波形發(fā)生電路

波形發(fā)生電路第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日本章重點(diǎn)和考點(diǎn)1.重點(diǎn)掌握RC正弦波振蕩電路的工作原理、振蕩頻率、起振條件以及電路的特點(diǎn)。2.理解各種非正弦波發(fā)生電路(矩形波、三角波和鋸齒波)的工作原理。第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日振蕩器：無須外加信號(hào)，本身能將直流電能轉(zhuǎn)化為具有一定頻率和幅度的交流信號(hào)利用負(fù)阻器件的負(fù)阻效應(yīng)產(chǎn)生振蕩按振蕩波形不同分正弦波振蕩器非正弦波振蕩器按組成原理不同分負(fù)阻振蕩器反饋振蕩器利用正反饋原理構(gòu)成第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.1.1.產(chǎn)生正弦波振蕩的條件（自激振蕩）fidXXX-=改成正反饋只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。9.1正弦波振蕩電路的分析方法+Xi–f基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXX第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日如果：,ifXX=則去掉,iX仍有信號(hào)輸出。反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)。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)FXX－－－自激振蕩第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日由此知放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：即：所以產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是：——幅度平衡條件——相位平衡條件即正反饋引入正反饋是構(gòu)成振蕩器的關(guān)鍵。第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日二.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(dòng)：器件非線性2、主動(dòng)：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(shí)，穩(wěn)定振蕩時(shí)，穩(wěn)幅措施：起振過程Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日1.放大電路2.正反饋網(wǎng)絡(luò)3.選頻網(wǎng)絡(luò)——只對(duì)一個(gè)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。9.1.2.正弦波振蕩器的一般組成第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日

9.1.2正弦波振蕩電路的組成及分類

組成：放大電路：集成運(yùn)放選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：非線性環(huán)節(jié)，使輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定分類：RC正弦波振蕩電路，頻率較低，在1MHz以下。LC正弦波振蕩電路，頻率較高，在1MHz以上。石英晶體振蕩電路，頻率較高，振蕩頻率非常穩(wěn)定。第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.1.3正弦波振蕩電路分析步驟

分析步驟：一、判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩1.檢查電路是否具備正弦波振蕩的組成部分；2.檢查放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是否能保證放大電路正常工作；3.分析電路是否滿足自激振蕩的相位平衡條件和振幅平衡條件。判斷相位平衡條件的方法是：瞬時(shí)極性法。第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、估算振蕩頻率和起振條件振蕩頻率由相位平衡條件決定。3.令f=f0時(shí)的，即得起振條件。2.令，即可求得滿足該條件的f0，此頻率即為振蕩頻率；1.寫出回路增益AF的表示式第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.2RC正弦波振蕩電路(文氏電橋)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路（文氏電橋）電路組成：放大電路——集成運(yùn)放A；正反饋網(wǎng)絡(luò)兼做選頻網(wǎng)絡(luò)——R、C串并聯(lián)電路；穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——RF與R組成的負(fù)反饋電路。圖第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日1.定性分析：（1）當(dāng)信號(hào)的頻率很低時(shí)。>>R1>>R2其低頻等效電路為：（2）當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)。＜＜R1＜＜R2其高頻等效電路為：9.2.1RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日ω0=？│F│max=？由以上分析知：一定有一個(gè)頻率ω0存在，當(dāng)ω=ω0時(shí)，│F│最大，且=0°0|F|0φF90°0|F|0φF-90°第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D9.2.22、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性（定量分析）Z1Z2取R1=R2=R，C1=C2=C，令

則：第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日得RC串并聯(lián)電路的幅頻特性為：相頻特性為：最大，F(xiàn)=0。0F01/3+90o-90o圖第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日一、振蕩頻率與起振條件1.振蕩頻率2.起振條件f=f0時(shí)，由振蕩條件知：所以起振條件為：同相比例運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)為即要求：9.2.2文氏電橋振蕩器第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日二.振蕩電路工作原理此時(shí)若放大電路的電壓增益為用瞬時(shí)極性法判斷可知，電路滿足相位平衡條件則振蕩電路滿足振幅平衡條件當(dāng)時(shí)，(+)(+)(+)(+)Av電路可以輸出頻率為的正弦波RC正弦波振蕩電路一般用于產(chǎn)生頻率低于1MHz的正弦波第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日三、振蕩電路中的負(fù)反饋(自動(dòng)穩(wěn)幅)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，提高帶負(fù)載能力。反饋系數(shù)改變RF，可改變反饋深度。增加負(fù)反饋深度，并且滿足則電路可以起振，并產(chǎn)生比較穩(wěn)定而失真較小的正弦波信號(hào)。采用具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT

代替反饋電阻RF，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)幅。(還有什么措施自動(dòng)穩(wěn)幅？)RT圖9.2.4第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日采用非線性元件*補(bǔ)充：穩(wěn)幅措施熱敏元件熱敏電阻起振時(shí)，即熱敏電阻的作用穩(wěn)幅第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日采用非線性元件*補(bǔ)充：穩(wěn)幅措施二極管第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日K：雙聯(lián)波段開關(guān)，切換R，用于細(xì)調(diào)振蕩頻率。C：雙聯(lián)可調(diào)電容，改變C，用于粗調(diào)振蕩頻率。四、振蕩頻率的調(diào)節(jié)：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日*9.2.3其它形式RC振蕩器（RC移相式振蕩電路）一.RC移相電路

（1）RC超前移相電路

（2）RC滯后移相電路

φA+90°+180°+270°0°φA-90°-180°-270°0°第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、RC移相式振蕩電路8CRRfRCRC一節(jié)RC環(huán)節(jié)移相90二節(jié)RC環(huán)節(jié)移相180三節(jié)RC環(huán)節(jié)移相270對(duì)于的信號(hào)，--滿足相位平衡條件優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：選頻特性差，輸出波形差第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.3LC正弦波振蕩電路9.3.1LC并聯(lián)電路的特性當(dāng)頻率變化時(shí)，并聯(lián)電路阻抗的大小和性質(zhì)都發(fā)生變化。并聯(lián)電路的導(dǎo)納：當(dāng)電路發(fā)生并聯(lián)諧振。圖第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日并聯(lián)諧振角頻率令：——諧振回路的品質(zhì)因數(shù)當(dāng)Q

>>1時(shí)諧振頻率：R<<ωL第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日回路等效阻抗：發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，在諧振頻率附近，可見，Q值不同，回路的阻抗不同。第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日不同Q值時(shí)，LC并聯(lián)電路的

幅頻特性：相頻特性：Z01Z02Q1

>Q2Q1Q2F+90o-90oQ1Q2Q1

>Q2感性純阻容性結(jié)論：1.當(dāng)f=f0時(shí)，電路為純電阻性，等效阻抗最大；當(dāng)f

<

f0時(shí)，電路為感性；當(dāng)f

>

f0時(shí)，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。圖第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.3.2變壓器反饋式振蕩電路一、電路組成用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。(瞬時(shí)極性法)-二、振蕩頻率和起振條件振蕩頻率起振條件圖9.3.3變壓器反饋式振蕩電路Xui第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.3.3電感三點(diǎn)式振蕩電路(Hartley)一、電路組成用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。---二、振蕩頻率和起振條件振蕩頻率起振條件圖第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)1.由于二線圈之間耦合很緊，因此容易起振。2.調(diào)節(jié)頻率方便。3.一般用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的頻率。4.輸出波形中含有較大的高次諧波，故波形較差。5.頻率穩(wěn)定度不高。第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.3.4電容三點(diǎn)式振蕩電路(Colpitts)一、電路組成用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。二、振蕩頻率和起振條件振蕩頻率起振條件圖9.3.5---第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.3.5電容三點(diǎn)式改進(jìn)型振蕩電路振蕩頻率選擇C<<C1，C<<C2，則：減小了三極管極間電容對(duì)振蕩頻率的影響，適用于產(chǎn)生高頻振蕩。圖第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日復(fù)習(xí)：1.正弦波振蕩電路的組成部分2.文氏振蕩電路振蕩頻率起振條件如何自動(dòng)穩(wěn)幅如何調(diào)節(jié)頻率振蕩頻率大致范圍第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.LC正弦波振蕩電路變壓器反饋式電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式改進(jìn)型品質(zhì)因素愈大，選頻特性愈好，頻率穩(wěn)定度愈高。第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.4石英晶體振蕩器一、基本特性

壓電效應(yīng)：在石英晶片的兩極加一電場(chǎng)，晶片將產(chǎn)生機(jī)械變形；若在晶片上施加機(jī)械壓力，在晶片相應(yīng)的方向上會(huì)產(chǎn)生一定的電場(chǎng)。

壓電諧振：晶片上外加交變電壓的頻率為某一特定頻率時(shí)，振幅突然增加。石英晶體的基本特性和等效電路第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、等效電路符號(hào)：串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率電抗頻率特性O(shè)fXfsfp容性容性感性圖圖靜電電容：C0機(jī)械振動(dòng)慣性：L晶片彈性：C磨擦損耗：R第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.4.2石英晶體振蕩電路一、并聯(lián)型石英晶體振蕩電路交流等效電路振蕩頻率由于圖第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、串聯(lián)型石英晶體振蕩電路圖9.4.4串聯(lián)型石英晶體振蕩電路當(dāng)振蕩頻率等于fS時(shí)，晶體阻抗最小，且為純電阻，此時(shí)正反饋?zhàn)顝?qiáng)，相移為零，電路滿足自激振蕩條件。振蕩頻率調(diào)節(jié)R可改變反饋的強(qiáng)弱，以獲得良好的正弦波。第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.5非正弦波發(fā)生電路9.5.1矩形波發(fā)生電路一、電路組成RC充放電回路滯回比較器圖圖9.5.2滯回比較器：集成運(yùn)放、R1、R2；充放電回路：R、C；鉗位電路：VDZ、R3。第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、工作原理設(shè)t=0時(shí)，uC=

0，uO=+UZ則tOuCOuOtu+u-當(dāng)u-=uC

=u+時(shí)，t1t2則當(dāng)u-=uC

=u+時(shí)，輸出又一次跳變，uO=+UZ輸出跳變，uO=-UZ圖第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日三、振蕩周期電容的充放電規(guī)律：對(duì)于放電，解得：結(jié)論：改變充放電回路的時(shí)間常數(shù)及滯回比較器的電阻，即可改變振蕩周期。矩形波的幅度與R1、R2和UZ有關(guān)。t1t2tOuCOuOtt3圖9.5.3第四十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日四、占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路圖9.5.4使電容的充、放電時(shí)間常數(shù)不同