電工電子學(xué)：第6章 波形產(chǎn)生和變換第3版

6.1正弦波振蕩電路6.2多諧振蕩器6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器第6章波形產(chǎn)生和變換6.1.1正弦波振蕩電路的基本原理6.1.2RC正弦波振蕩電路*6.1.3LC正弦波振蕩電路6.1正弦波振蕩電路提示：波形產(chǎn)生電路分類正弦和非正弦(如矩形波、三角波)波形產(chǎn)生電路。波形產(chǎn)生電路的公同特點

自激（不需要任何輸入信號）；必須在電路中引入足夠強的正反饋。6.1.1正弦波振蕩電路的基本原理

1.自激振蕩的條件AF其輸出為放大器輸入端輸入信號

++Σ經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋的電壓為由于是正反饋，故有

↑，↓，→

要維持自激振蕩，必須有所以維持振蕩的平衡條件為可得兩個平衡條件：幅度平衡條件|AF|

=1反饋信號與輸入信號的大小相等,并有足夠強度。相位平衡條件A+F=2n（n=0,1,2……

反饋信號與輸入信號同相，即引入正反饋這是必要條件，但不充分由起振條件：|AF|>1相位條件不變

2、振蕩的建立與穩(wěn)定接通電源瞬間，由于瞬時的擾動、電路的噪聲含有豐富的頻譜成分。由選頻電路選擇某一頻率的正弦信號，滿足起振條件，此時為增幅振蕩。在增幅振蕩過程中，若減小A，當(dāng)|AF|>1→|AF|=1時，電路呈穩(wěn)定的等幅振蕩。若要使振蕩從小到大建立起來還應(yīng)滿足：自激振蕩的建立過程Uf=UiOUo反饋特性Uf=f(Uo)振幅特性Uo=f(Ui)Ui1Uo1Uf1=Ui2Uo2A通過不斷地放大正反饋再放大再反饋，使Uo不斷增大，一直到達A點時，才穩(wěn)定下來。由上述分析可知：正弦波振蕩電路應(yīng)包含以下四個環(huán)節(jié)放大反饋選頻穩(wěn)幅ui

uoRR1CRfRC+uf

Z1Z2Ao電路組成放大環(huán)節(jié):Ao,R1,Rf構(gòu)成同相輸入比例運算反饋環(huán)節(jié)：Z1，Z2選頻且控制正反饋量6.1.2RC正弦波振蕩電路RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性習(xí)題2.3.12當(dāng)信號頻率即時與同相放大特性自激振蕩條件起振:平衡：穩(wěn)幅該電路采用負溫度系數(shù)熱敏電阻UO↑→T↑→Rf↓→U-↑→|A|↓→|AF|=1等幅振蕩用二極管穩(wěn)幅的振蕩電路u

o1Ｒ1Ｒf2ＲCＲCＲf1D2D1Ao1.電容三點式振蕩電路（Colpitts)REC2C1RCRB1RB2CBCELT132+UCC諧振回路CcuoLC1C2RCRB1∥RB2T+－－uiuo+32-uf(a)基本電路(b)交流通路*6.1.3LC正弦波振蕩電路電路及工作原理介紹

電感L和電容C1、C2構(gòu)成的諧振回路成為放大電路的負載，電容C2兩端的電壓作為反饋信號，瞬時極性法判斷相位平衡條件。諧振時，uo與ui反相，uf與uo反相，uf與ui同相。

選取適當(dāng)?shù)撵o態(tài)值和元件參數(shù)，使得諧振回路諧振時，|AF|≥1。電路自激振蕩|AF|=1時，振蕩穩(wěn)定。振蕩頻率近似等于LC諧振回路的振蕩頻率：√C1

C2C1+C2L2π1fo

=

fo

≈√2πLC31改進型電容三點式振蕩電路(Clapp)REC2C1RCRB1RB2CBLT+UCCC3uo在電感支路中串聯(lián)一個電容C3，且取C3遠小于C1和C2。故諧振回路的振蕩頻率主要由L和C3來決定：改變C3，即可改變fo

共基接法，頻率遠高于共射CC

2.電感三點式振蕩電路RECRCRB1RB2CBCEL2T132L1+UCCuoCCCRB1∥RB2T+－－uiuo+32L1L21uf(a)基本電路(b)交流通路電感L1、L2和電容C構(gòu)成了諧振回路，+UCC通過L1到集電極形成集電極電流的直流通路，故可省略RC。電感L2兩端的電壓作為反饋信號，在放大器的輸入端引入了正反饋。若L1、L2線圈之間的互感為M，則線圈的總電感為：L=L1+L2+2M。電路的振蕩頻率近似等于LC諧振回路的振蕩頻率：

三點式LC正弦波振蕩電路的振蕩條件幅值條件：通過提供合適的直流通路和選取恰當(dāng)?shù)碾娍箙?shù)而得到。相位條件：電路構(gòu)成必須遵守以下原則（1）發(fā)射極兩側(cè)支路的電抗應(yīng)為同一性質(zhì)（同為容抗或感抗）。（2）基極與集電極支路的電抗應(yīng)與發(fā)射極兩側(cè)支路的電抗異性。*6.2.1用集成運放構(gòu)成的多諧振蕩器6.2.2用石英晶體構(gòu)成的多諧振蕩器6.2.3用555集成定時器構(gòu)成的多諧振蕩器6.2多諧振蕩器多諧振蕩器也稱矩形波（含方波）發(fā)生器。1.電路的組成Ro

DZR2uCuou+u-±UZAoR1RC

RC引入了具有延遲特性的負反饋電路。

u+為uo

經(jīng)R1和R2

，在R1上的分壓，并作為比較器的參考電壓，u-即uC作為比較器的輸入電壓。*6.2.1用集成運放構(gòu)成的多諧振蕩器u+H=R1R1+R2UZUZR1R1+R2u+L=UZu+H

tT1T2t0

t1

t2uOuC0-UZu+LuOuC2.電路的工作過程to≤t≤t1時:uC=UZ－(R1R1+R2UZ+UZ）et-toRC

t=t1時:uC=u+H=R1R1+R2UZ可得：T1=t1－t0=RCln(1+2R1R2)2R1且T2=t2－t1=RCln(1+R2)T=T2+T1=2RCln(1+2R1R2)f=1/T該電路是方波發(fā)生電路3.占空比可調(diào)的多諧振蕩器Ro

DZR2CuCuou+u-±UZAoR1D1D2RP調(diào)節(jié)RP，使電容充電和放電的時間常數(shù)不相等RP’RP”即輸出矩形波占空比可調(diào)，而周期不變。1.石英晶體（a）符號（b）等效電路JTLCRCO石英晶體具有壓電效應(yīng)，壓電諧振特點,并呈現(xiàn)固有諧振頻率。諧振頻率有兩個，LCR支路的串聯(lián)諧振頻率fs

和LCR支路與電容CO的并聯(lián)諧振頻率fP，fP＞fs，且很接近。6.2.2用石英晶體構(gòu)成的多諧振蕩器fsfp容性容性感性f

X0（c）電抗頻率特性曲線

石英晶體的電抗頻率特性曲線f=fs時：（X=0）石英晶體呈阻性f＜

fs或f＞

fp時：石英晶體呈容性fs＜

f＜fp時：石英晶體呈感性2.串聯(lián)型石英晶體多諧振蕩器C2JTuouo1uo2C1R1R2G1G2G3ui1uo2uo1ui2放大C1耦合放大C2耦合正反饋3.并聯(lián)型多諧振蕩器C1C2JTuoRFG1G2RF，G1

構(gòu)成反相放大器JT等效為電感,與C1，C2，反相放大器構(gòu)成電容三點式振蕩電路。G2

起緩沖、隔離、整形作用。

555集成定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路結(jié)合的中規(guī)模集成電路。常用的555定時器有：雙極型定時器——5G1555CMOS定時器——CB75551、555集成定時器6.2.3用555集成定時器構(gòu)成的多諧振蕩器CB7555集成定時器的電路結(jié)構(gòu)圖1G4TH6CO5TR2D7GND13OUT4RD8+UDDTNC2C2+－++－+C1+－+RRR≥1G1≥1G2≥1G31G51G6QCB7555定時器功能表輸入輸出低電平低電平低電平高電平高電平高電平原狀態(tài)高電平導(dǎo)通原狀態(tài)導(dǎo)通截止RDTHTROUTTN╳╳若CO端外加電壓UCO，UTH與UCO比較，UTR與1/2UCO比較CB755514352678D+UDDGNDTHCOOUTTRRDUDDCR1R2uCuo0.01μFuo0tTT1T2tuC0—UDD2313—UDDUOHUOL2、用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器[例題6.2.1]

如圖為一模擬公安警車音響的電路，試說明其工作原理。100μF0.01μF18k4.7kR1R2R3R4R5R6C1C2C3C4T8844776622115534.7kΩ10kΩ100k2.7kΩ0.01μF100μF++CB7555CB7555IC1IC2+UDD（5~15V）3、555定時器應(yīng)用舉例51k30k6.3.1用555集成定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.3.2用555集成定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器6.3.1用555集成定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，屬無穩(wěn)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，從一個穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為另一個穩(wěn)態(tài)必須靠脈沖信號觸發(fā)，脈沖消失后，穩(wěn)態(tài)一直保持。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在脈沖信號未加之前，處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)信號觸發(fā)后，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到新的狀態(tài)，經(jīng)過一定延時后觸發(fā)器又自動翻轉(zhuǎn)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。所以只有一種穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器功能及電路uIuo穩(wěn)態(tài)暫態(tài)uouitttuC—UDD13—UDD23twtr觸發(fā)翻轉(zhuǎn)自動翻轉(zhuǎn)+UDDRuIuoCOGND0.01μFCTHDTRRDuC+CB555uIuo單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)[例6.3.1]下圖是一個定時加熱器控制電路，試說明工作原理。51KRpR1C14.7MΩ100μF+8476213CB7555IC+UDD（5V）THDTR5C20.01μFSSP1110+-~~68?0.1μF~220VD施密特觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，但它與第4章介紹的觸發(fā)器不同。有如下特點：（1）不具有記憶保持功能，其穩(wěn)定狀態(tài)依賴輸入信號來維持；（2）它屬于電平觸發(fā)，而不是脈沖觸發(fā)；（3）兩種狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時的輸入電壓（稱閾值電壓）不同。6.3.2用555集成定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器圖形符號和電壓傳輸特性曲線u0uiUOHU0L0UT-UT+uiu0回差電壓UT=UT+UT-