模擬電子技術(shù)-波形產(chǎn)生與變換電路

第七章

波形的產(chǎn)生與變換電路7.1正弦波振蕩的基本原理7.2RC正弦波振蕩電路7.3LC正弦波振蕩電路7.5方波發(fā)生器7.6三角波及鋸齒波發(fā)生器7.4石英晶體振蕩電路7.1正弦波振蕩器的基本原理一.產(chǎn)生自激振蕩的條件fidXXX-=改成正反饋只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。+Xi–f基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXX所有的正反饋電路都能產(chǎn)生自激振蕩么？如果：,ifXX=則去掉,iX仍有信號(hào)輸出。反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)。Xi+f基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXXXdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXXidXX=AF=1Xd=Xf=XdAF所以，自激振蕩條件也可以寫成：自激振蕩的條件：（1）振幅條件：（2）相位條件：pjjnFA2=+n是整數(shù)因?yàn)椋?.動(dòng)畫演示Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX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(dòng)：非線性器件自動(dòng)起到穩(wěn)幅作用(半導(dǎo)體熱敏電阻)2、主動(dòng)：在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的增益穩(wěn)幅過程：起振時(shí)，穩(wěn)定振蕩時(shí)，穩(wěn)幅措施：起振過程Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX1.放大電路:放大作用，將直流電能轉(zhuǎn)換成振蕩信號(hào)的交流能量2.正反饋網(wǎng)絡(luò)：滿足相位平衡條件3.選頻網(wǎng)絡(luò)——只對(duì)一個(gè)頻率滿足振蕩條件，從而獲得單一頻率的正弦波輸出。常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有RC選頻和LC選頻4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——使電路易于起振又能穩(wěn)定振蕩，波形失真小。三.正弦波振蕩器的一般組成7.2RC正弦波振蕩電路一.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：通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：當(dāng)時(shí)，為滿足上式的虛部為零，即此時(shí)則有，RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路的振蕩頻率為為滿足二.RC橋式振蕩器的工作原理：滿足相位條件：要使電路產(chǎn)生自激振蕩，應(yīng)AF=131=F11f+=RRA1f2RR=只需：A=3輸出正弦波頻率：振幅條件：同相比例放大器：選：例題:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf為多大時(shí)才能使電路產(chǎn)生振蕩？振蕩頻率f0=？AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k=1592Hz振蕩條件：能自動(dòng)穩(wěn)幅的振蕩電路半導(dǎo)體熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)）起振時(shí)Rt較大使A>3,易起振。當(dāng)uo幅度自激增長時(shí)，Rt減小，A減小。

當(dāng)uo幅度達(dá)某一值時(shí)，A→3。當(dāng)uo進(jìn)一步增大時(shí)，RT再減小,使A<3。因此uo幅度自動(dòng)穩(wěn)定于某一幅值。能自動(dòng)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(dòng)下降，起到穩(wěn)幅作用。將Rf分為Rf1

和Rf2，

Rf2并聯(lián)二極管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：1.LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性(阻性)7.3LC正弦波振蕩器當(dāng)時(shí)，并聯(lián)諧振。諧振時(shí)，電路呈阻性：振蕩頻率：R為電感和回路中的損耗電阻互感線圈的極性判別1234初級(jí)線圈次級(jí)線圈同名端1234+–+–

在LC振蕩器中，反饋信號(hào)通過互感線圈引出同名端：二.變壓器反饋式LC振蕩電路

工作原理：三極管共射放大器。利用互感線圈的同名端：

滿足相位條件。振蕩頻率:判斷是否是滿足相位條件——相位平衡法：斷開反饋到放大器的輸入端點(diǎn)，假設(shè)在輸入端加入一正極性的信號(hào)，用瞬時(shí)極性法判定反饋信號(hào)的極性。若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相，則滿足相位條件；否則不滿足。(+)(-)(+)（+）（+）（–）（+）

LC正弦波振蕩器舉例振蕩頻率:（–）滿足相位平衡條件仍然由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)三.三點(diǎn)式LC振蕩電路原理：uf與uo反相uf與uo同相電感三點(diǎn)式：電容三點(diǎn)式：uf與uo反相uf與uo同相

1.電感三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩頻率：2.電容三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩頻率：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。2.基本特性1.結(jié)構(gòu)：極板間加電場(chǎng)極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場(chǎng)壓電效應(yīng)：交變電壓機(jī)械振動(dòng)交變電壓機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高。當(dāng)交變電壓頻率=固有頻率時(shí)，振幅最大

符號(hào)壓電諧振7.3石英晶體振蕩電路3.石英晶體的等效電路與頻率特性等效電路：（1）串聯(lián)諧振頻率特性：（2）并聯(lián)諧振通常所以X感性0容性二.石英晶體振蕩電路利用石英晶體的特點(diǎn)，可構(gòu)成LC振蕩電路。1.并聯(lián)型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs與fp之間，相當(dāng)一個(gè)大電感，電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。X感性0容性2.串聯(lián)型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs處，呈電阻性，而且阻抗最小，正反饋?zhàn)顝?qiáng)，相移為零,滿足振蕩的相位平衡條件。對(duì)于fs以外的頻率，石英晶體阻抗增大,且相移不為零，不滿足振蕩條件，電路不振蕩。

X感性0容性比較器

將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一參考電壓相比較，輸出一定的高低電平。功能：構(gòu)成：運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關(guān)系uo=f(ui)是非線性函數(shù)。uoui0+UOM-UOM1.運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開環(huán)或引入正反饋。運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法2.運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的分析方法：若U+＞U-則UO=+UOM；若U+＜U-則UO=-UOM。虛斷（運(yùn)放輸入端電流=0）

注意：此時(shí)不能用虛短！uoui0+UOM-UOM1.電路結(jié)構(gòu)由滯回比較電路和RC定時(shí)電路構(gòu)成上下限:7.4方波發(fā)生器2.工作原理：(1)設(shè)uo

=

+UZ,

此時(shí)，uO給C充電,uc，則：u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦uc>UT+

,就有u->u+,uo

立即由＋UZ變成－UZ。在uc<UT+時(shí)，u-

<u+,

設(shè)uC初始值uC(0+)=0方波發(fā)生器uo保持+UZ不變+UZ此時(shí)，C向uO放電,再反向充電(2)當(dāng)uo

=

-UZ時(shí)，u+=UT-uc達(dá)到UT-時(shí)，uo上跳。UT+uctUT-當(dāng)uo

重新回到＋UZ

后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化。-UZ0UT+uctUT-+UZuo0t-UZT完整的波形：計(jì)算振蕩周期T。周期與頻率的計(jì)算：0UT+uctUT-+UZ-UZT1T2TT=T1+T2=2T2

uc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e,=RC可得UT+=UZ+(UT--UZ)e-T2/RC-tT2階段uc(t)的過渡過程方程為:f=1/T可推出:3、占空比可調(diào)的方波發(fā)生器UZuo0t-UZ改變電位器RW

的滑動(dòng)端，就改變了充放電的時(shí)間，從而使方波的占空比可調(diào)。積分電路

∞－＋uo＋uiiCi1RRPC方波轉(zhuǎn)化為三角波uituotOO7.5三角波及鋸齒波信號(hào)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)生器工作原理：若uo1=+UZ，uo2↓，u+↓。當(dāng)u+≤0時(shí)，uo1翻轉(zhuǎn)為-UZ。若uo1=-UZ，uo2↑，u+↑

。當(dāng)u+≥0時(shí)，uo1翻轉(zhuǎn)為+UZ。波形圖0UT+uo2tUT-+UZuo10t

-UZ

二.鋸齒波發(fā)生器改變積分器的正反向充電時(shí)間常數(shù)uo1=+UZ，D截止，充電時(shí)間常數(shù)：R4C。uo1=-UZ，D導(dǎo)通，充電時(shí)間常數(shù)：(R6∥R4)C。R6＜＜R4uotuct本章小結(jié)1．正弦波振蕩的條件：┃AF┃=1（振幅條件）（相位條件）正弦波振蕩電路由放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)構(gòu)成。2．正弦波振蕩電路主要有RC振蕩電路和LC振蕩電路兩種。RC振蕩電路主要用于中低頻場(chǎng)合，LC振蕩電路主要用于高頻場(chǎng)合。石英晶體振蕩電路是一種特殊的LC振蕩電路，其特點(diǎn)是具有很高的頻率穩(wěn)定性。3．在方波、鋸齒波和三角波等非正弦波信號(hào)發(fā)生器中，電路由比較器、積分器等環(huán)節(jié)組成。7、產(chǎn)生正弦波振蕩的幅值平衡條件是______________________，相位平衡條件是______________________。13、正弦波振蕩器的基本組成是（）A.基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)B.基本放大器和選頻網(wǎng)絡(luò)C.基本放大器,正反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)15、振蕩電路中,若沒有選頻網(wǎng)絡(luò),電路（）A.不能起振B.能起振,不能形成正弦波C.能起振,并能輸出正弦波4.標(biāo)準(zhǔn)低頻正弦信號(hào)發(fā)生器中的振蕩器通常選用（）A.L