波形的產(chǎn)生與變換電路

PAGE92第八章波形發(fā)生電路PAGEPAGE124山東理工大學(xué)教案第二十四次課教學(xué)課型：理論課□√實驗課□習(xí)題課□實踐課□技能課□其它□主要教學(xué)內(nèi)容（注明：*重點#難點）：8.1正弦波振蕩器的分析方法8.1.1產(chǎn)生正弦波振蕩的條件8.1.2正弦波振蕩電路的組成與分析步驟8.2RC正弦波振蕩電路8.2.1RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路重點：1.振蕩電路組成及分析方法2.RC正弦波振蕩電路組成、振蕩頻率及起振條件難點：RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性教學(xué)目的要求：1.掌握振蕩電路的概念穩(wěn)定振蕩條件及起振條件的確定2.熟練掌握穩(wěn)定振蕩條件及起振條件的確定3.掌握RC正弦波振蕩電路的電路組成、起振頻率、起振條件教學(xué)方法和教學(xué)手段：板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。討論、思考題、1.自激振蕩產(chǎn)生的過程是什么？2.如何判斷RC電路能產(chǎn)生自激振蕩作業(yè)：8.1;8.3參考資料：童詩白主編《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》北京高等教育出版社2001年康華光主編《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分北京高等教育出版社2001年8.1正弦波振蕩器的分析方法正弦波發(fā)生電路能產(chǎn)生正弦波輸出，它是在放大電路的基礎(chǔ)上加上正反饋而形成的，它是各類波形發(fā)生器和信號源的核心電路。正弦波發(fā)生電路也稱為正弦波振蕩電路或正弦波振蕩器。8.1.1產(chǎn)生正弦波振蕩的條件1．產(chǎn)生正弦波振蕩的條件產(chǎn)生正弦波的條件與負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激的條件十分類似。只不過負(fù)反饋放大電路中是由于信號頻率達到了通頻帶的兩端，產(chǎn)生了足夠的附加相移，從而使負(fù)反饋變成了正反饋。在振蕩電路中加的就是正反饋，振蕩建立后只是一種頻率的信號，無所謂附加相移。(a)負(fù)反饋放大電路(b)正反饋振蕩電路圖06.01振蕩器的方框圖比較圖06.01(a)和(b)就可以明顯地看出負(fù)反饋放大電路和正反饋振蕩電路的區(qū)別了。由于振蕩電路的輸入信號=0，所以=。由于正、負(fù)號的改變，有反饋的放大倍數(shù)為：振蕩條件=1幅度平衡條件=1相位平衡條件AF=A+F=2n2正弦波振蕩器的起振過程振蕩器在剛剛起振時，為了克服電路中的損耗，需要正反饋強一些，即要求＞1這稱為起振條件。既然＞1，起振后就要產(chǎn)生增幅振蕩，需要靠三極管大信號運用時的非線性特性去限制幅度的增加，這樣電路必然產(chǎn)生失真。這就要靠選頻網(wǎng)絡(luò)的作用，選出失真波形的基波分量作為輸出信號，以獲得正弦波輸出。也可以在反饋網(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，從而達到穩(wěn)幅的目的。這在下面具體的振蕩電路中加以介紹。8.1.2正弦波振蕩電路的組成與分析步驟為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋，因此放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路的最主要部分。但是，這樣兩部分構(gòu)成的振蕩器一般得不到正弦波，這是由于很難控制正反饋的量。如果正反饋量大，則增幅，輸出幅度越來越大，最后由三極管的非線性限幅，這必然產(chǎn)生非線性失真。反之，如果正反饋量不足，則減幅，可能停振，為此振蕩電路要有一個穩(wěn)幅電路。為了獲得單一頻率的正弦波輸出，應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)往往和正反饋網(wǎng)絡(luò)或放大電路合而為一。選頻網(wǎng)絡(luò)由R、C和L、C等電抗性元件組成。正弦波振蕩器的名稱一般由選頻網(wǎng)絡(luò)來命名。正弦波發(fā)生電路的組成:放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅電路8.2RC正弦波振蕩電路8.2.1RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路1RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電路如圖06.02所示。RC串聯(lián)臂的阻抗用Z1表示，RC并聯(lián)臂的阻抗用Z2表示。其頻率響應(yīng)如下圖06.02RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)f0=為滿足振蕩的幅度條件=1，所以Af≥3。加入R3R4支路，構(gòu)成串聯(lián)電壓負(fù)反饋2RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過程RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅作用是靠熱敏電阻R4實現(xiàn)的。R4是正溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)輸出電壓升高，R4上所加的電壓升高，即溫度升高，R4的阻值增加，負(fù)反饋增強，輸出幅度下降。若熱敏電阻是負(fù)溫度系數(shù)，應(yīng)放置在R3的位置，如圖06.03。采用反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路如圖6.04所示。電路的電壓增益為式中R”p是電位器上半部的電阻值，R’p是電位器下半部的電阻值。R’3=R3//RD，RD是并聯(lián)二極管的等效平均電阻值。當(dāng)Vo大時，二極管支路的交流電流較大，RD較小，Avf較小，于是Vo下降。由圖(b)可看出，二極管工作在C、D點所對應(yīng)的等效電阻，小于工作在A、B點所對應(yīng)的等效電阻，所以輸出幅度小。(a)穩(wěn)幅電路(b)穩(wěn)幅原理圖圖06.04反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路山東理工大學(xué)教案第二十五次課教學(xué)課型：理論課□√實驗課□習(xí)題課□實踐課□技能課□其它□主要教學(xué)內(nèi)容（注明：*重點#難點）：8.3LC正弦波振蕩電路8.3.1LC并聯(lián)電路的特性8.3.2變壓器反饋振蕩電路8.3.3電感三點式振蕩電路8.3.4電容三點式振蕩電路重點：1.LC并聯(lián)諧振的選頻特性2.LC正弦波振蕩電路組成、振蕩頻率及起振條件難點：變壓器耦合式及電感三點式的分析教學(xué)目的要求：1.掌握LC并聯(lián)諧振回路及變壓器耦合式2.掌握LC正弦波振蕩電路的電路組成、起振頻率、起振條件3.掌握電感三點式及電容三點式教學(xué)方法和教學(xué)手段：板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。討論、思考題、1.品質(zhì)因數(shù)對選頻性的影響是什么？為什么？2.如何判斷LC電路能產(chǎn)生自激振蕩作業(yè)：6.6;6.8參考資料：童詩白主編《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》北京高等教育出版社2001年康華光主編《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分北京高等教育出版社2001年8.3LC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路的構(gòu)成與RC正弦波振蕩電路相似，包括有放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路。這里的選頻網(wǎng)絡(luò)是由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成，正反饋網(wǎng)絡(luò)因不同類型的LC正弦波振蕩電路而有所不同。8.3.1LC并聯(lián)電路的特性LC并聯(lián)諧振電路如圖6.05(a)所示。顯然輸出電壓是頻率的函數(shù)輸入信號頻率過高，電容的旁路作用加強，輸出減??；反之頻率太低，電感將短路輸出。并聯(lián)諧振曲線如圖06.05（b）所示。(a)LC并聯(lián)諧振電路(b)并聯(lián)諧振曲線圖06.05并聯(lián)諧振電路及其諧振曲線諧振時諧振頻率考慮電感支路的損耗，用R表示，圖06.06有損耗的諧振電路如圖06.06所示。諧振時，電感支路電流或電容支路電流與總電流之比，稱為并聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)對于圖06.05（b）的諧振曲線，Q值大的曲線較陡較窄，圖中Q1＞Q2。并聯(lián)諧振電路的諧振阻抗諧振時，LC并聯(lián)諧振電路相當(dāng)一個電阻8.3.2變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋LC振蕩電路如圖06.07所示。LC并聯(lián)諧振電路作為三極管的負(fù)載，反饋線圈Ｌ2與電感線圈Ｌ相耦合，將反饋信號送入三極管的輸入回路。交換反饋線圈的兩個線頭，可改變反饋的極性。調(diào)整反饋線圈的匝數(shù)可以改變反饋信號的強度，以使正反饋的幅度條件得以滿足。有關(guān)同名端的極性請參閱圖06.08。圖06.07變壓器反饋LC振蕩電路圖06.08同名端的極性變壓器反饋LC振蕩電路的振蕩頻率與并聯(lián)LC諧振電路相同，為8.3.3電感三點式振蕩電路圖06.09為電感三點式LC振蕩電路。電感線圈L1和L2是一個線圈，2點是中間抽頭。如果設(shè)某個瞬間集電極電流減小，線圈上的瞬時極性如圖所示。反饋到發(fā)射極的極性對地為正，圖中三極管是共基極接法，所以使發(fā)射結(jié)的凈輸入減小，集電極電流減小，符合正反饋的相位條件。圖06.10是另一個電感三點式LC振蕩電路。分析三點式LC振蕩電路常用如下方法，將諧振回路的阻抗折算到三極管的各個電極之間，有Zbe、Zce、Zcb，如圖06.11所示。對于圖06.09是L2、是L1、是C。圖06.09電感三點式LC振蕩電路（CB圖06.10電感三點式LC振蕩電路（CE）圖06.11三點式振蕩電路可以證明，若滿足相位平衡條件，和必須同性質(zhì)，即同為電容或同為電感。8.3.4電容三點式LC振蕩電路與電感三點式LC振蕩電路類似的有電容三點式LC振蕩電路，見圖06.12。（a）CB組態(tài)（b）CE組態(tài)圖06.12電容三點式LC振蕩電路例6.1：圖06.13為三點式振蕩電路試判斷是否滿足相位平衡條件。(a)(b)圖06.13例題6.1的電路圖山東理工大學(xué)教案第二十六次課教學(xué)課型：理論課□√實驗課□習(xí)題課□實踐課□技能課□其它□主要教學(xué)內(nèi)容（注明：*重點#難點）：8.4石英晶體振蕩器8.4.1石英晶體的基本特性和等效電路8.4.2石英晶體振蕩電路8.5非正弦波發(fā)生電路8.5.1矩形波發(fā)生電路8.5.2三角波發(fā)生電路8.5.3鋸齒波發(fā)生電路重點：1.石英晶體的基本特性，及振蕩的判斷。難點：石英晶體振蕩電路的判斷教學(xué)目的要求：1.了解石英晶體振蕩器電路組成、起振頻率、起振條件2．了解矩形波發(fā)生電路的構(gòu)成及振蕩周期3.了解三角波發(fā)生電路的構(gòu)成及振蕩周期4.了解鋸齒波發(fā)生電路的構(gòu)成及振蕩周期教學(xué)方法和教學(xué)手段：板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。討論、思考題、1.判斷石英晶體振蕩器電路的起振條件？作業(yè)：6.11參考資料：童詩白主編《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》北京高等教育出版社2001年康華光主編《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分北京高等教育出版社2001年8.4石英晶體振蕩電路8.4.1石英晶體的基本特性和等效電路石英晶體的阻抗頻率特性曲線見圖06.14,它有一個串聯(lián)諧振頻率fs,一個并聯(lián)諧振頻率fp，二者十分接近。對于圖06.15(a)的電路與電感三點式振蕩電路相似。要使反饋信號能傳遞到發(fā)射極，為此石英晶體應(yīng)處于串聯(lián)諧振點，此時晶體的阻抗接近為零。對于圖06.15(b)的電路，滿足正反饋的條件，為此，石英晶體必須呈電感性才能形成LC并聯(lián)諧振回路，產(chǎn)生振蕩。由于石英晶體的Q值很高，可達到幾千以上，所示電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。對于圖06.15(b)的電路，滿足正反饋的條件，為此，石英晶體必須呈電感性才能形成LC并聯(lián)諧振回路，產(chǎn)生振蕩。由于石英晶體的Q值很高，可達到幾千以上，所示電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。8.4.2石英晶體振蕩電路利用石英晶體高品質(zhì)因數(shù)的特點，構(gòu)成LC振蕩電路，如圖06.15所示。(a)串聯(lián)型f0=fs（b）并聯(lián)型fs<f0<fp圖06.15石英晶體振蕩電路例6.2：分析圖06.16的振蕩電路能否產(chǎn)生振蕩，若產(chǎn)生振蕩石英晶體處于何種狀態(tài)？（a）(b)圖06.16例06.2電路圖8.5非正弦波發(fā)生電路8.5.1矩形波發(fā)生電路方波發(fā)生器是由滯回比較器和RC定時電路構(gòu)成的，電路見圖06.20。1電路結(jié)構(gòu)和工作原理電源剛接通時設(shè),電容C充電，升高。如閱圖06.21。圖06.20方波發(fā)生器圖06.21方波發(fā)生器波形圖當(dāng)≥時，，所以，電容C放電，下降。當(dāng)≤時，，返回初態(tài)。2輸出幅度和振蕩周期方波的周期Ｔ用過渡過程公式可以方便地求出顯然，為了改變輸出方波的占空比，應(yīng)改變電容器C的充電和放電時間常數(shù)。占空比可調(diào)的矩形波電路如圖06.22所示。圖06.22占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路C充電時，充電電流經(jīng)電位器的上半部、二極管D1、R1；C放電時，放電電流經(jīng)R1、二極管D2、電位器的下半部。占空比為：