電子技術(shù)及應用第6章課件

第6章波形發(fā)生電路正弦波發(fā)生器（正弦振蕩器）、非正弦波發(fā)生器。本章主要內(nèi)容：返回前進6.1正弦振蕩器概述1．振蕩器方框圖振蕩器就是無需輸入信號，自發(fā)產(chǎn)生一定大小、一定頻率交流信號的電路。S接1，有交流信號Uo輸出；突然再改接2。只要保證Uf=Ui，仍有不變的交流信號Vo輸出。..2．自激（平衡）條件為保證振蕩平衡，必須有Uf=Ui即F

A=1

或FA=1φA+φF=2nπ

(n=1、2、3、…)....3．起振條件為保證振蕩越來越強，必須有Uf＞Ui即FA＞1φA+φF=2nπ

(n=1、2、3、…)5．能否振蕩的判斷（1）首先分析是否具備正弦振蕩的四個組成部分（選頻網(wǎng)絡和正反饋網(wǎng)絡常由同一部分構(gòu)成）；（2）分析放大器能夠正常放大工作（一般檢查靜態(tài)工作點）；（3）分析電路是否滿足自激振蕩條件（振幅條件容易滿足，一般判斷相位條件，即是否正反饋）。6.2RC正弦振蕩器1．RC選頻網(wǎng)絡在RC串并聯(lián)網(wǎng)絡中，當ω=ω0=1/RC時，F(xiàn)max=1/3且φF=0，其他頻率信號的F顯著變小。且φF≠0由此，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡只允許頻率為1/RC（或f0=1/2πRC）的信號相位不變地通過（從而實現(xiàn)正反饋）且傳輸系數(shù)最大（1/3），其他頻率信號通過很小且相位發(fā)生變化（不能實現(xiàn)正反饋）——近似認為在諸多頻率信號中，只允許（選擇）ω0信號通過。f0=1/2πRC（2）振蕩頻率調(diào)節(jié)雙聯(lián)電阻或雙聯(lián)電容即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。

放大器的

Au=1+Rt/R1

（3）振蕩條件正反饋系數(shù)F=1/3

只要選取Rt＞2R1，就有Au＞3，從而滿足起振條件FA＞1。

隨著振蕩的加強，電流變大，Rt阻值變小，使得FA=1，滿足平衡條件，則振蕩一直穩(wěn)定進行下去。3．RC移相式振蕩器（1）RC移相網(wǎng)絡一級相移網(wǎng)絡使信號相位變化0°～90°，三級RC相移網(wǎng)絡使信號相位變化（移動）180°(用于實現(xiàn)正反饋)。（2）RC移相式振蕩器選頻特性：當ω=ωo，Zmax=Zo=L/RC，且φF=0，其他頻率信號的Z顯著變小，且φF≠0。故認為LC網(wǎng)絡具有選頻性——僅選擇ωo頻率信號。2．變壓器反饋式LC振蕩器由放大器、選頻網(wǎng)絡（LC網(wǎng)絡）、正反饋網(wǎng)絡（帶有同名端的變壓器）和穩(wěn)幅措施（放大器）構(gòu)成。（1）電路構(gòu)成（2）振蕩頻率3．三點式LC振蕩器必須有X1、X2性質(zhì)相同，且與X3相反。此乃構(gòu)成三端式LC振蕩器的原則。簡記為：射同基（集）反。

（1）構(gòu)成三點式LC振蕩器的原則振蕩頻率為：（3）電容三端式LC振蕩器其中，C為C1、C2的串聯(lián)

(4)電壓控制振蕩器１.變?nèi)荻O管圖1變?nèi)莨芮€1.變?nèi)荻O管當加在變?nèi)荻O管上的反壓由-3V變到-30V時，其結(jié)電容容量變化范圍約為18~3pF。圖2電視機的甚高頻電調(diào)諧回路示意圖2.電視機的甚高頻電調(diào)諧電路3.掃頻儀變?nèi)荻O管掃頻電路(5)石英晶體振蕩器

1、石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、

石英晶體結(jié)構(gòu)圖一種金屬外殼封裝的石英晶體結(jié)構(gòu)示意圖

2、符號和等效電路Cs為與金屬板之間的靜電電容(約幾個PF到幾十PF,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān))；Lq(幾十mH到幾百mH)、Cq(0.0002～0.1pF)為壓電諧振的等效參量；Rq為振動磨擦損耗的等效電阻(約為100Ω)。由于晶片的等效電感很大，而C很小，R也小，因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達1000～10000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān)，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。圖3石英晶體諧振器的等效電路和符號4.一種DSPCPU石英晶體振蕩器電路:6–2電壓比較器一、電壓比較器的基本特性功能:比較兩個輸入電壓的大小，據(jù)此決定輸出是高電平還是低電平。高電平=數(shù)字電路中的邏輯“1”，低電平=邏輯“0”。比較器輸出只有兩個狀態(tài)，不論是“1”或是“0”，比較器都工作在非線性狀態(tài)。圖6.2.1說明:(1)電路特點:反相端輸入信號ui，同相端加入?yún)⒖茧妷?ur)。(2)電路工作原理:∵比較器一般是開環(huán)工作，其增益很大。∴當ui＜ur時，輸出為“高”；當ui＞ur時，輸出為“低”。當ui接近ur時，輸出電平發(fā)生轉(zhuǎn)換，此刻同相端和反相端可看成“虛短路”。(3)電壓比較器的應用:可作為一位模–數(shù)轉(zhuǎn)換器:輸入為模擬量，輸出為數(shù)字量(0或1).即:可作為模擬和數(shù)字電路的接口電路，在實際中有著廣泛應用。

2.過零比較器條件:參考電平ur=0—加入同相端.工作:為零比較器.

ur＞0，Uo=L;ur＜0，Uo=H.應用:電路可做為零電平檢測器。該電路也可用于“整形”，將不規(guī)則的輸入波形整形成規(guī)則的矩形波。

圖:過零比較器及脈寬調(diào)制器輸出波形(a)電路；(b)輸出波形3、遲滯比較器––雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(1).簡單比較器應用中存在的問題圖621(a)的比較器存在兩個問題：a.輸出電壓轉(zhuǎn)換時間受運放壓擺率SR的限制，導致高頻脈沖的邊緣不夠陡峭(下圖(a)所示)；b.是抗干擾能力差，(下圖(b)所示)，若ui在參考電壓ur(=0)附近有噪聲或干擾，則輸出波形將產(chǎn)生錯誤的跳變，直至ui遠離ur值才穩(wěn)定下來。如果對受干擾的uo波形去計數(shù)，計數(shù)值必然會多出許多，從而造成極大的誤差。

圖6-6簡單比較器輸出波形邊緣不陡峭及受干擾的情況(a)輸出波形邊緣不陡峭(b)受干擾情況2.遲滯比較器電路及傳輸特性為了解決以上兩個問題，在比較器中引入正反饋，構(gòu)成所謂“遲滯比較器”。這種比較器具有很強的抗干擾能力，而且，由于正反饋加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從而改善了輸出波形的邊緣。1)反向輸入的遲滯比較器反向輸入的遲滯比較器電路如圖6–7(a)所示。其中R2將uo反饋到運放的同相端與R1一起構(gòu)成正反饋，其正反饋系數(shù)F正為圖6–7遲滯比較器電路及傳輸特性(a)電路；(b)傳輸特性

圖6–7遲滯比較器電路及傳輸特性(a)電路；(b)傳輸特性

6–2–3雙限(窗口)比較器雙限比較器是一種用于判斷輸入電壓是否處于兩個已知電平之間的電壓比較器，常用于自動測試、故障檢測等場合。圖7–8(a)給出一個雙運放或雙比較器組成的窗口比較器，兩個參考比較電平分別為UR1和UR2，且假定UR2＞UR1。由圖可見：圖6-8雙限(窗口)比較器(a)電路；(b)傳輸特性例子:雙向過壓檢測電路:利用上述窗口比較器設計的雙向高壓過壓檢測電路如圖6–9所示。當輸入電壓ui＜UR1(顯然也小于UR2)時，Uo1為低電平UoL，而Uo2為高電平UoH，V1截止，V2導通，Uo≈UoH。當輸入電壓ui＞UR2時，Uo1為高電平UoH，而Uo2為低電平，V1導通，V2截止，Uo≈UoH。當UR1＜ui＜UR2時，Uo1和Uo2均為低電平UoL，V1、V2同時截止，輸出Uo=0。其傳輸特性如圖6–8(b)所示。

圖6–9雙向過壓檢測電路

6.4非正弦波發(fā)生器1．矩形波發(fā)生器（1）矩形波發(fā)生器矩形波周期T=2RCln（1+2R1/R2）

占空比D=1/2

（2）寬度可調(diào)矩形波發(fā)生器

矩形波周期T=T1+T2

T1=（R+Rw’）Cln（1+2R1/R2）T2=（R+Rw’’）Cln（1+2R1/R2）則T=T1+T2=（2R+Rw）Cln（1+2R1/R2）占空比D=T1/T=（R+Rw’’）/（2R+Rw）

2．三角波發(fā)生器Uom=R1Uz/R2T=

4R1R4C/R2

3．鋸齒波發(fā)生器

Uom=R1Uz/R2T1=

2R1Rw’C/R2T2=

2R1Rw’’C/R2T=T1+T2=2R1Rw