學習情境5波形發(fā)生器的設計與仿真

學習情境5波形發(fā)生器的設計與仿真教學內(nèi)容

5.1正弦波振蕩的條件和電路組成

5.2RC振蕩電路

5.3LC振蕩電路

5.4石英晶體振蕩電路

5.5 非正弦波發(fā)生電路 5.1正弦波振蕩的條件和電路組成5.2RC振蕩電路本節(jié)教學目標1.熟悉掌握正弦振蕩的條件和組成。2.能利用振蕩條件判斷典型正弦波振蕩電路能否產(chǎn)生振蕩。3.熟悉常見的RC振蕩器的特點和使用場合。 5.1正弦波振蕩的條件和電路組成一、關(guān)于振蕩的概念振蕩器：沒有輸入信號，依靠電路本身的自激振蕩來產(chǎn)生輸出信號的放大電路。自激振蕩：沒有輸入信號，有一等幅等頻的輸出信號輸出的現(xiàn)象。5.1正弦波振蕩的條件和電路組成二、正弦波振蕩條件Xi+

+AFX'iXfXoAFX'iXfXo必須，則則5.1正弦波振蕩的條件和電路組成二、正弦波振蕩條件正反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：幅值條件：相位條件：起振條件：振蕩頻率：5.1正弦波振蕩的條件和電路組成三、正弦波振蕩電路的組成電壓放大電路：放大f=f0的輸出信號，放大振蕩功率，補償電路的損耗。正反饋網(wǎng)路：滿足相位平衡條件。選頻網(wǎng)路：R、C的元件組成——RC正弦波振蕩器L、C的元件組成——LC正弦波振蕩器穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：保證輸出波形具有穩(wěn)定的賦值，輸出不失真。5.1正弦波振蕩的條件和電路組成四、分析方法（1）檢查電路是否具備四個組成部分；（2）檢查放大電路的靜態(tài)工作點是否保證放大電路正常工作（3）分析電路是否滿足自激振蕩條件幅值條件：相位條件：5.2RC振蕩電路一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的頻率特性CRU2+-+-U1CRP289圖6.1.3一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的頻率特性令則5.2RC振蕩電路一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的頻率特性其模及相角為：5.2RC振蕩電路一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的頻率特性可見，當時此時網(wǎng)絡呈純電阻，頻率特性如圖所示：ff0(a)fφ-90o+90of0(b)所以要求放大環(huán)節(jié)：起振條件：P212圖5.45.2RC振蕩電路二、文式橋正弦波振蕩電路P212圖5.5Rtt°＋－AR2UoCRR1CRRC選頻反饋網(wǎng)絡同相比例放大電路Rtt°負溫度系數(shù)熱敏電阻代替R1起振5.2RC振蕩電路二、文式橋正弦波振蕩電路P212圖5.5Rtt°＋－AR2UoCRR1CR反饋網(wǎng)絡引入的是正反饋即：起振條件：振蕩頻率：若R太小，則加重放大電路的負載若C太小，則極間電容和寄生電容影響故：5.2RC振蕩電路P213圖5.6RWUoC1RC2C3RC1C2C3U++-RW用調(diào)節(jié)同軸電位器實現(xiàn)振蕩頻率的細調(diào)。用開關(guān)切換實現(xiàn)振蕩頻率的粗調(diào)。5.2RC振蕩電路5.1節(jié)練習11、填空題。（1）文氏橋正弦波振蕩電路的“橋”是以

、

、

和

各為一臂而組成的。（2）正弦波振蕩電路按選聘網(wǎng)絡所用元件可分為

、

和

三種電路，其中

振蕩電路的振蕩頻率最為穩(wěn)定。（3）為了得到音頻信號發(fā)生器，應采用

正弦波振蕩電路。2、判斷題

。（1）只要滿足相位平衡條件，電路就會產(chǎn)生正弦波振蕩。（）（2）在振蕩頻率特別高時，應考慮正弦波振蕩電路中的放大電路采用共基接法。（）（3）正弦波振蕩電路的頻率應決定于選聘網(wǎng)絡，而不應決定于晶體管的極間電容、分布電容等。（）（4）橋式（文氏橋）RC正弦波振蕩電路的唯一特點是以RC串并聯(lián)網(wǎng)絡作為選聘網(wǎng)絡。（）5.1節(jié)練習23、計算填空題。已知文氏橋振蕩電路如圖所示;（1）若電阻R1為熱敏電阻，則溫度上升時其阻值應當

才能起穩(wěn)幅作用。（2）電路的振蕩頻率的表達式為

。（3）若電阻R1開路，則輸出電壓為

。（4）若電阻RF開路，則輸出電壓為

。－＋ARFuoCR1RRC4、計算填空題。已知文氏橋振蕩電路如圖所示，若R1=10kΩ，R和C的可調(diào)范圍分別為1~100kΩ、0.001~1μF。（1）振蕩頻率f0的可調(diào)范圍是

。（2）RF的下限值為

。5.1節(jié)練習35、改錯題。某文氏橋振蕩電路如圖所示，改正圖中的錯誤。＋－ARFuoCR1RD1D2RC集成運放的同相輸入端和反相輸入端極性互換。選頻網(wǎng)絡串聯(lián)的RC電路和并聯(lián)的RC電路互換。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)D2調(diào)轉(zhuǎn)方向。5.1節(jié)練習36、填空題。某文氏橋振蕩電路如圖所示。穩(wěn)幅過程中，當uo增大時，二極管中的電流將

，因而其動態(tài)電阻將

，使得同相比例運算的比例系數(shù)

，所以uo

，得到穩(wěn)定。－

＋ARFuoCR1RRCD1D25.3LC振蕩電路5.4石英晶體振蕩電路本節(jié)教學目標

1.熟悉變壓器反饋式LC振蕩器的特點和使用場合。

2.熟悉電容式三點式LC振蕩器的特點和使用場合。

3.熟悉電感式三點式LC振蕩器的特點和使用場合。

4.熟悉石英晶體振蕩器的特點和使用場合。5.3LC振蕩電路LC振蕩電路常用來產(chǎn)生高頻正弦波信號，常見電路形式有：變壓器反饋式電感三點式電容三點式選頻網(wǎng)絡：LC并聯(lián)諧振電路5.3LC振蕩電路一、LC并聯(lián)諧振電路P213圖5.7RCU+-LIILZ電路的導納為：虛部為0，則：即：5.3LC振蕩電路令，則：Q——品質(zhì)因數(shù)。一般Q>>1，因而：或，諧振時，LC并聯(lián)電路的阻抗是：R越小，Q越大，諧振時電路的Z0也越大。5.3LC振蕩電路P214圖5.8ωφZ-90o+90oω

0(b)Q1>Q2Q1Q2ff0(a)Z01Z02|Z|Q1Q2Q1>Q2LC并聯(lián)電路具有選頻特性，如圖所示：在ω≈ω0處，電路為純電阻性；在ω>ω0處，電路呈容性；在ω<ω0處，電路呈感性。5.3LC振蕩電路一、LC并聯(lián)諧振電路RCU+-LIILZ諧振時，LC并聯(lián)電路的輸入電流與電容電流的關(guān)系是：通常，Q>>1，所以說明諧振時，LC并聯(lián)電路的回路電流比輸入電流大很多。5.3LC振蕩電路二、變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路P215圖5.9T+VCCCBRER2+-uiR1CERLLN1N2N3C+-uf十一K選頻網(wǎng)絡。共射放大電路。反饋網(wǎng)絡。振蕩正弦波形輸出。選頻網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡十輸出電路相位平衡條件振蕩頻率：起振條件：電壓放大電路穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：放大電路的非線性實現(xiàn)。5.3LC振蕩電路三、電感三點式LC正弦波振蕩電路P215圖5.10——哈特萊振蕩電路。振蕩頻率：T+VCCCBRER2+-uiR1CEL2①C+-uf十一十KL1i②③uC相位平衡條件：中間抽頭②點的電位一定在首尾兩端之間，而②點交流接地，所以①②間電壓和③②間電壓反相。反饋信號取自L2，對高次諧波的阻抗較大，輸出波形含高次諧波，波形較差。5.3LC振蕩電路四、電容三點式LC正弦波振蕩電路P216圖5.11——考畢茲振蕩電路。振蕩頻率：相位平衡條件：反饋信號取自C2，對高次諧波的阻抗較小，輸出波形含高次諧波分量小，波形較好。T+VCCCBRER2+-uiR1CEL①十一十KC1iL②③uCC2RC5.3LC振蕩電路四、改進型電容三點式正弦波振蕩電路P216圖5.11——克拉潑振蕩電路。若C1、C2取值太小，則晶體管的極間電容將影響f0，可在L支路中串聯(lián)電容C，使振蕩頻率主要由L和C決定，而C1和C2只起分壓和滿足相位平衡的作用。T+VCCCBRER2+-uiR1CEL①十一十KC1iL②③uCC2RCC振蕩頻率：各種LC正弦波振蕩電路的比較電路名稱參數(shù)變壓器反饋式電感三點式電容三點式改進電容三點式振蕩頻率可調(diào)范圍C可換成可調(diào)電容，頻率可調(diào)范圍寬同左增加可調(diào)電容C，頻率可調(diào)范圍小將C換成可調(diào)電容，頻率可調(diào)范圍小振蕩波形一般高次諧波分量大，波形差高次諧波分量小，波形好高次諧波分量小，波形好頻率穩(wěn)定度可達10-4可達10-4可達10-4~10-5可達10-5適用頻率幾kHz~幾十MHz幾kHz~幾十MHz幾MHz~100MHz幾MHz~100MHz5.3LC振蕩電路所以，

LC振蕩電路存在的問題。因為，又因為，Q越大，頻率的穩(wěn)定度越高。應使R減小，損耗大。應使L增大，體積大，損耗大。應使C減小，分布電容、雜散電容影響。解決辦法？5.4石英晶體振蕩電路一、石英晶體P306圖6.1.16壓電效應：在石英晶體兩極加上一個電場，晶片將產(chǎn)生機械變形；相反，若在晶片上施加機械壓力，則在晶體相應方向上會產(chǎn)生一定的電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應。壓電諧振：若在石英晶體兩電極施加交變電壓時，晶片將產(chǎn)生機械變形振動，同時晶片的機械振動又會產(chǎn)生交變電場。當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅將會突然增加，比一般頻率情況下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。諧振頻率：上述特定頻率稱為石英晶體的固有頻率或諧振頻率。5.4石英晶體振蕩電路一、石英晶體P306圖6.1.16等效電路(a)C0CLR(b)當頻率低于fs時，L、C、R支路呈容性；當L、C、R支路串聯(lián)諧振時，串聯(lián)諧振頻率為：當頻率高于fs時，L、C、R支路呈感性；可與C0產(chǎn)生并聯(lián)諧振，并聯(lián)諧振頻率為：5.4石英晶體振蕩電路一、石英晶體P308圖6.1.17頻率特性當頻率高于fp時，電路又呈容性。因為C<<C0，所以fs和fp兩個頻率非常接近。XOffsfp容性感性容性fs:串聯(lián)諧振頻率fp:并聯(lián)諧振頻率石英晶體產(chǎn)品外殼上所標的頻率一般是指并聯(lián)負載電容時的并聯(lián)諧振頻率。石英晶體的固有頻率與溫度有關(guān)，在要求很高的場合，應將晶體放在恒溫槽中。5.4石英晶體振蕩電路二、石英晶體正弦波振蕩電路P308圖6.1.18T+VCCRERB2+-uORB1CEC1RCC2晶體工作在fs～fp之間1、并聯(lián)型晶體振蕩電路選頻網(wǎng)絡。晶體相當于一個電感，和兩個電容構(gòu)成電容三點式振蕩電路。5.4石英晶體振蕩電路二、石英晶體正弦波振蕩電路P309圖6.1.192、串聯(lián)型晶體振蕩電路T1+VCCRE1RB2+-uORB1RC晶體工作在fs處CBRCT2RE2晶體接在T1和T2之間的正反饋電路中。當振蕩頻率等于串聯(lián)諧振頻率時，晶體的阻抗最小且為純電阻。此時，正反饋最強，相位移為0，電路滿足振蕩條件。調(diào)節(jié)電阻R的大小可以改變反饋的強弱，以便獲得良好的正弦波輸出。5.3-5.4節(jié)練習11、為了獲得頻率為10kHz的正弦波電壓，應選用

。A、RC正弦波振蕩電路B、LC正弦波振蕩電路C、石英晶體正弦波振蕩電路2、為了獲得頻率為2MHz的正弦波電壓，應選用

。A、RC正弦波振蕩電路B、LC正弦波振蕩電路C、石英晶體正弦波振蕩電路3、為了獲得頻率極其穩(wěn)定的正弦波電壓，應選用

。A、RC正弦波振蕩電路B、LC正弦波振蕩電路C、石英晶體正弦波振蕩電路4、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡在時，電路呈

。A、感性B、容性C、阻性5、在RC文氏橋正弦波振蕩電路中，

。A、ΦA(chǔ)=-180°,ΦF=+180°B、ΦA(chǔ)=+180°,ΦF=+180°C、ΦA(chǔ)=0°,ΦF=0°5.3-5.4節(jié)練習26、正弦波振蕩電路中，正反饋網(wǎng)絡的作用是

。A、保證電路滿足相位平衡條件 B、提高放大器的放大倍數(shù)C、使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的正弦波 D、保證放大器滿足幅值條件8、在RC文氏橋正弦波振蕩電路中，為了滿足振蕩的相位平衡條件，放大電路的輸出信號與輸入信號的相位差的適合值是

。A、90°

B、180° C、270° D、360°7、在正弦波振蕩電路中，放大電路的主要作用是

。A、保證振蕩器滿足振蕩條件能持續(xù)輸出正弦波信號B、保證電路滿足相位平衡條件C、把外界的影響減小 D、以上三種作用都具有9、并聯(lián)石英晶體振蕩電路的工作頻率范圍是

。A、f<fs B、fs<f<fp C、f>fp

D、不能確定5.3-5.4節(jié)練習310、在LC電感三點式振蕩電路中，要求L1、L2的連接點（中心抽頭）必須交流接

。A、電感 B、發(fā)射極C、集電極 D、基極11、RC文氏橋振蕩電路的起振條件是，放大器的放大倍數(shù)Au>

。A、1/3 B、3C、1/2 D、212、一臺電子設備中要求正弦波振蕩電路的頻率為20MHz左右，且頻率穩(wěn)定度達10-10，應采用

正弦波振蕩電路。A、RC B、LCC、石英晶體 D、以上均可13、在串聯(lián)石英晶體振蕩電路中，對于振蕩信號，石英晶體等效為

；在并聯(lián)石英晶體振蕩電路中，對于振蕩信號，石英晶體等效為

。A、阻值極小的電阻B、阻值極大的電阻C、電感 D、電容5.3-5.4節(jié)練習414、某電子設備要求產(chǎn)生頻率在10~20MHz之間連續(xù)可調(diào)的正弦波振蕩信號，應采用

；若另一電子設備要求產(chǎn)生頻率為20MHz的正弦波振蕩信號，且頻率穩(wěn)定度達10-8，應采用

。A、RC振蕩電路B、LC

振蕩電路C、石英晶體振蕩電路D、以上均可15、產(chǎn)生低頻正弦波一般可用

振蕩電路；要求頻率穩(wěn)定度很高，則可用

振蕩電路。（）A、RC,LC B、LC,RCC、RC,