng)絡才能產(chǎn)生180180的相移，的相移，使得使得 。 對圖對圖(a)(a)，運放接成反相比例放大電路，相移，運放接成反相比例放大電路，相移 ，而只有兩級一階而只有兩級一階RCRC反饋網(wǎng)絡，不可能產(chǎn)生反饋網(wǎng)絡，不可能產(chǎn)生18018