第09章波形發(fā)生電路

教學(xué)內(nèi)容第九章波形發(fā)生電路§9.1正弦波振蕩電路的分析方法§9.2RC正弦波振蕩電路§9.3

LC

正弦波振蕩電路§9.4

石英晶體振蕩器§9.5

非正弦波發(fā)生電路第九章波形發(fā)生電路

波形發(fā)生電路也稱振蕩器，指能在不加輸入信號時，穩(wěn)定地輸出特定頻率或特定形狀的交變信號。正弦波振蕩器——產(chǎn)生單一頻率的正弦波信號。非正弦波振蕩器——包括矩形波、三角波、鋸齒波、階梯波等?！?.1正弦波振蕩電路的分析方法§9.1.1產(chǎn)生正弦波振蕩的條件只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。改成正反饋+

S接1端，加一正弦波電壓ui，則輸出得到同樣頻率的正弦波電壓uo，經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)后uf接到2端，若uf與ui

幅度、相位都相等，則撤去ui，S倒向2，uo不會改變。此時，沒有輸入信號，而輸出端卻得到了一個正弦波信號?！?.1.1產(chǎn)生正弦波振蕩的條件產(chǎn)生正弦波振蕩的條件當(dāng)Uf=Ui時，可產(chǎn)生自激產(chǎn)生正弦波振蕩的條件：產(chǎn)生正弦波振蕩的條件幅度條件：相位條件：相位條件：意味著振蕩電路必須是正反饋。幅度條件：可以通過調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達到。與負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的區(qū)別負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件：當(dāng)在低頻或高頻區(qū)的某一頻率下，滿足該條件時，即附加相移為（2n+1)π(n=0,1,2…),此時反饋信號相位與中頻時相反，負(fù)反饋變成了正反饋，從而產(chǎn)生了自激振蕩，這種現(xiàn)象應(yīng)設(shè)法消除。而正弦波振蕩是有意識地接成正反饋，使反饋信號與輸入得到信號的符號相同，即

起振的條件：§9.1.2正弦波振蕩電路的組成和分析步驟一、正弦波振蕩電路的組成：

1.放大電路：提供環(huán)路增益，以滿足起振條件和幅度平衡條件；

2.反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于反饋信號；

3.選頻網(wǎng)絡(luò)：確定振蕩頻率，產(chǎn)生單一頻率的正弦波；

4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：利用非線性元器件穩(wěn)定輸出正弦電壓的幅值。§9.1.2正弦波振蕩電路的組成和分析步驟二、正弦波振蕩電路的分類：選頻網(wǎng)絡(luò)組成：R、C和L、C正弦波振蕩器命名RCLC（石英晶體）低頻高頻1MHZ以下1MHZ以上振蕩頻率非常穩(wěn)定§9.1.2正弦波振蕩電路的組成和分析步驟三、判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩：

1.觀察電路是否包含了四個主要部分。

2.檢查放大電路是否工作在放大狀態(tài)。三極管放大電路必須有合適的靜態(tài)工作點；集成運放應(yīng)有負(fù)反饋，使其工作在線性區(qū)。

3.利用瞬時極性法判斷選頻或反饋網(wǎng)絡(luò)是否引入了正反饋，即滿足相位平衡條件。

4.檢查是否滿足幅度平衡和起振條件，尤其是起振條件。問題1:如何起振？Uo---振蕩器的電壓輸出幅度；B---要求輸出的幅度。起振時，

Uo＝0；電路穩(wěn)定后，

Uo＝B。

放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動，這些擾動可分解為各種頻率的分量，其中包括有f0分量。選頻網(wǎng)絡(luò)：把f0分量選出，把其他頻率的分量衰減掉。這時，只要，且即可起振。問題2:如何穩(wěn)幅？

起振后，輸出將逐漸增大，若不采取穩(wěn)幅，仍大于1，則輸出將會飽和失真。

達到需要的幅值后，將參數(shù)調(diào)整為起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：Uo<B時，Uo=B時，Uo>B時，§9.2RC正弦波振蕩電路§9.2.1文氏電橋振蕩電路RF、R′構(gòu)成負(fù)反饋支路，保證集成運放工作在線性區(qū)RC選頻網(wǎng)絡(luò)，并構(gòu)成正反饋。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)由溫度系數(shù)為負(fù)的熱敏電阻代替RF.一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性：1.定性分析：取R1=R2=RC1=C2=C當(dāng)信號頻率足夠低時，輸出

超前輸入低頻等效電路§9.2.1文氏電橋振蕩電路當(dāng)信號頻率足夠高時，輸出

滯后輸入

當(dāng)信號頻率從0逐漸變化到∞時，Uf的相位將從+π/2逐漸變化到－π/2，而且頻率很低或很高時，輸出電壓Uf的幅值都要減小，因此，必定存在一個中間頻率f0，使得輸出電壓幅值最大，相移為零。高頻等效電路一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性1.定性分析：取R1=R2=RC1=C2=C2.定量分析：（R1=R2=RC1=C2=C）令則一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性幅頻特性：相頻特性：時,

即2.定量分析：（R1=R2=RC1=C2=C）一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線具有選頻功能一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性二、振蕩頻率與起振條件1.振蕩頻率：2.起振條件：已知當(dāng)

f=f0

時，，為滿足起振的條件

要求電路的。同相比例運算電路的電壓放大倍數(shù)為在

f0處滿足相位條件：因為：例題:R=1k

，C=0.1

F，R1=10k

。Rf為多大時才能起振？振蕩頻率f0=？起振條件：AF>1，11f+=RRA=1592Hz31=F=2

10=20k

振蕩頻率:例子三、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>2R′,使A>3,易起振。當(dāng)uo幅度自激增長達某一值時，RT=2R′，A=3。當(dāng)uo進一步增大時，RT<2R′,使A<3。因此uo幅度自動穩(wěn)定于某一幅值。四、振蕩頻率的調(diào)節(jié)

K：雙聯(lián)波段開關(guān)，切換C，用于粗調(diào)振蕩頻率。調(diào)節(jié)同軸電位器，改變R，用于細(xì)調(diào)振蕩頻率。振蕩頻率：例子例9.2.1解：

低頻檔，C=0.25μF.當(dāng)電位器調(diào)至最大時，R+Rw=33kΩ,此時：當(dāng)電位器調(diào)至最小時，R+Rw=3kΩ,此時：頻率調(diào)節(jié)范圍：19Hz~212Hz例子

中頻檔，C=0.025μF.當(dāng)電位器調(diào)至最大時，R+Rw=33kΩ,此時：當(dāng)電位器調(diào)至最小時，R+Rw=3kΩ,此時：頻率調(diào)節(jié)范圍：190Hz~2.12kHz

高頻檔，C=0.0025μF.當(dāng)電位器調(diào)至最大時，R+Rw=33kΩ,此時：當(dāng)電位器調(diào)至最小時，R+Rw=3kΩ,此時：頻率調(diào)節(jié)范圍：1.9kHz~21.2kHz

三檔之間互相有覆蓋，能在19Hz~21.2kHz的全部頻率范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。例子例子某同學(xué)連接了一個如圖所示的文氏橋振蕩器，但電路不振蕩。（1）請你幫他找出錯誤，并在圖中加以改正；（2）若要求振蕩頻率為480Hz，試確定R的阻值。錯：①A:+、－交換；②R1、R2交換取標(biāo)稱值33kΩ頻率較低時，很大，jωL很小，網(wǎng)絡(luò)呈感性?！?.3LC正弦波振蕩電路

由于LC正弦波振蕩電路適用于工作頻率較高的場合，而普通集成運放的頻帶較窄，所以，LC正弦波振蕩電路一般由分立元件放大電路組成?！?.3.1LC并聯(lián)電路的特性定性分析：頻率較高時，jωL

很大，

很小，網(wǎng)絡(luò)呈容性。

只有當(dāng)中間某一頻率f=f0

時，網(wǎng)絡(luò)才呈純電阻性，且等效阻抗達到最大值。R為電感線圈中的電阻§9.3.1LC并聯(lián)電路的特性電路諧振時：令：諧振回路的品質(zhì)因數(shù)當(dāng)

Q

>>1時①諧振頻率③品質(zhì)因數(shù)R越小，Q越大，選頻特性越好，同時Z0越大。(阻性)②等效阻抗§9.3.1LC并聯(lián)電路的特性

不同

Q

值時，LC并聯(lián)電路的幅頻特性：Z01Z02Q1

>Q2Q1Q2

F+90o-90oQ1Q2Q1

>Q2感性純阻容性結(jié)論：

1.當(dāng)

f=f0

時，電路為純電阻性，等效阻抗最大；當(dāng)

f

<

f0

時，電路為感性；當(dāng)

f

>

f0

時，電路為容性。所以

LC并聯(lián)電路具有選頻特性。

2.電路的品質(zhì)因數(shù)

Q愈大，選頻特性愈好。§9.3.1LC并聯(lián)電路的特性§9.3.2變壓器反饋式振蕩電路振蕩頻率:用瞬時極性法判斷是否是正反饋優(yōu)缺點：優(yōu)點：易于產(chǎn)生振蕩，輸出電壓波形失真不大，應(yīng)用范圍廣泛。缺點：耦合不緊密，損耗較大。

某同學(xué)按下圖方式安裝了一個正弦波電路，但發(fā)現(xiàn)電路不能正常工作，請找出錯誤并改正。①變壓器同名端錯；②N2與T基極之間應(yīng)加一隔直電容。因為T基極被N2對地直流短路，管子截止?！?.3.2變壓器反饋式振蕩電路振蕩頻率：§9.3.3電感三點式振蕩電路特點：1.線圈L1、L2之間耦合緊密，比較容易起振。2.調(diào)節(jié)頻率方便。3.一般用于產(chǎn)生幾十MHz以下的頻率。4.輸出波形中含有較大的高次諧波，波形較差。5.通常用于要求不高的設(shè)備中。§9.3.3電感三點式振蕩電路§9.3.3電容三點式振蕩電路振蕩頻率：特點：1.反饋電壓中諧波分量很小，輸出波形較好。2.振蕩頻率較高，一般可達到100MHz以上。3.適用于產(chǎn)生固定頻率的振蕩，若要改變頻率，可進行改進。使C<<C1，C<<C2§9.3.3電容三點式振蕩電路§9.4石英晶體振蕩器正弦波振蕩電路頻率穩(wěn)定問題:頻率穩(wěn)定度一般由

來衡量——頻率偏移量?！袷庮l率。Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。R↓C↓L↑可使Q↑LC振蕩電路

但L太大電感的體積將增大，損耗大；C太小電路中分布電容、雜散電容會影響

f0。其頻率穩(wěn)定度很難超過10－5數(shù)量級。在要求頻率穩(wěn)定度高的場合，往往采用石英晶體振蕩電路§9.4.1石英晶體1.結(jié)構(gòu)：2.基本特性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→壓電諧振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：

晶體等效阻抗為純阻性（2）并聯(lián)諧振通常所以§9.4.1石英晶體§9.4.2石英晶體振蕩電路1.并聯(lián)型石英晶體振蕩電路

石英晶體工作在fs與fp之間，相當(dāng)一個大電感，與C1、C2組成電容三點式振蕩器。由于石英晶體的Q值很高，所示電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。2.串聯(lián)型石英晶體振蕩電路

石英晶體工作在fs處，呈電阻性，且阻抗最小，正反饋最強。加入石英晶體是利用石英晶體的高Q值，提高振蕩頻率的穩(wěn)定性?！?.4.2石英晶體振蕩電路§9.5非正弦波發(fā)生電路1.電路結(jié)構(gòu)由滯回比較電路和RC定時電路構(gòu)成的9.5.1矩形波發(fā)生電路－+RR1R2CucuoA+-0tuo

Uz

-UzucUT+0t2.工作原理：(1)設(shè)

uo

=

+

Uz

,此時，輸出給C充電,uc

一旦u->u+

,即uc>UT+時

,uo

立即由＋Uz變成－Uz

u-=uc

此時u-

<u+,uo

保持+Uz不變－+RR1R2CucuoA+-9.5.1矩形波發(fā)生電路9.5.1矩形波發(fā)生電路(2)當(dāng)uo