波形發(fā)生和交換電路

波形發(fā)生和交換電路第1頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

波形發(fā)生電路和波形變換電路在測量、自動(dòng)控制、通訊、無線電廣播和遙測、遙感等許多技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。收音機(jī)、電視機(jī)和電子鐘表等日常生活用品也離不開它。波形發(fā)生電路包括正弦波振蕩電路和非正弦波振蕩電路，它們不需要外加輸入信號(hào)就能產(chǎn)生各種同期性的連續(xù)波形，例如正弦波、方波、三角波和鋸齒波等。

第2頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月信號(hào)產(chǎn)生電路(振蕩器)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、鋸齒波等主要性能要求：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)定第3頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月1.正弦波振蕩的條件

無外加信號(hào)，輸出一定頻率一定幅值的信號(hào)。與負(fù)反饋放大電路的振蕩的不同之處：在正弦波振蕩電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。在電擾動(dòng)下，對(duì)于某一特定頻率f0的信號(hào)形成正反饋：

由于半導(dǎo)體器件的非線性特性及供電電源的限制，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，穩(wěn)定在一定的幅值。。9.1.1正弦波振蕩電路的基本概念9.1正弦波振蕩電路第4頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

一旦產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩，則電路的輸出量自維持，即幅值平衡條件相位平衡條件起振條件：

要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的f0，且在合閘通電時(shí)對(duì)于f=f0信號(hào)有從小到大直至穩(wěn)幅的過程，即滿足起振條件。第5頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

振蕩電路的組成根據(jù)振蕩電路對(duì)起振、穩(wěn)幅和振蕩頻率的要求，一般振蕩電路由以下部分組成：(1)放大電路：具有放大信號(hào)作用，并將直流電源轉(zhuǎn)換成振蕩的能量。(2)反饋網(wǎng)絡(luò)：它形成正反饋，能滿足相位平衡條件。(3)選頻網(wǎng)絡(luò)：在正弦波振蕩電路中，它的作用是選擇某一頻率fo，使之滿足振蕩條件，形成單一頻率的振蕩。(4)穩(wěn)幅電路：用于穩(wěn)定振幅，改善波形。2.正弦波振蕩電路的組成第6頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

為了保證振蕩電路產(chǎn)生單一頻率的正弦波，電路必須有選頻電路（又稱選頻網(wǎng)絡(luò)）。根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)組成的元件，通?？煞譃椋?/p>

(1)RC正弦波振蕩電路：其振蕩頻率較低，一般在幾百千赫以下；

(2)LC正弦波振蕩電路：其振蕩頻率較高，一般在幾百千赫～幾百兆赫；

(3)石英晶體正弦波振蕩電路：其振蕩頻率等于石英晶體的固有頻率，振蕩頻率穩(wěn)定。3.正弦波振蕩電路的分類第7頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

對(duì)于一個(gè)振蕩電路，首先要判斷它能否產(chǎn)生振蕩。通?？刹捎孟铝胁襟E來判斷：(1）檢查振蕩器是否存在放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)4個(gè)環(huán)節(jié)，尤其前3個(gè)環(huán)節(jié)；(2）分析基本放大電路能否正常工作，主要檢查基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置得是否合理；(3）檢查電路是否滿足振蕩條件，首先檢查是否滿足相位平衡條件，可以用瞬時(shí)極性法進(jìn)行判別，若電路未構(gòu)成正反饋，則它肯定不能振蕩；然后檢查幅值條件和起振條件是否滿足；(4）估算振蕩頻率，其數(shù)值往往決于選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。4.正弦波振蕩電路的分析方法第8頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月相位條件的判斷方法：瞬時(shí)極性法

斷開反饋，在斷開處給放大電路加f＝f0的信號(hào)Ui，且規(guī)定其極性，然后根據(jù)

Ui的極性→Uo的極性→Uf的極性若Uf與Ui極性相同，則電路可能產(chǎn)生自激振蕩；否則電路不可能產(chǎn)生自激振蕩。

在多數(shù)正弦波振蕩電路中，輸出量、凈輸入量和反饋量均為電壓量。極性？第9頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月1.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)低頻段高頻段在頻率從0～∞中必有一個(gè)頻率f0，φF＝0o。9.1.2RC正弦波振蕩電路第10頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)當(dāng)f=f0時(shí)，不但φ=0，且最大，為1/3。第11頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

可引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使電壓放大倍數(shù)大于3，且Ri大、Ro小，對(duì)f0影響小第12頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.RC橋式正弦波振蕩電路

第13頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

利用二極管穩(wěn)幅的RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路第14頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月1.LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性理想LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在諧振時(shí)呈純阻性，且阻抗無窮大。諧振頻率為在損耗較小時(shí)，品質(zhì)因數(shù)及諧振頻率損耗在f＝f0時(shí)，電容和電感中電流各約為多少？網(wǎng)絡(luò)的電阻為多少？

9.1.3LC正弦波振蕩電路第15頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月三、

LC正弦波振蕩電路

1.LC并聯(lián)電路的頻率響應(yīng)理想LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在諧振時(shí)呈純阻性，且阻抗無窮大。諧振頻率為在損耗較小時(shí)，品質(zhì)因數(shù)及諧振頻率損耗附加相移第16頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月品質(zhì)因數(shù)

LC并聯(lián)回路的頻率特性（Q1

Q2）

a)幅頻特性b)相頻特性第17頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路第18頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

變壓器反饋LC振蕩電路容易起振，若用可變電容器代替固定電容C，則調(diào)頻比較方便，缺點(diǎn)是振蕩頻率不太高，通常為幾兆赫～十幾兆赫。

第19頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電感反饋式振蕩電路第20頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

電路特點(diǎn)：電感三點(diǎn)式振蕩電路簡單，容易起振，調(diào)頻方便。由于反饋信號(hào)取自電感L2，電感對(duì)高次諧波感抗大，所以高次諧波的正反饋比基波強(qiáng)，使輸出波形含有較多的高次諧波成分，波形較差。常用于對(duì)波形要求不高的設(shè)備中，其振蕩頻率通常在幾十兆赫以下。

第21頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月4.電容反饋式振蕩電路第22頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月電容反饋式電路特點(diǎn)：由于反饋電壓取自電容兩端，電容對(duì)高次諧波容抗小，對(duì)高次諧波的正反饋比基波弱，使輸出波形中的高次諧波成分小，波形較好。振蕩頻率較高，可達(dá)100MHZ以上。常在電感L兩端并聯(lián)可變電容器，調(diào)節(jié)頻率，但調(diào)節(jié)范圍較小。

第23頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

石英晶體振蕩電路簡稱為“晶振”。和一般LC振蕩電路比較，晶振具有極高的頻率穩(wěn)定性，其值用頻率的相對(duì)變化量表示,△f/f可達(dá)10-9~10－11。而一般LC振蕩電路的頻率穩(wěn)定度無法達(dá)到10－5。所以在要求頻率穩(wěn)定度高的場合，常采用石英晶體振蕩電路，例如，它廣泛應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生器，頻率計(jì)、電話、電視、計(jì)算機(jī)等設(shè)備中。

9.1.4石英晶體振蕩電路

1.石英晶體第24頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

石英晶體的壓電效應(yīng)：如果在石英晶片上加一個(gè)交變電壓（電場），晶片就會(huì)產(chǎn)生與該交變電壓頻率相似的機(jī)械變形振動(dòng)。而晶片的機(jī)械振動(dòng)，又會(huì)在其兩個(gè)電極之間產(chǎn)生一個(gè)交變電場，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。在一般情況下，這種機(jī)械振動(dòng)和交變電場的幅度是極其微小的，只有在外加交變電壓的頻率等于石英晶片的固有振動(dòng)頻率時(shí)，振幅才會(huì)急劇增大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。石英晶片的諧振頻率取決于晶片的幾何形狀和切片方向，體積越小，一般諧振頻率越高。第26頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月等效電路A.串聯(lián)諧振特性晶體等效阻抗為純阻性B.并聯(lián)諧振通常所以（a）代表符號(hào)（b）電路模型（c）電抗-頻率響應(yīng)特性容性感性阻性第27頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)際使用時(shí)外接一小電容Cs則新的諧振頻率為由于由此看出調(diào)整第28頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月并聯(lián)型石英晶體振蕩電路

2.石英晶體諧振電路第29頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)型晶體振蕩電路

第30頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

把正弦波以外的波形統(tǒng)稱為非正弦波。方波、三角波、鋸齒波的產(chǎn)生電路電路通常由遲滯電壓比較器和RC充放電電路組成，工作過程有一張一弛的變化，所以又將這些電路稱為張弛振蕩器。9.2非正弦信號(hào)發(fā)生電路第31頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月1.方波發(fā)生器正向充電：

uO（+UZ）→R→C→地反向充電：地→C→R→uO（－UZ）RC回路滯回比較器

該電路從本質(zhì)上看，它工作于比較器狀態(tài)；

RC構(gòu)成負(fù)反饋回路，R1，Rf構(gòu)成正反饋。電路的輸出電壓由運(yùn)放的UP與UN比較決定。第32頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月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+)=0uO保持+UZ不變+UZ第33頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月此時(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。-UZ第34頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月0UT+uCtUT-+UZuO0t

-UZT完整的波形：方波的周期為：第35頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖寬度波形分析第36頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

正向充電和反向充電時(shí)間常數(shù)可調(diào)，占空比就可調(diào)。2.矩形波發(fā)生電路為了占空比調(diào)節(jié)范圍大，R3應(yīng)如何取值？第37頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月三角波發(fā)生