波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

8.2三角波發(fā)生器8.3RC正弦波振蕩器8.1信號(hào)發(fā)生電路第8章波形產(chǎn)生電路與變換電路1波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第1頁(yè)依據(jù)振蕩器產(chǎn)生波形不一樣，又分為正弦波振蕩器（簡(jiǎn)諧振蕩器）非正弦波振蕩器(張馳振蕩器)伴隨集成運(yùn)放技術(shù)發(fā)展，當(dāng)前集成運(yùn)放應(yīng)用幾乎滲透到電子技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域，除運(yùn)算以外，還能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理，變換和測(cè)量，也能夠用來(lái)產(chǎn)生正弦信號(hào)和各種非正弦信號(hào)：三角波、矩形波、鋸齒波等8.1信號(hào)發(fā)生電路2波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第2頁(yè)利用電容器充放電產(chǎn)生脈沖波形(產(chǎn)生脈沖波形基本原理)三角波3波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第3頁(yè)試著用遲滯比較器充當(dāng)電源和開(kāi)關(guān)4波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第4頁(yè)1.電路結(jié)構(gòu)8.1.1方波發(fā)生器（多諧振蕩電路）用遲滯比較器充當(dāng)電源和開(kāi)關(guān)Uc充當(dāng)著Ui作用反相遲滯比較器充電放電ZCTHURRRUtuU3221)(++===-ZCTHURRRUtuU3222)(+-===-uoui0+Uom-UomUTH1UTH25波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第5頁(yè)2.工作原理(1)設(shè)uo

=

+UZ,此時(shí)，輸出給C充電,uc

0tuoUOM-UOMucU+H0t一旦uc>U+H

,就有u->u+,在uc<U+H時(shí)，u-

<u+,uo

馬上由＋UZ

變成－UZ

(設(shè)uC初始值uC(0+)=0)uo保持+UZ不變UOM方波發(fā)生器6波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第6頁(yè)此時(shí)，C

經(jīng)輸出端放電,再反向充電(2)當(dāng)uo

=

-UOM時(shí)，U+HuctU+L當(dāng)uo

重新回到＋UOM

以后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性改變.-UOM方波發(fā)生器7波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第7頁(yè)充電放電電路如圖uoZCTHURRRUtuU3221)(++===-ZCTHURRRUtuU3222)(+-===-8波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第8頁(yè)0U+HuctU+LUOMuo0t-UOMT周期與頻率計(jì)算：方波發(fā)生器9波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第9頁(yè)點(diǎn)b是電位器RW

中點(diǎn)，點(diǎn)a和點(diǎn)c是b上方和下方某點(diǎn)。試定性畫(huà)出電位器可動(dòng)端分別處于

a、b、c

三點(diǎn)時(shí)uo-uc

相對(duì)應(yīng)波形圖。設(shè)Rwa>RwcUOMuo0t-UOM思索題：bac10波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第10頁(yè)8.2三角波發(fā)生器從下列圖電容C1輸出，便可得到一個(gè)近似三角波。但因?yàn)槠涑潆婋娏鱥充=（UO1-UC1）/R3隨t而下降，所以u(píng)C輸出三角波線性較差。為此，只要確保恒流充電即可。于是后面又增加了一個(gè)積分電路。其原理分析以下。C111波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第11頁(yè)在實(shí)用電路中，將方波發(fā)生電路中RC充、放電回路用積分運(yùn)算電路來(lái)取代，滯回比較器和積分電路輸出互為另一個(gè)電路輸入，以下列圖所表示。其虛線左邊為同相輸入滯回比較器，右邊為積分運(yùn)算電路。滯回比較器輸出為方波，經(jīng)積分運(yùn)算電路后變換為三角波，波形以下列圖所表示。因?yàn)閁_為虛地，所以I充=UO1/R3為定值（因?yàn)閁O1為方波，恒流充電）。12波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第12頁(yè)另付三角波發(fā)生器電路:13波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第13頁(yè)三角波產(chǎn)生電路條件是電容充放電時(shí)間常數(shù)相等，假如二者相差較大，即為鋸齒波產(chǎn)生電路。詳細(xì)電路如圖所表示。利用VD1、VD2組成控制充放電回路，調(diào)整電位器Rw可改變充放電時(shí)間常數(shù)。假如Rw在中點(diǎn)，則充放電時(shí)間常數(shù)相等，輸出為三角波。假如Rw在最下端，則充電時(shí)間常數(shù)大于放電時(shí)間常數(shù)，得負(fù)向鋸齒波。假如Rw在最上端，則充電時(shí)間常數(shù)小于放電時(shí)間常數(shù)，得正向鋸齒波14波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第14頁(yè)uottuoT1T2T1變?yōu)?三角波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器15波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第15頁(yè)16波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第16頁(yè)一放大電路通常在輸入端接上信號(hào)源情況下才有信號(hào)輸出。在不加任何輸入信號(hào)情況下，放大電路仍會(huì)產(chǎn)生一定頻率信號(hào)輸出，這種現(xiàn)象就是放大電路自激振蕩。放大電路和振蕩電路區(qū)分：前者輸入端接有信號(hào)源，而后者不加輸入信號(hào)就有信號(hào)輸出。不過(guò)，不論是振蕩電路還是放大電路，它們輸出信號(hào)總是由輸入信號(hào)引發(fā)。那么，振蕩電路既然不接信號(hào)源，它輸入信號(hào)從何而來(lái)？復(fù)習(xí)8.3RC正弦波振蕩器8.3.1概述17波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第17頁(yè)電路中反饋形式在不加任何輸入信號(hào)情況下，放大電路仍會(huì)產(chǎn)生一定頻率信號(hào)輸出。2.產(chǎn)生原因振蕩電路輸入信號(hào)是從自己輸出端反饋回來(lái)。在中頻區(qū)，Xid和Xf同相，此時(shí)為負(fù)反饋?！ぁぴ诟哳l區(qū)或低頻區(qū)，當(dāng)Xid和Xf在某一特定頻率下，產(chǎn)生附加相移到達(dá)180，使中頻區(qū)負(fù)反饋在高頻區(qū)或低頻區(qū)變成了正反饋，當(dāng)滿足了一定幅值條件時(shí)，便產(chǎn)生自激振蕩。··開(kāi)始產(chǎn)生相移變成了正反饋Xid=Xi-Xf···1.自激振蕩現(xiàn)象18波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第18頁(yè)產(chǎn)生正弦波條件與負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激條件十分類似。只不過(guò)負(fù)反饋放大電路中是因?yàn)樾盘?hào)頻率到達(dá)了通頻帶兩端，產(chǎn)生了足夠附加相移，從而使負(fù)反饋?zhàn)兂闪苏答?。在振蕩電路中加就是正反饋，振蕩建立后只是一個(gè)頻率信號(hào)，無(wú)所謂附加相移。19波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第19頁(yè)振蕩器在剛才起振時(shí)，為了克服電路中損耗，需要正反饋強(qiáng)一些，即要求：這稱為起振條件。既然，起振后就要產(chǎn)生增幅振蕩，需要靠三極管大信號(hào)利用時(shí)非線性特征去限制幅度增加，這么電路必定產(chǎn)生失真。這就要靠選頻網(wǎng)絡(luò)作用，選出失真波形基波分量作為輸出信號(hào)，以取得正弦波輸出。4.起振條件和穩(wěn)幅原理··20波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第20頁(yè)

振蕩條件

幅度平衡條件

相位平衡條件

AF=A+

F=2n(a)負(fù)反饋放大電路(b)正反饋振蕩電路圖振蕩器方框圖

比較圖(a)和(b)就能夠顯著地看出負(fù)反饋放大電路和正反饋振蕩電路區(qū)分了。因?yàn)檎袷庪娐份斎胄盘?hào)，所以

。因?yàn)檎?、?fù)號(hào)改變21波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第21頁(yè)為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋，所以放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路最主要部分。不過(guò)，這么兩部分組成振蕩器普通得不到正弦波，這是因?yàn)闃O難控制正反饋量。假如正反饋量大，則增幅，輸出幅度越來(lái)越大，最終由三極管非線性限幅，這必定產(chǎn)生非線性失真。反之，假如正反饋量不足，則減幅，可能停振，為此振蕩電路要有一個(gè)穩(wěn)幅電路。另外為了取得單一頻率正弦波輸出，應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)往往和正反饋網(wǎng)絡(luò)或放大電路合而為一。選頻網(wǎng)絡(luò)由R、C和L、C等電抗性元件組成。正弦波振蕩器名稱普通由選頻網(wǎng)絡(luò)來(lái)命名。

思緒22波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第22頁(yè)在波形發(fā)生電路中，是否一定只有一個(gè)頻率滿足相位條件？如否，電路振蕩頻率f0怎樣確定？答：在有選頻網(wǎng)絡(luò)電路中，情況普通是這么。不過(guò)，在一些不選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路中，情況則不然。比如，在圖8-03（下頁(yè)）電路中能夠求出

。表示式?jīng)]有虛部，說(shuō)明A和F同相，這表明電路在任何頻率下都能滿足振蕩相位平衡條件。不過(guò)，因?yàn)榉€(wěn)壓管穩(wěn)幅作用，在振蕩穩(wěn)定時(shí)

，還是只有一個(gè)頻率能滿足幅值平衡條件，仍能產(chǎn)生

正弦/余弦波。這和通常只有一個(gè)頻率滿足相位條件情況不一樣。

※23波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第23頁(yè)※24波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第24頁(yè)1.放大電路2.正反饋網(wǎng)絡(luò)3.選頻網(wǎng)絡(luò)——只對(duì)一個(gè)頻率滿足振蕩條件，從而取得單一頻率正弦波輸出。

慣用選頻網(wǎng)絡(luò)有RC選頻和LC選頻4.穩(wěn)幅步驟——使電路易于起振又能穩(wěn)定振蕩，波形失真小。5.正弦波振蕩器普通組成25波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第25頁(yè)uRf1RRRCCufoA++-正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)F電壓負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)幅步驟放大電路，A=2n同相輸出如F

=0o時(shí)，反饋到U+端電壓uF就為正反饋正弦波振蕩器結(jié)構(gòu)下面就來(lái)結(jié)構(gòu)F和穩(wěn)幅步驟26波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第26頁(yè)R1C1串聯(lián)阻抗：R2C2并聯(lián)阻抗：8.3.2RC正弦波振蕩電路—正反饋\選頻

一.RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)選頻特征頻率特征：前面學(xué)習(xí)負(fù)反饋放大電路中F是一定值(純電阻網(wǎng)絡(luò)和頻率無(wú)關(guān)).27波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第27頁(yè)（1）當(dāng)信號(hào)頻率很低時(shí)>>R1>>R2其低頻等效電路為：其頻率特征為：當(dāng)ω=0時(shí)，uf=0，│F│=0=+90°當(dāng)ω↑時(shí)，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF90°1.定性分析：uc1ufuo超前網(wǎng)絡(luò)uf

超前uo28波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第28頁(yè)＜＜R1＜＜R2其高頻等效電路為：其頻率特征為：當(dāng)ω=∞時(shí)，uf=0，│F│=0=-90°當(dāng)ω↓時(shí)，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF-90°ufuR1uouf滯后uo（2）當(dāng)信號(hào)頻率很高時(shí)29波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第29頁(yè)ω0=？│F│max=？由以上分析知：一定有一個(gè)頻率ω0存在，使得當(dāng)ω=ω0時(shí)，│F│最大，且=0°0|F|0φF90°0|F|0φF-90°30波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第30頁(yè)R1C1串聯(lián)阻抗：R2C2并聯(lián)阻抗：頻率特征：2.定量分析31波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第31頁(yè)通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：式中：可見(jiàn)：當(dāng)時(shí)，│F│最大，且=0°

│F│max=1/332波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第32頁(yè)當(dāng)時(shí)，│F│=│F│max=1/3φF+90°|F|RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整頻率特征曲線：相頻特征特點(diǎn):僅對(duì)一個(gè)頻率ωo=1/RC是零相移，對(duì)低于此頻率和高于此頻率分別呈正相移和負(fù)相移.幅頻特征特點(diǎn):對(duì)頻率ωo傳輸系數(shù)最大，等于1/3，而對(duì)其它頻率傳輸系數(shù)都是小于1/3。所以只要放大器電壓放大倍數(shù)大于3，就能起振。幅頻特征相頻特征33波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第33頁(yè)uRf1RRRCCufoA++-RC正弦波振蕩電路同相百分比電路電壓正反饋網(wǎng)絡(luò)F電壓負(fù)反饋穩(wěn)幅作用文氏橋正弦波振蕩電路A

=2nF=0o同相放大器+-+試驗(yàn)634波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第34頁(yè)在f0處滿足相位條件：因?yàn)椋篈F=131=F11f+=RRA1f2RR=只需：A=3輸出單一正弦波頻率:振幅條件：引入負(fù)反饋：選：二.RC橋式振蕩器工作原理：uRf1RRRCCufo++-A穩(wěn)幅步驟35波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第35頁(yè)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相頻特征是：僅對(duì)一個(gè)頻率ωo=1/RC是零相移，對(duì)低于此頻率和高于此頻率分別呈正相移和負(fù)相移，這么一來(lái)，僅對(duì)這個(gè)ωo，結(jié)協(xié)議相放大器能實(shí)現(xiàn)正反饋（因?yàn)檎答仐l件是放大器相移+反饋網(wǎng)絡(luò)相移=360°）。RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)幅頻特征是：對(duì)頻率ωo傳輸系數(shù)最大，等于1/3，而對(duì)其它頻率傳輸系數(shù)都是小于1/3。所以只要放大器電壓放大倍數(shù)大于3，就能起振。而運(yùn)放電壓放大倍數(shù)是遠(yuǎn)大于3，這么一來(lái)，起振是沒(méi)有問(wèn)題，不過(guò)會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重失真，處理方法是：設(shè)法使運(yùn)放電壓放大倍數(shù)稍稍大于3就行(引入負(fù)反饋—穩(wěn)幅步驟)。36波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第36頁(yè)*RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器-237波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第37頁(yè)一、T1、T2組成兩級(jí)共射放大電路，因?yàn)橐患?jí)共射放大是反相放大，兩級(jí)就是同相放大；二、兩個(gè)電阻：R（16K）2只，C（0.01）2只，是一個(gè)RC串并聯(lián)移相網(wǎng)絡(luò)，它輸入端是上面那個(gè)R上邊，而它輸出端是中間，這個(gè)RC電路輸入端接就是兩級(jí)放大器輸出端，而這個(gè)RC電路輸出端接就是兩級(jí)放大器輸入端，這么就組成了一個(gè)閉環(huán)。三、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相頻特征是：僅對(duì)一個(gè)頻率ωo=1/RC是零相移，對(duì)低于此頻率和高于此頻率分別呈正相移和負(fù)相移，這么一來(lái)，僅對(duì)這個(gè)ωo，結(jié)合兩級(jí)同相放大器能實(shí)現(xiàn)正反饋（因?yàn)檎答仐l件是放大器相移+反饋網(wǎng)絡(luò)相移=360°）。四、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)幅頻特征是：對(duì)頻率ωo傳輸系數(shù)最大，等于1/3，而對(duì)其它頻率傳輸系數(shù)都是小于1/3。所以只要放大器電壓放大倍數(shù)大于3，就能起振。而兩級(jí)共射放大電路電壓放大倍數(shù)是遠(yuǎn)大于3，這么一來(lái)，起振是沒(méi)有問(wèn)題，不過(guò)會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重失真，處理方法是：設(shè)法使兩級(jí)放大器電壓放大倍數(shù)稍稍大于3就行。五、為使兩級(jí)放大器電壓放大倍數(shù)比3大，但不要大太多，引入兩級(jí)間電壓串聯(lián)負(fù)反饋，就是由那個(gè)帶星號(hào)電阻Rf(10K)，將輸出端信號(hào)引到T1射極，與T1射極電阻（1.2K）組成電壓串聯(lián)負(fù)反饋，由串聯(lián)負(fù)反饋電路計(jì)算公式能夠估出這個(gè)引入負(fù)反饋后閉環(huán)電壓放大倍數(shù)=（10/1.2）+1≈9?？芍娐分羞@個(gè)負(fù)反饋電阻Rf再小點(diǎn)（只要大于2.4K就行）也行。

*38波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)第38頁(yè)R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf