第八章波形產(chǎn)生與變換電路

第八章波形產(chǎn)生與變換電路第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1.電路結(jié)構(gòu)8.1.1方波發(fā)生器下行的遲滯比較器，輸出經(jīng)積分電路再輸入到此比較器的輸入端。上下限:－++RR1R2Cucuo8.1信號發(fā)生電路第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2.工作原理：(1)設(shè)uo

=

+UOM,此時，輸出給C充電,uc

則：u+=U+H－++RR1R2C+ucuo0tuoUOM-UOMucU+H0t一旦uc>U+H

,就有u->u+,在uc<U+H時，u-

<u+,uo

立即由＋UOM

變成－UOM

,設(shè)uC初始值uC(0+)=0方波發(fā)生器uo保持+UOM不變UOM第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三此時，C

經(jīng)輸出端放電,再反向充電(2)當uo

=

-UOM時，u+=U+Luc達到U+L時，uo上翻－++RR1R2C+ucuoU+HuctU+L當uo

重新回到＋UOM

以后，電路又進入另一個周期性的變化。-UOM第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三0U+HuctU+LUOMuo0t-UOMT周期與頻率的計算：－++RR1R2C+ucuof=1/T第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三周期與頻率的計算：－++RR1R2C+ucuo0U+HuctU+L+UOM-UOMT1T2TT=T1+T2=2T2，因正反向充電條件一樣T1=T2。uc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e,=RC-tT2階段uc(t)的過渡過程方程為:第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三0U+HuctU+L+UOM-UOMT1T2Tuc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e,=RC-tUC(0+)=UC()=+UOMt=T2時,uc(t=T2)=周期與頻率的計算：)21ln(21RRRCT2+=第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三思考題：點b是電位器RW

的中點，點a和點c是b的上方和下方的某點。試定性畫出點電位器可動端分別處于

a、b、c

三點時的uo-uc

相對應(yīng)的波形圖。－-+++RWR1R2CucuoD1D2abc設(shè)Rwa>RwcUOMuo0t-UOM第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三反向積分器方波發(fā)生器8.1.2三角波發(fā)生器矩形波經(jīng)積分電路便可產(chǎn)生三角波，但是此電路要求前后電路的時間常數(shù)配合好，不能讓積分器飽和。－++R1R3R4C1uc_uo-+++C2R5R2三角波發(fā)生器電路1:第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三三角波發(fā)生器(續(xù))UOMuo10t-UOM－++R1R3R4C1uc_uo-+++C2R5R2uo1第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三反相積分器上行的遲滯比較器－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1特點:由上行的遲滯比較器和反相積分器級聯(lián)構(gòu)成,遲滯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遲滯比較器的輸入.三角波發(fā)生器電路2:第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三－++uoRR2R1ui上下門限電壓上行的遲滯比較器U+HU+Luoui0Uom-Uom反相積分器ui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uomuo-++CRRui回顧:第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1(1)設(shè)t=0時,uo1=+UOM,uc(0)

=0,uo=0u1+u1+=o212uRRR+o1211uRRR++=OM211URRR+>u1-=0,uo1保持+UOMUOMuo10t-UOM三角波發(fā)生器電路2(續(xù)):第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+(2)t=0~t1:uo1(0)

=+UOM,uo(0)

=0ò-=dtuRC1uo1o=-OMURCtt=t1:uo(t=t1)=OM21LURRU-=+uo1從+UOM-UOMt1UOMuo10t-UOMU+LU+Huo(a)(b)21RCRRt1=將(b)式代入(a)式,可解出:三角波發(fā)生器電路2(續(xù)):第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+(3)t=t1~t2:uo1(t1)

=-UOM

,uo(t1)

=U+L

t=t2:uo(t=t2)=OM21HURRU=+uo1從-UOM+UOM21RCRRt2=3可解出:UOMuo10t-UOMt1U+LU+Huo=uo(t1)

uò-dt=uRC1o1o+OMURC(t-t1)OM21URR-t1tt2三角波發(fā)生器電路2(續(xù)):第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三(4)t=t2~t3:uo1(t2)

=+UOM

,uo(t2)

=U+H

t=t3:uo(t=t3)=OM21+LURRU=-uo1從+UOM-UOM21RCRRt3=5可解出:=uo(t2)

uò-dt=uRC1o1o-OMURC(t-t2)OM21URRt2t－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+UOMuo10t-UOMt1U+LU+Huot2三角波發(fā)生器電路2(續(xù)):t3第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+三角波發(fā)生器電路2(續(xù)):UOMuo10t-UOMt1U+LU+Huot2t321RCRR三角波周期:T=2(t2-t1)=4T21RCRRt1=21RCRRt2=3t3=521RCRR三角波頻率:f=1/T第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三改型電路1調(diào)整電位器RW可以使三角波上下移動,而且使三角波正負半周時間不相等.－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1+E-ERW第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三改型電路2tuoT1T2－++R2R1-++R′R2CuoRUo1被嵌位于±UzR決定T2,R′決定T1第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三uottuoT1T2當R′=0時－++R2R1-++R′R2CuoRT1變?yōu)?三角波發(fā)生器,鋸齒波發(fā)生器第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三8.3.1產(chǎn)生自激振蕩的原理fidXXX-=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FiX+–dXoXfX8.3正弦波振蕩器+第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三如果：,ifXX=則去掉,iX仍有信號輸出。基本放大電路Ao反饋電路FdXoXfX反饋信號代替了放大電路的輸入信號?；痉糯箅娐稟o反饋電路FiX++dXoXfX第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三fidofdooXXXXFXXAX+===FAAXXAooiof-==1基本放大電路Ao反饋電路FiX++dXoXfX自激振蕩條件的推導(dǎo)第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三自激振蕩條件的推導(dǎo)（續(xù)）基本放大電路Ao反饋電路FdXoXfXfdofdooXXXFXXAX====FAoXoFAo=1自激振蕩的條件第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三當xi=0時，AoF=1(1)正反饋足夠強,輸入信號為0時仍有信號輸出，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。(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：自激振蕩條件的推導(dǎo)（續(xù)）第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三所以，自激振蕩條件也可以寫成：（1）振幅條件：（2）相位條件：pjjnFA2=+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)達到。因為：00自激振蕩的條件：1)()(=wwFA00自激振蕩條件的推導(dǎo)（續(xù)）第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三問題：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Uo=0，達到穩(wěn)定振蕩時Uo=B。起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三正弦波振蕩電路的基本組成1)放大電路：放大作用2)正反饋網(wǎng)絡(luò)：滿足相位條件3)選頻網(wǎng)絡(luò)：確定f0，保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩4)非線性環(huán)節(jié)（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）：穩(wěn)幅常合二而一第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三4、分析方法1)是否存在主要組成部分；2)放大電路能否正常工作，即是否有合適的Q點，信號是否可能正常傳遞；3)是否滿足相位條件，即是否存在f0；4)是否滿足幅值條件，即是否可能起振。第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分類。1)RC正弦波振蕩電路：幾百kHz以下2)LC正弦波振蕩電路：幾百kHz～幾百MHz3)石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定5、分類第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三8.3.2

RC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。R1C1R2C2iUoU第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三文氏橋選頻電路)1()1(112211221CRCRjCCRRUUioww-+++=R1C1R2C2iUoU時，相移為0。1221w1CRCR=w當?shù)?2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三如果：R1=R2=R，C1=C2=C，則：1221w1CRCR=w21211CCRR=w01CR=w0)1()1(112211221CRCRjCCRRUUioww-+++=13=文氏橋選頻電路)1(31CRCRjww-+=w=wo時第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三文氏橋選頻電路)(3100ffffjUUio-+=傳遞函數(shù)：2002)(31ffffUUio-+=幅頻特性：相頻特性：如果：R1=R2=R，C1=C2=Cf+90–90ff0UUio)1(31CRCRjww-+=第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三用運放組成的RC振蕩器：只有在f0處才滿足相位條件：因為：AF=131=F1fF+=RRAfF2RR=uo_++RFRCRCRfA=3uouo3A=3同相放大器文氏橋選頻電路輸出正弦波頻率：第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三例題:R=1k，C=0.1F，Rf=10k。RF為多大時才能起振？振蕩頻率f0=？Hzuo_++RFRCRCRfAF=1，31=F1fF+=RRAA=3=210=20k=1592Hz起振條件：fF2RR=第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三能自行起振的電路1半導(dǎo)體熱敏電阻起振時RT>2Rf,使A>3,易起振。當uo幅度自激增長達某一值時，RT=2Rf，A=3。當uo進一步增大時，RT<2Rf,使A<3。因此uo幅度自動穩(wěn)定于某一幅值。_++RTRCRCRfTuo第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三能自行啟動的電路2RF1+RF2略大于2Rf,隨著uo的增加，RF2逐漸被短接，A自動下降，輸出自動被穩(wěn)定于某一幅值。將RF分為二個：RF1

和RF2，

RF2并聯(lián)二極管_++RF1RCCRfRF2D1D2R第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三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)：_++RFuoRCCRfKKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三電子琴的振蕩電路：_++RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R22112CRR=0f2121RRF+=12345176功率放大器使R2>>R121F1fF2RRA+=F1R+2AF1可調(diào)A2RF1+RF2Rf第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三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。由于高頻運放價格較高，所以一般用分離元件組成放大電路。本節(jié)只對LC振蕩電路做一簡單介紹，重點掌握相位條件的判別。首先介紹一下LC選頻網(wǎng)絡(luò)。8.3.3LC正弦波振蕩器第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1、LC選頻網(wǎng)絡(luò)(LC并聯(lián)諧振電路)CLRuiLici(阻性)LC并聯(lián)諧振特點：諧振時，總路電流很小，支路電流很大，電感與電容的無功功率互相補償，電路呈阻性。用于選頻電路。R為電感線圈中的電阻第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三CLRuiLici例:LC并聯(lián)諧振電路中,L=1mH,C=0.1F,R=10，U=1V。求諧振時的f0、I0、IC、IL。