第7章波形發(fā)生電路教材

(8-1)第七章波形的發(fā)生電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(8-2)§7.1正弦波振蕩電路的分析方法§7.2RC正弦波振蕩電路§7.3LC正弦波振蕩電路§7.4非正弦波發(fā)生電路第七章波形的發(fā)生和變換電路(8-3)改成正反饋只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩?；痉糯箅娐稟o反饋電路F

+–§7.1正弦波振蕩電路的分析方法(8-4)如果：則去掉仍有信號(hào)輸出?；痉糯箅娐稟o反饋電路F反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)?；痉糯箅娐稟o反饋電路F

++(8-5)一、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件基本放大電路Ao反饋電路F

+–(8-6)FAo=1自激振蕩的條件基本放大電路Ao反饋電路F(8-7)如果：(1)正反饋?zhàn)銐驈?qiáng),輸入信號(hào)為0時(shí)仍有信號(hào)輸出，這就是產(chǎn)生了自激振蕩。(2)要獲得非正弦自激振蕩,反饋回路中必須有RC積分電路。例如：前面介紹的方波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、鋸齒波發(fā)生器等。(3)要獲得正弦自激振蕩,反饋回路中必須有選頻電路。所以將放大倍數(shù)和反饋系數(shù)寫成：(8-8)自激振蕩的條件：因?yàn)椋核裕约ふ袷帡l件也可以寫成：（1）振幅條件：（2）相位條件：n是整數(shù)相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋；振幅條件可以通過調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達(dá)到。(8-9)問題1：如何啟振？Uo是振蕩器的電壓輸出幅度，B是要求輸出的幅度。起振時(shí)Uo=0，達(dá)到穩(wěn)定振蕩時(shí)Uo=B。放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動(dòng)，這些擾動(dòng)可分解為各種頻率的分量，其中也包括有fo分量。選頻網(wǎng)絡(luò)：把fo分量選出，把其他頻率的分量衰減掉。這時(shí)，只要：|AF|>1，且

A+

B=2n，即可起振。振蕩器起振過程仿真(8-10)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，這時(shí)若|AF|仍大于1，則輸出將會(huì)飽和失真。達(dá)到需要的幅值后，將參數(shù)調(diào)整為AF=1，即可穩(wěn)幅。具體方法將在后面具體電路中介紹。起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：(8-11)二、正弦波振蕩電路的組成及分類(1)放大電路:保證電路能夠有從起振到動(dòng)態(tài)平衡的過程,使電路獲得一定幅值的輸出量,實(shí)現(xiàn)能量的控制。1.正弦波振蕩電路必須由以下四個(gè)部分組成:(2)選頻網(wǎng)絡(luò):確定電路的振蕩頻率,使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩,即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。(3)正反饋網(wǎng)絡(luò):引人正反饋,使放大電路的輸入信號(hào)等于反饋信號(hào)。(8-12)(4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié):也就是非線性環(huán)節(jié),作用是使輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定。2.正弦波振蕩電路的分類:

正弦波振蕩電路常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件來命名,分為RC正弦波振蕩電路、LC正弦波振蕩電路和石英晶體正弦波振蕩電路三種類型。

RC正弦波振蕩電路的振蕩頻率較低,一般在1MHz以下;LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率多在1MHz以上;石英晶體正弦波振蕩電路也可等效為LC正弦波振蕩電路,其特點(diǎn)是振蕩頻率非常穩(wěn)定。(8-13) (1)觀察電路是否包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個(gè)組成部分。三、判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟(3)利用瞬時(shí)極性法判斷電路是否滿足正弦波振蕩的相位條件。(2)判斷放大電路是否能夠正常工作,即是否有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)且動(dòng)態(tài)信號(hào)是否能夠輸入、輸出和放大。(4)判斷電路是否滿足正弦波振蕩的幅值條件,即是否滿足起振條件。(8-14)7.2RC正弦波振蕩電路用RC電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路即所謂的RC振蕩電路，可選用的RC選頻網(wǎng)絡(luò)有多種，這里只介紹文氏橋選頻電路。R1C1R2C2一、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)(8-15)時(shí)，相移為0。R1C1R2C2(8-16)如果：R1=R2=R，C1=C2=C，則：傳遞函數(shù)：相頻特性：幅頻特性：fof+90

–90

f(8-17)二、RC橋式正弦波振蕩電路所以，要滿足相位條件，只有在fo處因?yàn)椋簎o_+

+

R2RCRCR1(8-18)能自行啟動(dòng)的電路（1）uotRTA半導(dǎo)體熱敏電阻起振時(shí)，RT略大于2R1，使|AF|>1，以便起振；_+

+

RTRCRCR1t

uo起振后，uo逐漸增大則RT逐漸減小，使得輸出uo為某值時(shí)，|AF|=1，從而穩(wěn)幅。(8-19)能自行啟動(dòng)的電路（2）R22為一小電阻，使(R21+R22)略大于2R1，|AF|>1，以便起振；_+

+

R21RCCR1R22D1D2隨著uo的增加，R22逐漸被短接，A自動(dòng)下降到使|AF|=1，使得輸出uo穩(wěn)定在某值。(8-20)輸出頻率的調(diào)整：通過調(diào)整R或/和C來調(diào)整頻率。_+

+

RFuoRCCRKKR1R1R2R2R3R3C：雙聯(lián)可調(diào)電容，改變C，用于細(xì)調(diào)振蕩頻率。K：雙聯(lián)波段開關(guān)，切換R，用于粗調(diào)振蕩頻率。三、振蕩頻率可調(diào)的RC橋式正弦波振蕩電路(8-21)電子琴的振蕩電路：_+

+

RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21(8-22)四、用分立元件組成的RC振蕩器（補(bǔ)充介紹）RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF++++–+++–––+ube

RC網(wǎng)絡(luò)正反饋，RF、RE1組成負(fù)反饋，調(diào)整到合適的參數(shù)則可產(chǎn)生振蕩。(8-23)7.3LC正弦波振蕩電路LC振蕩電路的選頻電路由電感和電容構(gòu)成，可以產(chǎn)生高頻振蕩。由于高頻運(yùn)放價(jià)格較高，所以一般用分立元件組成放大電路。本節(jié)只對LC振蕩電路做一簡單介紹，重點(diǎn)掌握相位條件的判別。一、LC諧振回路的頻率特性(8-24)諧振時(shí)回路電流比總電流大的多，外界對諧振回路的影響可以忽略！CLR(8-25)由LC諧振回路構(gòu)成的選頻放大電路：(8-26)二、變壓器反饋式振蕩電路1.工作原理圖7.1.13在選頻放大電路中引正反饋(8-27)變壓器反饋式振蕩電路：圖7.1.14變壓器反饋式振蕩電路(8-28)變壓器反饋式振蕩電路的交流通路：圖7.1.15變壓器反饋式振蕩

電路的交流通路(8-29)2.振蕩頻率及起振條件變壓器反饋式振蕩電路的交流等效電路：圖7.1.16變壓器反饋式振蕩電路的交流等效電路(8-30)振蕩頻率及起振條件的分析：變壓器原邊變壓器副邊整理可得其中(8-31)其品質(zhì)因數(shù)當(dāng)Q>>1時(shí)，振蕩頻率為(8-32)根據(jù)得3.優(yōu)缺點(diǎn)（1）易于起振（2）輸出電壓失真?。?）應(yīng)用范圍廣（4）耦合不緊、損耗大、振蕩頻率穩(wěn)定性不高(8-33)三、電感反饋式振蕩電路1.電路組成圖7.1.17電感反饋式振蕩電路2.工作原理(8-34)圖7.1.18電感反饋式振蕩電路的交流通路(8-35)例：正反饋頻率由C、L1、L2諧振網(wǎng)絡(luò)決定。+UCCCC1L1L2C2uL1uL2uC設(shè)uB

uC

uD

uB

uL2

ube

uL1

D(8-36)3.振蕩頻率和起振條件圖7.1.19電感反饋式振蕩電路的交流等效電路(8-37)振蕩頻率反饋系數(shù)(8-38)根據(jù)得起振條件通常應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定N2與N1的比值，一般在1/8～1/4之間。4.優(yōu)缺點(diǎn)（1）耦合緊、振幅大；（2）頻率調(diào)節(jié)范圍寬；（3）輸出波形中含有高次諧波。(8-39)四、電容反饋式振蕩電路1.電路組成2.工作原理圖7.1.20電容反饋式振蕩電路(8-40)正反饋設(shè)uB

uC

uC1

uC2

uB

頻率由L、C1、C2組成的諧振網(wǎng)絡(luò)決定。+UCCC1LC2ABC+––+uLuC1

uC1減小時(shí)，uC2如何變化？設(shè)L、C1、C2組成的諧振網(wǎng)絡(luò)中的電流為i，則ii(8-41)3.振蕩頻率和起振條件振蕩頻率反饋系數(shù)電壓放大倍數(shù)(8-42)起振條件優(yōu)缺點(diǎn)（1）輸出波形中高次諧波少，波形好；（2）頻率調(diào)節(jié)不太方便；（3）頻率穩(wěn)定度受極間電容影響較大。(8-43)4.穩(wěn)定振蕩頻率的措施（1）克拉潑(Clapp)振蕩器圖7.1.22電容反饋式振蕩電路的改進(jìn)(8-44)回路總電容(C3＜＜C1，C3＜＜C2)振蕩器的振蕩頻率為振蕩頻率高于100MHz時(shí)，應(yīng)采用共基放大電路(8-45)圖7.1.23采用共基放大電路的

電容反饋式振蕩電路(8-46)（2）席勒(Siler)振蕩器(8-47)振蕩器的振蕩頻率為回路總電容(8-48)1、石英晶體的特點(diǎn)五、石英晶體正弦波振蕩電路(8-49)(8-50)①壓電效應(yīng)當(dāng)晶體受外力作用而形變（如伸縮、切變、扭曲等）時(shí)，就在它對應(yīng)的表面上產(chǎn)生正、負(fù)電荷，呈現(xiàn)出電壓。b.石英晶體的等效電路和振蕩頻率②反壓電效應(yīng)當(dāng)在晶體兩端面加電壓時(shí)，晶體又會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變。若電壓為交變電壓，則晶體就會(huì)發(fā)生周期性的振動(dòng)（且具有一固有諧振頻率），同時(shí)會(huì)有電流流過晶體。a.壓電效應(yīng)和壓電振蕩(8-51)(a)諧振頻率附近的等效電路;(b)頻率特性曲線圖7.1.28石英晶體的等效電路及其頻率特性(8-52)品質(zhì)因數(shù)為頻率穩(wěn)定度串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率為(8-53)2.并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路圖7.1.29并聯(lián)型石英晶體振蕩電路(8-54)3.串聯(lián)型石英晶體振蕩電路圖7.1.30串聯(lián)型石英晶體振蕩電路(8-55)§7.4非正弦波發(fā)生電路圖7.4.1幾種常見的非正弦波(8-56)一、電路組成及工作原理上下閾值電壓：反相輸入的滯回比較器，輸出經(jīng)積分電路再輸入到此比較器的反相輸入端。7.4.1矩形波發(fā)生電路(8-57)二、波形分析及主要參數(shù)1.設(shè)uo=+UZ此時(shí)，輸出給C充電!則：uP=+UT0tuo+UZ-UZ+UTuc0t一旦uc>UT,就有u->u+,在uc<UT時(shí)，u-<u+,uo保持+UZ不變；uo立即由＋UZ變成－UZ(8-58)此時(shí)，C經(jīng)輸出端放電。2.當(dāng)uo=-UZ時(shí)，uP=-UTuc降到-UT時(shí)，uo上翻。+UTuct-UT當(dāng)uo重新回到＋UZ以后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化。(8-59)0+UTuct-UT+UZuo0t-UZT輸出波形：(8-60)f=1/Tuc上升階段表示式:uc下降階段表示式:uc0+UTt-UTT1T2(8-61)R3C電路：起反饋和延遲作用，獲得一定的頻率。起開關(guān)作用，實(shí)現(xiàn)高低電平的轉(zhuǎn)換。矩形波發(fā)生電路各部分的作用：反相輸入滯回比較器：(8-62)三、占空比可調(diào)電路圖7.4.5占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路(8-63)結(jié)果表明，改變電位器的滑動(dòng)端可以改變占空比，但不能改變周期。(8-64)反向積分電路方波發(fā)生器電路一：方波發(fā)生器

矩形波

積分電路

三角波－++RR1R2C+uc-++RR2Cuo此電路要求前后電路的時(shí)間常數(shù)配合好，不能讓積分器飽和。7.4.2三角波發(fā)生電路一、電路組成(8-65)－++RR1R2C+uc-++RR2Cuouo1uo三角波的周期由方波發(fā)生器確定，其幅值也由周期T和參數(shù)R、C決定。0uo1tUom-Uom(8-66)電路二：電路一的改型－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1反向積分電路同相輸入滯回比較器特點(diǎn)：由同相輸入滯回比較器和反相積分器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，滯回比較器的輸出作為反相積分器的輸入，反相積分器的輸出又作為滯回比較器的輸入。(8-67)－++uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUTUT同相輸入滯回比較器回顧:上下閾值電壓：二、工作原理(8-68)回顧:反相積分器ui-++RR2Cuoui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uom(8-69)－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R100uo1t＋UOM－UOMuot+UT-UT(8-70)tuo+UT-UTT－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1T1T2三、振蕩頻率(8-71)電路三：是電路二的改型電路調(diào)整電位器RW