波形發(fā)生電路

波形發(fā)生電路第

7

章7.1正弦波振蕩電路7.2非正弦波信號(hào)產(chǎn)生電路小結(jié)7.1

正弦波振蕩電路7.1.1正弦波振蕩電路的工作原理7.1.2RC

正弦振蕩7.1.3LC

正弦振蕩引言信號(hào)產(chǎn)生電路(振蕩器—Oscillators)分類：正弦波振蕩:非正弦波振蕩：RC振蕩器(1kHz~數(shù)百kHz)LC振蕩器(幾百kHz以上)石英晶體振蕩器(頻率穩(wěn)定度高)方波、三角波、鋸齒波等主要性要求能：輸出信號(hào)的幅度準(zhǔn)確穩(wěn)定輸出信號(hào)的頻率準(zhǔn)確穩(wěn)定引言7.1.1正弦波振蕩電路的工作原理一、振蕩條件放大器反饋網(wǎng)絡(luò)Ui?Au?Fu?Uo?Uf?RL微弱的電擾動(dòng)中，某一頻率成分通過(guò)正反饋逐漸放大，則產(chǎn)生正弦振蕩。????????—

振幅平衡條件—

相位平衡條件n=0,1,2,??二、起振條件起振條件放大器Au反饋網(wǎng)絡(luò)FuUoUfUi

1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu

>1Au

Fu

<1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf

起振穩(wěn)幅??動(dòng)畫演示三、電路的組成和起振的判斷1.放大電路Au2.正反饋網(wǎng)絡(luò)Fu3.選頻率網(wǎng)絡(luò)—實(shí)現(xiàn)單一頻率的振蕩4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)—使振蕩穩(wěn)定、波形好滿足振蕩條件組成:分類:按選頻率網(wǎng)絡(luò)分類RC正弦波振蕩器LC

正弦波振蕩器晶體振蕩器放大器選頻正反饋網(wǎng)絡(luò)UoUfUi選頻放大器正反饋網(wǎng)絡(luò)UoUfUi判斷:1.檢查電路組成2.“Q”是否合適3.是否滿足起振條件???7.1.2RC

正弦振蕩一、RC

橋式振蕩電路0Fu

.0f90-90?1.RC

串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)式中:0=1/RC當(dāng)=0

時(shí)Fu=1/3.=0o2.RC

橋氏振蕩電路A

=2nF=0o2)

電路：同相放大器1)組成：8CR1RfRCR???3)振蕩頻率5)幅值條件Rf

不能太大，否則正弦波將變成方波應(yīng)使：????4)相位條件6)穩(wěn)幅措施熱敏電阻穩(wěn)幅8CR1RfRCR為使電Au

為非線性，起振時(shí)，應(yīng)使Au>3，穩(wěn)幅后Au=3。正溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)二極管穩(wěn)幅12.4k>R2>8.1k起振時(shí)信號(hào)小，二極管電阻大Au

1+(R2+R3)/R1>3R2>2R1-R3起振后二極管電阻逐漸減小，Au

1+R2/R1=3為使失真?。篟2<2R1f0=1.94kHz8R1R2V1V2R38.2k6.2k22k4.3k0.01F8.2k0.01F動(dòng)畫演示二、RC

移相式振蕩電路8CRRfRCRC一節(jié)RC環(huán)節(jié)移相90二節(jié)RC

環(huán)節(jié)移相180三節(jié)RC

環(huán)節(jié)移相270對(duì)于的信號(hào)，—

滿足相位平衡條件優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：選頻特性差，輸出波形差7.1.3LC

振蕩電路類型：變壓器反饋式、電感三點(diǎn)式、電容三點(diǎn)式一、變壓器反饋式LC

振蕩電路LrCIs.L的等效損耗電阻(一)

LC

并聯(lián)回路的特性Z1.諧振頻率f02.諧振阻抗Z03.回路品質(zhì)因數(shù)Q4.頻率特性0Z

Z0Q大Q小0f90o-90oQ

增大幅頻特性相頻特性5.并聯(lián)諧振的本質(zhì)—

電流諧振LuCr–

+iiLiC1)

Z=Z0

呈純阻2)形成環(huán)流，大小是總電流的Q

倍??IC?IL?U?I?(二)變壓器反饋式振蕩電路LC+VCCVRERB1RB2CECB—滿足相位平衡條件×1、電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式LC正弦波發(fā)生器把并聯(lián)LC回路中的C或L分成兩個(gè)，則LC回路就有三個(gè)端點(diǎn)。把這三個(gè)端點(diǎn)分別與三極管的三個(gè)極相連，就形成了LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路。它們又分為電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式兩類。LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路圖a）電感三點(diǎn)式b）電容三點(diǎn)式二、三點(diǎn)式LC振蕩電路2、組成LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路的規(guī)律LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路的一般結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路的一般結(jié)構(gòu)a）反相放大b）同相放大若考慮到a中的負(fù)載阻抗運(yùn)放輸出電阻為，無(wú)反饋時(shí)的因此其中，為了使電路振蕩，應(yīng)有，上式應(yīng)為實(shí)數(shù)，分母的需不應(yīng)為零，即：進(jìn)而可得、上式說(shuō)明，為了產(chǎn)生振蕩，的符號(hào)必須而必須與它們異號(hào)。由因?yàn)椋核缘茫簽榱水a(chǎn)生振蕩，由上式可得：和因此，必須與異號(hào)。由于所以必然有結(jié)論：在LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路中，為了滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件，同性質(zhì)電抗的中間點(diǎn)必須接集成運(yùn)放的同相輸入端。3、電感三點(diǎn)式振蕩電路C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1×M123???優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：易起振(L

間耦合緊)；易調(diào)節(jié)(C

可調(diào))。輸出取自電感，對(duì)高次諧波阻抗大，輸出波形差。4、電容三點(diǎn)式振蕩電路考畢茲振蕩器(Colpitts)×+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123LC3???優(yōu)點(diǎn)：波形較好缺點(diǎn)：2)V極間電容影響f01)

調(diào)頻時(shí)易停振C3的改進(jìn)三、石英晶體(Crystal)振蕩電路(一)石英晶體諧振器的阻抗特性1.結(jié)構(gòu)和符號(hào)化學(xué)成分

SiO2結(jié)構(gòu)晶片涂銀層焊點(diǎn)符號(hào)2.壓電效應(yīng)形變形變機(jī)械振動(dòng)外力壓電諧振—外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時(shí)，機(jī)械振動(dòng)幅度急劇加大的現(xiàn)象。3.等效電路rqC0CqLqLq

—

晶體的動(dòng)態(tài)電感

(10-3~102H)(大)Cq

—晶體的動(dòng)態(tài)電容

(<0.1pF)(小)rq

—

等效摩擦損耗電阻(小)Co

—晶片靜態(tài)電容

(幾~幾十pF)大小小大4.頻率特性和諧振頻率fXfPfS容性容性感性5.使用注意2)要有合適的激勵(lì)電平。過(guò)大會(huì)影響頻率穩(wěn)定度、振壞晶片；過(guò)小會(huì)使噪聲影響大，還能停振。1)要接一定的負(fù)載電容CL(微調(diào))，

以達(dá)標(biāo)稱頻率。(二)石英晶體諧振電路1.串聯(lián)型

f=fs，晶體呈純阻+VCCVRERB1RB2CBLC2.并聯(lián)型fs<f

<

fp，晶體呈感性+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC××7.2

非正弦波信號(hào)產(chǎn)生電路7.2.1電壓比較器7.2.3方波產(chǎn)生電路7.2.4矩形波產(chǎn)生電路7.2.5三角波發(fā)生電路7.2.2非正弦波產(chǎn)生電路的基礎(chǔ)知識(shí)7.2.1電壓比較器(Comparer)功能：類型基本比較器簡(jiǎn)單比較器(單門限)窗口比較器(雙門限)遲滯比較器(施密特觸發(fā)器)比較電壓信號(hào)(被測(cè)試信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào))大小一、單限電壓比較器1.過(guò)零電壓比較器（1）電路組成8uIuOOuIuOuI

<0uI

>0UOmax-UOmaxUOHUOL（2）工作原理（3）轉(zhuǎn)換條件（4）閾值（門限電壓）（5）電壓傳輸特性（6）輸入端的保護(hù)電路

和輸出端的限幅電路2.同相輸入單門限比較器8uIUREFUZ（1）計(jì)算閾值（2）畫出電壓傳輸特性O(shè)uIuOUZUREFuI

<UREF-UZuI

>UREF門限電壓UT特點(diǎn):1)工作在非線性區(qū)2)不存在虛短

(除了uI=UREF

時(shí))

3)存在虛斷門限電壓UT=UREF舉例:電路組成計(jì)算閾值畫電壓傳輸特性二、窗口比較器uO88U1U2uIV1V2uO1uO2設(shè)U1>U2，比較器采用單電源uIuO1uO2V1V2uO<U2

>U1U2<uI

<U1UOmax截止導(dǎo)通UZ0UOmax0導(dǎo)通截止UZ00截止截止0UZOuIuOU1U2應(yīng)用舉例—三極管

值分選電路885V2.5VV1V2V+15V10k20k20k430k1M5k1.5k3CG50100，LED不亮。分析電路是否滿足要求：<50

或>100，LED亮，[解]IB=(15-0.7)/1430=0.01mA當(dāng)<50

時(shí)，IC<

0.5mA，UC<2.5V,V2

導(dǎo)通，LED亮當(dāng)>100

時(shí)，IC>

1mA，UC>5VV1

導(dǎo)通，LED亮當(dāng)50

100時(shí)，2.5VUC

<5V，

LED不亮1)電路和門限電壓三、遲滯比較器1.反相型遲滯比較器uIRR18UREFR2R3UZPuO正反饋當(dāng)uI

>uP

時(shí)，uO

=-UZ當(dāng)uI

<uP

時(shí)，uO

=+UZ當(dāng)uI=uP

時(shí)，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)例：R1=30k，R2=15k,

UZ=6V,UREF=0,求UT。特點(diǎn)：2)傳輸特性RR18uIUREFR2R3UZPuOOuIuOUT+UT-UZ-UZ當(dāng)uI

逐漸增大時(shí)

只要uI<UT+，則uO=UZ一旦uI>UT+，則uO=-UZ當(dāng)uI

逐漸減小時(shí)只要uI>UT-，則uO=-UZ一旦uI<UT-，則uO=UZ上門限下門限U=UT+

-UT-U回差電壓uI

上升時(shí)與上門限比,uI

下降時(shí)與下門限比。3)當(dāng)UREF=0時(shí)的電壓傳輸特性2.同相型遲滯比較器R1R8uIUREFR2R3UZNPuO狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)，uP=uN=UREF若UREF=0傳輸特性O(shè)uIuOUT+UT-UZ-UZU=UT+

-UT-抗干擾OuIt單門限比較UTuOUOHUOLOt遲滯比較OuItUT-UT+UOHUOLOtuO整形OuItUT+UT-OuOtUOHUOLOuItUT+UT-OuOtUOHUOL7.2.2非正弦波產(chǎn)生電路的基礎(chǔ)知識(shí)1.非正弦波產(chǎn)生電路的方框圖2.振蕩條件能產(chǎn)生高低電頻的轉(zhuǎn)換7.2.3方波產(chǎn)生電路(Astable

Multivibrator)1.電路組成和輸出波形R1C8R2R3UZuOR積分電路

滯回比較器-UZ

uO

uCtUT+UT-UZ2.振蕩頻率占空比

=

50%7.2.3矩形波產(chǎn)生電路周期T的計(jì)算1.獲得三角波的基本方法方波積分電路三角波7.2.4三角波發(fā)生電路2.鋸齒波發(fā)生電路在三角波發(fā)生電路中，如果電容的充電、放電時(shí)間常數(shù)不相等，則可使積分電路的輸出為鋸齒波。周期周期7.2.6壓控方波產(chǎn)生電路一、積分-施密特觸發(fā)器型壓控振蕩器V1V2+VCCV3施密特觸發(fā)器uduORCuCI0V4V5壓控恒流源壓控恒流源積分器積分器鏡象電流源鏡象電流源uO=UOLV3

截止，uO

=UOHC充電至UT+V3

導(dǎo)通，C放電至

UT-uO=UOL

uCtUOm

uOtUT+UT-占空比50%I0I0二、8038集成函數(shù)發(fā)生器>I01電子開關(guān)S1.原理1188+VCCRRRRSCI01I02uC6932-VEE或地10反相器電壓跟隨器正弦波變換器當(dāng)Q=0，S斷開，C充電(I01)至2/3VCCQ=1當(dāng)Q=1，S閉合，C放電(I02

-I01)至1/3VCCQ=0當(dāng)I02

=2I01，引腳9輸出方波，引腳3輸出三角波；當(dāng)I02

<2I01，

引腳9輸出矩形波，引腳3輸出鋸齒波。2.應(yīng)用12345678ICL8038141312111091314正弦波失真度調(diào)整正弦波失真度調(diào)整正弦波輸出三角波輸出矩形波輸出調(diào)頻偏置電壓輸入調(diào)頻偏置電壓輸出接電阻RA接電阻RB接電容C+VCC-VEE

(或地)調(diào)占空比和正弦波失真調(diào)頻率調(diào)占空比和正弦波失真RP2RP4

RP1+VCC-VEERRAICL803845131011128RBRP3CC1692小結(jié)第7

章一、信號(hào)產(chǎn)生電路的分類：正弦波振蕩:非正弦波振蕩：RC

振蕩器

(低頻)LC

振蕩器

(高頻)石英晶體振蕩器(振蕩頻率精確)方波、三角波、鋸齒波等。二、正弦波振蕩條件、電路結(jié)構(gòu)和選頻電路1.振蕩條件—振幅平衡條件—相位平衡條件n=0,1,2,??判斷電路是否起振采用瞬時(shí)極性法，即斷開反饋網(wǎng)絡(luò)，加一信號(hào)，如果信號(hào)極性逐級(jí)變化后，返回后與原信號(hào)同極性，則滿足相位平衡條件。2.振蕩電路的兩種結(jié)構(gòu)放大器選頻正反饋網(wǎng)絡(luò)UoUfUi選頻放大器正反饋網(wǎng)絡(luò)UoUfUi3.選頻電路及其特性1)RC

串并聯(lián)式幅頻特性0Fu

.相頻特性0f90°–90°當(dāng)

=0=1/RC時(shí)Fu=1/3.=0o電路2)LC并聯(lián)諧振回路LuCr–

+iiLiC阻抗幅頻特性電路0Z

Z0阻抗相頻特性0f90o–90o諧振頻率諧振阻抗回路品質(zhì)因數(shù)三、正弦波振蕩電路1.RC

橋氏振蕩電路8CR1RfRCR???振蕩頻率振蕩條件即自動(dòng)穩(wěn)幅措施：使電Au成為非線性Rf

串接二極管(圖略)Rf

串接負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻R1采用正溫度系數(shù)熱敏電阻3.LC振蕩電路變壓器反饋式LC+VCCVRERB1RB2CECB電感三點(diǎn)式C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1電容三點(diǎn)式+VCCVRERB1RB2CECBLC1C