山大復(fù)試-第8章

第八章

波形的產(chǎn)生與變換電路8.1正弦波振蕩的基本原理

8.2RC正弦波振蕩電路

8.3LC正弦波振蕩電路

8.4石英晶體振蕩電路

8.5比較器

8.6方波發(fā)生器

8.7三角波及鋸齒波發(fā)生器一.正弦波振蕩器的振蕩條件8.1正弦波振蕩器的基本原理正反饋（+）（+）——相位條件原型——正反饋放大器正弦振蕩的條件：環(huán)路增益選頻：正弦波振蕩器，輸出是單一頻率的正弦信號（f0),只允許在一個(gè)頻率上產(chǎn)生振蕩，只允許在f0上滿足振蕩條件（相位和幅值），要求振蕩器中設(shè)置選頻網(wǎng)絡(luò)。選頻網(wǎng)絡(luò)——由RC,LC，石英晶體構(gòu)成?？煞旁诨痉糯笃鰽或反饋網(wǎng)絡(luò)F中。二.起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件：結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩（略大于）1、被動：利用放大器的限幅特性2、主動：在電路中加入穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的增益穩(wěn)幅過程：穩(wěn)幅措施：Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX干擾、噪聲中選擇所需的頻率成分起振時(shí)，穩(wěn)定振蕩時(shí)，

1.基本放大電路A

三.正弦波振蕩器的組成2.正反饋網(wǎng)絡(luò)F3.選頻網(wǎng)絡(luò)4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)RC，LC，晶體A與F首尾相連正弦波振蕩器命名RCLC低頻高頻晶體穩(wěn)頻8.2RC正弦波振蕩電路RC橋式振蕩器基本放大器A正反饋網(wǎng)絡(luò)F選頻網(wǎng)絡(luò)uo_++RfRCRR1uf

uaC運(yùn)放的限幅特性一.RC

串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性R1C1

串聯(lián)阻抗：R2C2

并聯(lián)阻抗：選頻特性：212ofZZZUUF+==...通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：式中：幅頻特性：相頻特性：RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線：|F|當(dāng)時(shí)│F│=│F│max=1/3當(dāng)時(shí)＝0φF+90°-90°二.RC橋式振蕩器的工作原理輸出正弦波頻率：uRf1RRRCCuf－A1++∞oua基本放大器A正反饋網(wǎng)絡(luò)F在f0處滿足相位條件：AF≥131=F11f+>3RR選：1f2RR>A≥3幅值條件：相位條件：選頻網(wǎng)絡(luò)φF+90°-90°能自動穩(wěn)幅的振蕩電路半導(dǎo)體熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)）u－++A1∞otRR1RRCC起振時(shí)Rt較大,使A>3,易起振。隨uo幅度增長，IRt增大，溫度升高，Rt減小。11t+=RRAuo幅度自動穩(wěn)定于某一幅值。直至A=3。能自動穩(wěn)幅的振蕩電路

起振時(shí)D1、D2不導(dǎo)通，Rf1+Rf2略大于2R1。隨著uo的增加，D1、D2逐漸導(dǎo)通，Rf2被短接，A自動下降，直至A=3，起到穩(wěn)幅作用。1A=11f1+>3RR+Rf2穩(wěn)幅措施K：雙聯(lián)波段開關(guān)，切換R，用于粗調(diào)振蕩頻率。C：雙聯(lián)可調(diào)電容，改變C，用于細(xì)調(diào)振蕩頻率。振蕩頻率的調(diào)節(jié)：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：電子琴的振蕩電路：_++RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R22112CRR=0f12345176功率放大器三.RC移相式振蕩電路

基本放大器A正反饋網(wǎng)絡(luò)F移相式選頻網(wǎng)絡(luò)1RC超前移相電路

RC滯后移相電路

φF+90°+180°+270°0°φF-90°-180°-270°0°移相網(wǎng)絡(luò)的選頻特性：基本放大器A正反饋網(wǎng)絡(luò)FRC移相式振蕩電路的工作原理相位條件：在f0處滿足相位條件：幅值條件:AF≥1很易滿足振蕩頻率：1+ua-8.3LC正弦波振蕩器1.LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性R為電感線圈中的損耗電阻等效阻抗：

并聯(lián)諧振：品質(zhì)因數(shù)

諧振頻率

諧振阻抗(阻值最大且為純阻)Z

(阻性)幅頻特性

相頻特性Q值越高，則幅頻特性越尖銳，相頻特性越陡峭，選頻特性越好。LC并聯(lián)諧振回路的特性曲線（最大值)2.LC選頻放大器寬帶放大器選頻放大器f0AumfAufφ-180of0諧振頻率

Z

選頻放大器各級之間采用變壓器耦合C交流通路Vcc直流通路二.變壓器反饋式LC振蕩電路

相位條件：三極管共射選頻放大器。諧振時(shí)（f=f0):利用互感線圈的同名端：

滿足相位條件。振蕩頻率:(諧振頻率）用瞬時(shí)極性法判斷是否是正反饋?；痉糯笃鰽正反饋網(wǎng)絡(luò)F幅值條件：AF≥1很易滿足選頻網(wǎng)絡(luò)互感線圈的極性判別1234磁棒初級線圈次級線圈同名端同名端的電壓極性相同，異名端的電壓極性相反。(+)(+)(+)uiuouf(+)變壓器反饋式LC振蕩器舉例共基極選頻放大器旁路電容和耦合電容均交流短路滿足相位平衡條件（+）（+）（–）（+）變壓器反饋式LC振蕩器舉例（–）滿足相位平衡條件uiuouf三.三點(diǎn)式LC振蕩器

1.電感三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩頻率(諧振頻率）：uiuouf+++簡化的交流通路滿足相位平衡條件判斷是否是正反饋:用瞬時(shí)極性法判斷2.電容三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩頻率(諧振頻率）：ui+uo+uf+滿足相位平衡條件判斷是否是正反饋:用瞬時(shí)極性法判斷A.若中間點(diǎn)交流接地，則首端與尾端相位相反。電容三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式三點(diǎn)的相位關(guān)系B.若首端或尾端交流接地，則其他兩端相位相同。例：試判斷下圖所示三點(diǎn)式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。滿足相位平衡條件例：試判斷下圖所示三點(diǎn)式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。滿足相位平衡條件uiuoufuiuouf8.4

石英晶體振蕩電路一.正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由來衡量——頻率偏移量?！袷庮l率。影響頻率穩(wěn)定的主要因素：溫度變化時(shí)，LC參數(shù)變化、三極管參數(shù)變化。負(fù)載對諧振回路的影響。穩(wěn)頻措施：選擇溫度穩(wěn)定性好的LC及三極管負(fù)載與振蕩器之間加緩沖器（射隨）提高LC諧振回路的品質(zhì)因數(shù)QQ值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。LC諧振回路Q——數(shù)百石英晶體諧振回路Q——1000050000ff90o-90of0LC諧振回路的相頻特性Q值增大f0’△f0△f0’品質(zhì)因數(shù)

△f設(shè)振蕩電路在諧振頻率f0滿足相位平衡條件。

溫度變化使電路參數(shù)變化，產(chǎn)生了△ft二.

石英晶體2.基本特性1.結(jié)構(gòu)：

極板間加電場壓電效應(yīng)：加交變電壓當(dāng)交變電壓頻率與晶體固有頻率一致壓電諧振：SiO2晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場

機(jī)械振動產(chǎn)生交變電場交變電場幅度加大機(jī)械振動幅度突然加大

VV晶片敷銀層符號VV3.石英晶體的等效電路與頻率特性等效電路：串聯(lián)諧振頻率特性：

晶體等效純阻且阻值≈0并聯(lián)諧振等效電抗

晶體等效阻抗為純阻且最大X感性0容性典型值：L=100mHC=0.015pfR=100Ω通常所以實(shí)際使用時(shí)外接一小電容Cs串聯(lián)諧振:調(diào)整并聯(lián)諧振：等效電抗

X感性0容性X感性0容性二.石英晶體振蕩電路1.并聯(lián)型石英晶體振蕩器C為C1、C2、CS、相串，CS<<C1、C2，所以：C≈CSf0在fs與fp之間，晶體相當(dāng)一個(gè)大電感，與C1、C2組成電容三點(diǎn)式振蕩器。振蕩頻率（并聯(lián)諧振）uiuouf(＋)(－)(＋)2.串聯(lián)型石英晶體振蕩器X感性0容性相位條件：石英晶體工作在fs處，呈阻性，且阻抗最?。簼M足相位條件幅值條件：石英晶體工作在fs處：F最大，|AF|≥1最易滿足基本放大器A正反饋網(wǎng)絡(luò)F選頻網(wǎng)絡(luò)+V石英晶體CC.Uf+-.Ui+-.Uo+-振蕩頻率例1：分析下圖的振蕩電路能否產(chǎn)生振蕩，若產(chǎn)生振蕩,石英晶體處于何種狀態(tài)？(＋)(－)(＋)f0在fs與fp之間，晶體相當(dāng)一個(gè)大電感，與C1、C2組成電容三點(diǎn)式振蕩器。uiuouf111RG2R12G1Cov串聯(lián)式石英晶體振蕩器

(數(shù)字教材P229)例2：R1、R2是偏置電阻，使反相器G1、G2工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)成線性放大器。uoui111RGuiuoCMOS反相器uo=ui反相放大串聯(lián)式振蕩器

滿足相位振蕩條件。且幅值條件最易滿足。振蕩頻率f0=fS

由于石英晶體Q值極高，所以這種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高。111RG2R12G1CovX感性0容性基本放大器A正反饋網(wǎng)絡(luò)F選頻網(wǎng)絡(luò)(＋)(-)(＋)(＋)輸出正弦波，若加反相器整形，得脈沖波。

石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率fS時(shí)，呈阻性，且阻抗最小。并聯(lián)式石英晶體振蕩器

晶體工作頻率處于fS與fP之間，等效一電感，與C1、C2共同構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩電路。例3：反相器G1工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)成反相放大器。X感性0容性(＋)反相器G2起整形緩沖作用，同時(shí)G2還可以隔離負(fù)載對振蕩電路工作的影響。電路的振蕩頻率為LC并聯(lián)諧振回路的諧振頻率，處于fS與fP之間，接近fS。(－)(＋)(數(shù)字教材P230)8.5比較器

將輸入電壓信號與一參考電壓相比較，并用輸出電平的高、低來表示比較結(jié)果。功能：一.單門限比較器1.過零比較器:uoui0

+Uom-Uom若ui＞0

(u+＞u-)若ui＜0(u+＜u-)

運(yùn)放開環(huán)，處于非線性狀態(tài)。虛斷虛短Aod1.過零比較器:

若ui從反相端輸入uoui0+Uom

-Uom若ui＞0(u-

＞u+)若ui＜0(u-

＜u+)uu∞+u++iOu－-Atuituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲ā?.單門限比較器uoui0+Uom-UomUREF為參考電壓ui>UREF(u+＞u-)ui<UREF(u+＜u-)UREFuoui0+Uom-UomUREF

若ui從反相端輸入uuU+∞+-i+uu－AOREFui>UREF(u-＞u+)ui<UREF(u-＜u+)（1）穩(wěn)壓管限幅電路忽略了UD當(dāng)ui>0時(shí),uo=+(UZ+UD)≈+UZ3.有限幅功能的比較器|UZ|<|Uom|uoui0+UZ-UZ+Uom-Uom當(dāng)ui<0時(shí),uo=-(UZ+UD)≈-UZ當(dāng)ui>0時(shí),uo=-UZ當(dāng)ui<0時(shí),uo=+UZ

uuZ+O-+AuZ+DuR－∞i|UZ|<|Uom|

若ui從反相端輸入uoui+UZ-UZ穩(wěn)壓管截止，運(yùn)放開環(huán)，uO=Aodui保證突變（2）限幅電路的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在反饋回路中uoui0+UZ-UZuu+∞+-－u+uAOiDZR當(dāng)ui<0時(shí),uo=+UZ

當(dāng)ui>0時(shí),uo=-UZ穩(wěn)壓管擊穿，引入負(fù)反饋，“虛短”，uO=UZ二.遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）1.遲滯比較器結(jié)構(gòu)設(shè)uREF=0當(dāng)uo=+UZ時(shí)，當(dāng)uo=-UZ時(shí)，uu∞－A+RZ+DOfRZiR1R2u+特點(diǎn):電路中使用正反饋，形成了遲滯特性，且加速翻轉(zhuǎn)。運(yùn)放仍處于非線性狀態(tài)。2.遲滯比較器工作原理uoui0+UZ-UZUT+UT-uui∞－A+RZ+DORfZR1R2u+傳輸特性上門限電平下門限電平回差回差tuiUT+UT-tuoUZ-UZ例:設(shè)輸入為正弦波,畫出輸出的波形。uoui0+UZ-UZUT+UT-uui∞－A+RZ+DORfZR1R2u+當(dāng)uo=+UZ時(shí)，當(dāng)uo=-UZ時(shí)，加上參考電壓后的遲滯比較器uoui0UT+UT-傳輸特性+UZ-UZ回差1.電路結(jié)構(gòu)由遲滯比較器和RC充放電回路構(gòu)成的上下限:8.6方波發(fā)生器2.工作原理：0UT+uctUT-UZuo0t-UZ方波發(fā)生器2.工作原理：

UZ-UZUZuo0t-UZ周期與頻率的計(jì)算：0UT+uctUT-T此期間是起始段,實(shí)際上用示波器觀察波形時(shí)看不到這段波形.周期與頻率的計(jì)算：因正反向充電條件一樣,所以T1=T2

，T=T1+T2=2T2

。uc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e-tT2階段uc(t)的過渡過程方程為:0UT+uctUT-+UZ-UZT1T2Tuo=RCUC(0+)=UC()=+UZUC(T2)=0UT+uctUT-+UZ-UZT1T2T周期與頻率的計(jì)算：f=1/T占空比50%，不可調(diào)3、占空比可調(diào)的方波發(fā)生器

改變電位器RW

的滑動端，就改變了充放電的時(shí)間，從而使方波的占空比可調(diào)。設(shè)Rw2>Rw1UZuo0t-UZRw2Rw18.7三角波及鋸齒波信號發(fā)生器電路結(jié)構(gòu)：遲滯比較器+反相積分器一.三角波發(fā)生器0UT+uo2tUT-+UZuo10t

-UZTT振蕩周期：頻率：f=1/T

二.鋸齒波發(fā)生器改變積分器的正反向充電電流

R6＜＜R4+UZuo10t

-UZuo2uo1=-UZ，D導(dǎo)通，充電電流：-UZ

(R6∥R4)uo1=+UZ，D截止，充電電流：+UZ

R48.7三角波及鋸齒波信號發(fā)生器電路結(jié)構(gòu)：遲滯比較器+反相積分器一.三角波發(fā)生器若uo1=-UZ若uo1=UZ工作原理

-UZ振蕩周期：f=1/T頻率：UT+uo2tUT-+UZuo1tTTu+t