波形發(fā)生電路

波形發(fā)生電路1第一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日§9.1

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放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)+–改成正反饋+第二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)++如果：則去掉，仍有信號輸出。放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)反饋信號代替了放大電路的輸入信號。第三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生自激振蕩的條件是振幅平衡條件相位平衡條件第四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日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。對照第五章中所討論的負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件：與本節(jié)得到的自激振蕩條件相比，兩者相差一個負(fù)號，這是由于兩者反饋極性不同所致。+-(a)負(fù)反饋（相減）++(a)正反饋（相加）反饋放大電路輸入信號和反饋信號的符號關(guān)系：第五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日問題1：如何起振？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(dá)到穩(wěn)定振蕩時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，只要：，且A+F=2n，即可起振。第六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日問題2：如何穩(wěn)幅？起振后，輸出將逐漸增大，若不采取穩(wěn)幅措施，這時若仍大于1，則輸出將會飽和失真。達(dá)到需要的幅值后，將參數(shù)調(diào)整為

，即可穩(wěn)幅。起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：時，時，時，穩(wěn)幅由電路中的非線性元件實現(xiàn)第七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日9.1.2正弦波振蕩的組成和分析步驟組成：放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)分析步驟：一、判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩1.是否具備正弦波振蕩的組成部分；2.靜態(tài)工作點是否能保證放大電路正常工作；3.是否滿足自激振蕩條件（相位條件和幅度條件）。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，起振條件由幅度條件決定。第八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日§9.2

RC正弦波振蕩電路9.2.1RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路+-AR1R2R’C1RFC2選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)R1、C1

，R2、C2

，RF

，R’

組成電橋的四個臂——文氏電橋電路。一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性R1R2C1C2+-+-Z1Z2低頻時，1/C1>>R1，1/C2>>R2，此時可將R1和1/C2忽略。低頻等效電路為：第九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日R1R2C1C2+-+-Z1Z2低頻R2C1+-+-高頻時，1/C1<<R1，1/C2<<R2，此時可將1/C1和R2忽略。高頻等效電路為：越低，1/C1越大，的幅度越小，且其相位超前越多。當(dāng)0時，0，F(xiàn)+90。第十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日R1R2C1C2+-+-Z1Z2高頻C2R1+-+-越高，1/C2越小，的幅度越小，且其相位滯后越多。當(dāng)時，0，F(xiàn)-

90。只有當(dāng)為某一中間值時，才有可能得到的值較大，且與同相。第十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日頻率特性R1R2C1C2+-+-Z1Z2第十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日取R1=R2=R，C1=C2=C則第十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日令則幅頻特性相頻特性第十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日當(dāng)時，，即當(dāng)時，，且與同相0f1/3f0(a)幅頻特性(b)相頻特性0ff0+90–90第十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日二、振蕩頻率與起振條件+-AR1R2R’C1RFC2相位平衡條件要求：時而放大電路部分是集成運放，采用同相輸入，在中頻范圍內(nèi)時可見電路的振蕩頻率為1.振蕩頻率第十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日2.起振條件+-AR1R2R’C1RFC2時起振條件要求而同相比例運放的電壓放大倍數(shù)為為使電路起振，振蕩電路中負(fù)反饋支路的參數(shù)必須滿足第十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日三、振蕩電路中的負(fù)反饋+-AR1R2R’C1RFC2電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路中電壓串聯(lián)負(fù)反饋的作用：(1)提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性;(2)改善振蕩電路的輸出波形;(3)進(jìn)一步提高放大電路的輸入電阻，降低輸出電阻;(4)減小放大電路對RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)選頻特性的影響(5)提高振蕩電路的帶負(fù)載能力。負(fù)反饋系數(shù)：改變RF或R’的阻值大小可以調(diào)節(jié)負(fù)反饋的深度，使振蕩電路產(chǎn)生比較穩(wěn)定而失真又較小的正弦波信號。第十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日能自行啟動的電路（1）+-AR1R2R’C1RTC2t半導(dǎo)體熱敏電阻tRTA負(fù)反饋系數(shù)：F起振時，RT略大于2R’，使|AF|>1，以便起振；起振后，uo逐漸增大，則RT逐漸減小，使得輸出uo為某值時，|AF|=1，從而穩(wěn)幅。第十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日+-ARRCCVD1VD2R22R21R1能自行啟動的電路（2）負(fù)反饋系數(shù)：R22為一小電阻，使(R21+R22)略大于2R1，|

AF

|>1，以便起振；隨著uo的增加，R22逐漸被短接，A自動下降到使|

AF

|=1，使得輸出uo穩(wěn)定在某值。第二十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日RFRCCRR1R1R2R2R3R3+-AKKuo四、振蕩頻率的調(diào)節(jié)通過調(diào)整

R

或

C

來調(diào)整頻率。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(xì)

調(diào)振蕩頻率。第二十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日RF1R1CC+-A+uoRF2D1D2RR21R22R23R24R25R26R27R28電子琴的振蕩電路：第二十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日例：一臺由文氏電橋振蕩電路組成的正弦波信號發(fā)生器，采用如圖方法調(diào)節(jié)輸出頻率。切換不同的電容作為頻率粗調(diào)，調(diào)節(jié)同軸電位器作為細(xì)調(diào)。已知C1、C2、C3、分別為0.25F、0.025F

、0.0025F

，固定電阻R=3k，電位器RW=30k。試估算該儀器三擋頻率的調(diào)節(jié)范圍。RWRRWRC1C2C3C1C2C3解：(1)在低頻擋，C=0.25F，當(dāng)電位器調(diào)至最大時，

R+RW=(3+30)k=33k當(dāng)電位器調(diào)至零時，R+RW=3k第二十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日(2)在中頻擋，C=0.025F。當(dāng)電位器調(diào)至最大時，當(dāng)電位器調(diào)至零時，(3)在高頻擋，C=0.0025F。當(dāng)電位器調(diào)至最大時，當(dāng)電位器調(diào)至零時，第二十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日該儀器三擋頻率的調(diào)節(jié)范圍是：19Hz～212Hz，190Hz～2.12kHz，1.9kHz～21.2kHz，三擋頻率均在音頻范圍內(nèi)，且三擋之間互相有一部分覆蓋，故能在19Hz～21.2kHz的全部范頻率圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，是一臺頻率可調(diào)的音頻信號發(fā)生器。第二十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日五*、用分立元件組成的RC振蕩器RCRC+VCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF++++–+++–––+ubeRC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。第二十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日9.2.2*其他形式的RC

振蕩電路一、移相式振蕩電路+-AR’RFR1R2C1C2C3反相輸入比例電路三節(jié)RC移相電路放大電路，采用反相輸入方式，A=180。正反饋網(wǎng)絡(luò)，采用三節(jié)RC移相電路，每節(jié)RC移相范圍為0～90，三節(jié)總相移0～270，故必存在一頻率，使移相電路的相移為180。即此時AF=A+F=360，滿足振蕩相位平衡條件。第二十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日三節(jié)RC電路的相頻特性0ff0+90+180+270+-AR’RFR1R2C1C2C3通常選C1=C2=C3=C，R1=R2=R，此時，電路的振蕩頻率為：起振條件為：第二十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日二、雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路+-AR’RFR3C2CCRR雙T

選頻網(wǎng)絡(luò)反相輸入比例電路R3略小于R/2，此時電路的振蕩頻率為：當(dāng)f=f0

時，雙T網(wǎng)絡(luò)的相位移F=180，而反相輸入比例電路的相位移F=180，AF=A+F=360，滿足振蕩相位平衡條件。放大電路的放大倍數(shù)必須足夠大，以滿足三種RC振蕩電路的比較（課本表8

-

1）第二十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日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，重點掌握相位條件的判別?！?.3*

LC

正弦波振蕩電路首先介紹LC選頻網(wǎng)絡(luò)的特性。第三十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日9.3.1LC

并聯(lián)電路的特征CLR+-Z電路的復(fù)數(shù)導(dǎo)納為：當(dāng)回路導(dǎo)納的虛部等于0時，回路呈現(xiàn)純電阻，回路電流與電壓同相，電路發(fā)生并聯(lián)諧振。諧振角頻率為0，則：第三十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日令諧振回路的品質(zhì)因數(shù)則當(dāng)Q>>1時，當(dāng)LC回路發(fā)生并聯(lián)諧振時，第三十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日LC并聯(lián)回路阻抗的一般表達(dá)式在諧振頻率附近，即當(dāng)0時，第三十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日不同Q值時LC并聯(lián)回路的幅頻特性和相頻特性（Q1>Q2）

：Q1Q20Z0Z+90-90Q1Q2感性容性純阻LC并聯(lián)回路具有選頻特性；諧振頻率f0的數(shù)值與電路參數(shù)有關(guān)；Q值越大，選頻特性越好，諧振時的阻抗值Z0也越大。第三十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日CLR+-Z諧振時回路中的電流諧振時電容中電流的幅值：LC并聯(lián)回路的輸入電流為：即當(dāng)Q>>1時諧振時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！第三十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日例1：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。=15924Hz=1000I0=U/Z0=1/1000=1mAIC=U/ZC=10mA1CZC==100

IL=U/ZLR=9.95mA結(jié)論:并聯(lián)諧振電路中IC

IL>>I0諧振信號通過互感線圈引出CRUI0ICILL第三十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日互感線圈的極性判別1234磁棒初級線圈次級線圈同極性端1234+–+–第三十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日++––+例1：正反饋+VCCCC1C2頻率由LC諧振網(wǎng)絡(luò)決定。

9.3.2LC正弦波振蕩器舉例振蕩頻率:判斷是否是正反饋:用瞬時極性法判斷利用晶體管共射極放大器集電極電位變化與基極反相，發(fā)射極與基極同相；利用互感線圈的同極性端電位變化相位相同。第三十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日例2：正反饋+VCCCC1L1L2C2uL1uL2uC設(shè)uBuCuDuBuL2

ubeuL1

D瞬時極性法判斷：+––+–+反相+正反饋振蕩頻率由C、

L1、

L2諧振網(wǎng)絡(luò)決定。(L+L+2M)Cfp210?12M為兩線圈的互感第三十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日例3：正反饋設(shè)uBuCuC1

uC2

uB頻率由L、

C1、

C2組成的諧振網(wǎng)絡(luò)決定。+VCCC1LC2ABC+––+uLuC1

uC1減小時，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第四十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日+VCCC1C1LC2+––+反相例3：瞬時極性法判斷：正反饋振蕩頻率:其中：第四十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日例4：正反饋+VCCC1C2設(shè)uBuCuEubeuAAECBubeuC1

用瞬時極性法判斷：ube+–++–––ube增加正反饋頻率由L、

C1、

C2組成的諧振網(wǎng)絡(luò)決定。第四十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日§9.4*石英晶體振蕩器

Q越大，LC

振蕩電路的幅頻特性曲線越尖銳，選頻特性越好；相頻特性在f0附近也越陡，頻率的穩(wěn)定度越高。石英晶體的Q值高，選頻特性好，頻率穩(wěn)定高第四十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日

9.4.1石英晶體的基本特性和等效電路一、基本特性壓電效應(yīng)、壓電諧振，固有頻率（諧振頻率）二、等效電路C0CLR靜電電容C0等效電感L：表示機械振動的慣性等效電容C：表示晶片的彈性串聯(lián)諧振頻率：并聯(lián)諧振頻率：第四十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日石英晶體的電抗-頻率特性：Xf0fsfp容性感性容性

9.4.1石英晶體振蕩電路一、并聯(lián)型+VCCC2C1CERERB1RB2RC第四十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日振蕩頻率：+VCCC2C1CERERB1RB2RC此時晶體呈感性第四十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日二、串聯(lián)型RE1RB1RB2RC+VCCC1RE2R第四十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日一、電路結(jié)構(gòu)上下門限電平：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反相輸入端。－++RR1R2C+ucuo–§9.5非正弦波形發(fā)生電路

9.5.1矩形波發(fā)生電路第四十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日二、工作原理1.設(shè)uo

=

+UOM此時，輸出給C充電!則：u+=UH0tuoUOM-UOMU+HuC0t一旦uC>UH

,就有u->u+,在uC<UH

時，u-

<u+,uo

保持+UOM

不變；uo

立即由＋UOM

變成－UOM

－++RR1R2C+ucuo–第四十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日此時，C

經(jīng)輸出端放電。2.當(dāng)uo

=

-UOM時，u+=ULuC降到UL時，uo上翻。UHuCtUL當(dāng)uo

重新回到＋UOM

以后，電路又進(jìn)入另一個周期性的變化。－++RR1R2C+ucuo–第五十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日0UHuCtULUOMuo0t-UOMT輸出波形：－++RR1R2C+ucuo–第五十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日RC電路：起反饋和延遲作用，獲得一定的頻率。下行遲滯比較器：起開關(guān)作用，實現(xiàn)高低電平的轉(zhuǎn)換。－++RR1R2C+ucuo–矩形波發(fā)生器各部分的作用：第五十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日三、周期與頻率的計算f=1/TuC上升階段表示式:uC下降階段表示式:uC0UHtULT1T2第五十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日矩形波發(fā)生器電路的改進(jìn)：－++RR1R2C+ucuo–－++RR1R2C+ucuoUZ–第五十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日思考題：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占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路第五十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日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9.5.2三角波發(fā)生器－++RR1R2C+uc-++RR2Cuo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。第五十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日－++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第五十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日電路二：電路一的改型－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1反向積分電路上行遲滯比較器特點：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。第五十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日－++uoRR2R1ui上行的遲滯比較器回顧:上下門限電平：uoui0Uom-UomULUH第五十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日回顧:反相積分器ui-++RR2Cuoui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uom第六十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R100uo1t＋UOM－UOMuotUHUL第六十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日周期和頻率的計算：tuoUHULT－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1T1T2第六十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日電路三：是電路二的改型電路調(diào)整電位器RW可以使三角波上下移動。即給純交流的三角波疊加了一個直流分量。+E-ERW－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1第六十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期日tuoT1T2-－++R2R1++R′R2CuoR+–T1

時間段，電容C通過R′

放電T2

時間段，電容C通過R充電充放電的時間T1、T2可通過R、R'調(diào)整。當(dāng)R'=0時，則為鋸