模擬電子技術(shù)-波形產(chǎn)生與變換電路

模擬電子技術(shù)-波形產(chǎn)生與變換電路第一頁，共45頁。7.1正弦波振蕩器的基本原理第二頁，共45頁。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？第三頁，共45頁。如果：,ifXX=則去掉,iX仍有信號輸出。反饋信號代替了放大電路的輸入信號。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=第四頁，共45頁。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)因為：..動畫演示Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX第五頁，共45頁。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：非線性器件自動起到穩(wěn)幅作用(半導(dǎo)體熱敏電阻)2、主動：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，穩(wěn)定振蕩時，穩(wěn)幅措施：起振過程Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX第六頁，共45頁。1.放大電路:放大作用，將直流電能轉(zhuǎn)換成振蕩信號的交流能量2.正反饋網(wǎng)絡(luò)：滿足相位平衡條件3.選頻網(wǎng)絡(luò)——只對一個頻率滿足振蕩條件，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第七頁，共45頁。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：第八頁，共45頁。通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：當(dāng)時，為滿足上式的虛部為零，即此時則有，RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路的振蕩頻率為為滿足第九頁，共45頁。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：第十頁，共45頁。例題:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf為多大時才能使電路產(chǎn)生振蕩？振蕩頻率f0=？AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k=1592Hz振蕩條件：第十一頁，共45頁。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)）起振時Rt較大使A>3,易起振。當(dāng)uo幅度自激增長時，Rt減小，A減小。

當(dāng)uo幅度達某一值時，A→3。當(dāng)uo進一步增大時，RT再減小,使A<3。因此uo幅度自動穩(wěn)定于某一幅值。第十二頁，共45頁。能自動穩(wěn)幅的振蕩電路

起振時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，起到穩(wěn)幅作用。將Rf分為Rf1

和Rf2，

Rf2并聯(lián)二極管第十三頁，共45頁。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，用于細調(diào)振蕩頻率。振蕩頻率的調(diào)節(jié)：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：第十四頁，共45頁。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，并聯(lián)諧振。諧振時，電路呈阻性：振蕩頻率：R為電感和回路中的損耗電阻第十五頁，共45頁?；ジ芯€圈的極性判別1234初級線圈次級線圈同名端1234+–+–

在LC振蕩器中，反饋信號通過互感線圈引出同名端：第十六頁，共45頁。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:第十七頁，共45頁。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，假設(shè)在輸入端加入一正極性的信號，用瞬時極性法判定反饋信號的極性。若反饋信號與輸入信號同相，則滿足相位條件；否則不滿足。(+)(-)(+)第十八頁，共45頁。（+）（+）（–）（+）

LC正弦波振蕩器舉例振蕩頻率:（–）滿足相位平衡條件第十九頁，共45頁。仍然由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)三.三點式LC振蕩電路原理：uf與uo反相uf與uo同相電感三點式：電容三點式：uf與uo反相uf與uo同相第二十頁，共45頁。

1.電感三點式LC振蕩電路振蕩頻率：第二十一頁，共45頁。2.電容三點式LC振蕩電路振蕩頻率：第二十二頁，共45頁。例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。第二十三頁，共45頁。2.基本特性1.結(jié)構(gòu)：極板間加電場極板間加機械力晶體機械變形晶體產(chǎn)生電場壓電效應(yīng)：交變電壓機械振動交變電壓機械振動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，振幅最大

符號壓電諧振7.3石英晶體振蕩電路第二十四頁，共45頁。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容性第二十五頁，共45頁。二.石英晶體振蕩電路利用石英晶體的特點，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容性第二十六頁，共45頁。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，正反饋最強，相移為零,滿足振蕩的相位平衡條件。對于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容性第二十七頁，共45頁。比較器

將一個模擬電壓信號與一參考電壓相比較，輸出一定的高低電平。功能：構(gòu)成：運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-UOM第二十八頁，共45頁。1.運放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開環(huán)或引入正反饋。運放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法2.運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（運放輸入端電流=0）

注意：此時不能用虛短！uoui0+UOM-UOM第二十九頁，共45頁。1.電路結(jié)構(gòu)由滯回比較電路和RC定時電路構(gòu)成上下限:7.4方波發(fā)生器第三十頁，共45頁。2.工作原理：(1)設(shè)uo

=

+UZ,此時，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，u-

<u+,

設(shè)uC初始值uC(0+)=0方波發(fā)生器uo保持+UZ不變+UZ第三十一頁，共45頁。此時，C向uO放電,再反向充電(2)當(dāng)uo

=

-UZ時，u+=UT-uc達到UT-時，uo上跳。UT+uctUT-當(dāng)uo

重新回到＋UZ

后，電路又進入另一個周期性的變化。-UZ第三十二頁，共45頁。0UT+uctUT-+UZuo0t-UZT完整的波形：計算振蕩周期T。第三十三頁，共45頁。周期與頻率的計算：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:第三十四頁，共45頁。3、占空比可調(diào)的方波發(fā)生器UZuo0t-UZ改變電位器RW

的滑動端，就改變了充放電的時間，從而使方波的占空比可調(diào)。第三十五頁，共45頁。積分電路

∞－＋uo＋uiiCi1RRPC方波轉(zhuǎn)化為三角波uituotOO第三十六頁，共45頁。7.5三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)生器工作原理：若uo1=+UZ，uo2↓，u+↓。當(dāng)u+≤0時，uo1翻轉(zhuǎn)為-UZ。若uo1=-UZ，uo2↑，u+↑

。當(dāng)u+≥0時，uo1翻轉(zhuǎn)為+UZ。第三十七頁，共45頁。波形圖0UT+uo2tUT-+UZuo10t

-UZ第三十八頁，共45頁。

二.鋸齒波發(fā)生器改變積分器的正反向充電時間常數(shù)uo1=+UZ，D截止，充電時間常數(shù)：R4C。uo1=-UZ，D導(dǎo)通，充電時間常數(shù)：(R6∥R4)C。R6＜＜R4uotuct第三十九頁，共45頁。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合，LC振蕩電路主要用于高頻場合。石英晶體振蕩電路是一種特殊的LC振蕩電路，其特點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發(fā)生器中，電路由比較器、積分器等環(huán)節(jié)組成。第四十頁，共45頁。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,并能輸出正弦波第四十一頁，共45頁。4.標(biāo)準(zhǔn)低頻正弦信號發(fā)生器中的振蕩器通常選用（）A.LC振蕩器B.RC橋式振蕩C.RC移相式振蕩器5