2022年波形发生器 .pdf
课序：23 课题：第八章波形发生电路第 8.3 节 正弦波产生电路目的要求1、了解波形发生的电路的类型2、理解产生正弦波振荡的条件3、了解正弦波振荡电路的组成部分4、掌握 RC 桥式正弦波振荡电路的电路结构、工作原理重点：产生正弦波振荡的条件，RC 桥式正弦波振荡电路的工作原理难点：RC 串并联网络的频率特性教导方法：启发式、讨论式、边讲边练复习（提问）：集成运放构成电压比较器的外部条件及其特点课堂讨论：本章思考题和习题10 布置作业：本章思考题和习题5、8 课时分配环节复习（提问）新讲讲解课堂讨论每课小结布置作业学时分配（分）5 70 15 5 5 授课内容概述：波形发生电路是指电路没有外加输入信号，合上电源后就能产生各种周期性波形的电路，有两大类：一、非正弦波产生电路：方波、矩形波、锯齿波产生电路等；二、正弦波产生电路：按选频元件不同分为RC、LC，石英晶体正弦波产生电路。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 14 页 -这里仅介绍正弦波产生电路第 3 节正弦波产生电路一、产生正弦波振荡的条件及正弦波振荡电路的组成部分在负反馈放大电路中我们已经知道，电路引入三级或三级以上负反馈时，电路可能产生自激振荡，即放大电路输入端不加信号，在其输出端就会出现种频率和同谋的波形，使放大电路无法工作，在放大电路中自激振荡是应设法消除的而正弦波振荡电路是要电路产生一定频率一定幅度的正弦波信号，所以在放大电路中应为人地引入正反馈，使之稳定可靠振荡。正弦波产生电路的基本结构框图示，由图可见，正弦波产生电路的基本结构是放大电路和能引入正反馈和反馈网络。产生振荡的相位条件是电路引入正反馈。即n52FAn 为 0、1、2、n 产生振荡的幅度条件是ifXX即1FA起振后通过环节电路由1FA过渡到1FA，使电路稳定振荡工作。电路为得到单一频率的正弦波信号输出，还应有选频电路部分，因此一个良好的正弦波振荡电路应包括四个基本组成部分。放大电路正反馈网络选频网络名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 14 页 -稳幅电路二、RC 正弦波振荡电路觉的 RC 正弦波振荡电路是RC 串并联式正弦波振荡电路，又称为文氏桥式正弦波振荡电路。1、RC 串并联网络的选频特性RC 串并联网络如图（a）示当信号频率很低时有Rc1。可得到低频时的等效电路如图（b），图（b）是一个相位超前的电路，2U超前1U的相位在900之间，当超前的相位接近90时，2U的幅值趋于零。当信号频率f 很高时有Rc1，这时 RC 串并联网络的高频等效电路如图(c)，图(c)是一个相位滞后的电路，2U滞后1U在900之间，当滞接近90时，输出2U的幅值趋于零。根据电路分析的知识可得到0012j31UU式中RC10则RC21f0上式所代表的幅频特性为：20021231UU相频特性为：0031arctg它的频率特性曲线如图所示由频率特性曲线知名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 14 页 -当C0R1即：C0R21ff时12U31U最大此时2U与1U的相位差0即2U与1U同相。2、RC 串关联网络正弦波振荡电路振荡电路如图示：由图可见，集成运放A 与FR、1R组成同相比运算电路，RC 串并联网络是正反馈网络又是选频网络，这里 RC 串并联网络两端的电压为10UU，反馈信号这2fUU。因此12OfUUUUF，0F。(1)分析电路满足相位条件要合电路满足槔荡的相位条件，应有2nFA此外：0A(同相比例运算电路)0F(在0ff时0F)0FA满足振荡的相位条件(2)分析电路满足幅边条件应满足1FA在0ff时31F而 相 同 比 例 运 算 电 路 的 电 压 放 大 倍 数1FRR1A，31RR1FA1F得1F2RR名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 14 页 -对于同相比例运算电路，实现1F2RR是容易的，所以上述电路容易满足振荡的幅度条件，可见上述 RC 桥式电路能够产生正弦波振荡。小结1、产生正弦波振荡的条件2、正弦波振荡电路的组成部分3、RC 桥式正弦波振荡电路的电路结构及产生振荡的幅度条件名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 14 页 -课序：24 课题：第 8 章 第 3 节目的要求1、理解 RC 桥式正弦波振荡电路稳幅环节的工作原理2、理解 LC 并联回路的选频特性3、了解变压器反馈式振荡电路重点：RC 桥式正弦波振荡电路中稳幅的措施及其工作原理难点：LC 并联回路的选频特性复习(提问)：分析 RC桥式振荡电路振荡的相位条件和幅度条件教学方法与：启发式、计论式、边讲边练课堂讨论：分析变压器反馈式振荡电路的相位平衡条件布置作业：本章思考题和习题9、11(a)(b)课时分配环节复习（提问）新讲讲解课堂讨论每课小结布置作业学时分配（分）5 70 15 5 5 授课内容(3)RC 桥式正弦波振荡电路中的稳幅问题上述图示 RC 桥式正弦波振荡电路中，FR和1R构成的负反馈，可以起到稳幅的作用，但为了使稳幅效果更好，可采取如下措施可用负温度系数的热敏电阻tR代替FR稳幅过程分析：若01ttF0URR1ARIU输出 幅值稳定若0U同样分析知，可使输出稳定名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 14 页 -在FR两端并联接上两个反并联的二极管由于二极管是非线元件，通过它的电流减小时，其阻值增大；通过它的电流增大时，其阻值减小，可起到良好的稳幅效果。(4)文氏桥式正弦波振荡电路的频率调节上述 RC 振荡电路，由于RC 串联，RC 关联。FR和1R四条支路组成电桥型，故称为桥式RC 正弦波振荡电路。实验室中常用的低频信号发生器，其核心部分就是RC 桥式振荡电路，调节频率的方案之一是：用波段开关更换电阻进行粗调(换档调节)，用同轴调节两个可变电容器进行频率微调，实现低频信号发生器的频率调节。三、LC 正弦波振荡电路1、LC 并联回路的选频特性LC 关联回路如图示，其中R 为等效损耗电阻，以电流源I激励，并联回路的阻抗Z 为c1LjRCLLjRcj1LjRcj1Z谐振时c1L0o则LC10LC21f0谐振时并联回路呈现电阻性，谐振时的阻抗用0Z表示CLQCQLQRCLZ000名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 14 页 -式中CLR1CR1RLQ00称为品质因数R 愈小 Q 值愈大，谐振时的阻抗0Z愈大谐振时回路的输入电流为LQUZUI00谐振时电感上的电流大小近似为LUI0L所以有IQIL若1Q则IIILC说明谐振时 LC 并联回路中的电流比输入电流大得多，谐振时，谐振回路外界的影响可以忽略，并联谐振又称为电流谐振。谐振时阻抗0Z的虚部为零，即阻抗角0阻抗 Z 的频率特性如图示,Q值愈大，相频特性在0f附近变化愈快,利用 LC 并联揩振回路组成振荡电路，其选频网络往往是放大电路的负载，所以放大电路的增益具有选频特性。2、变压器反馈式LC 正弦波振荡电路变压器反馈式几种常见的电路如图(a)、(b)、(c)所示,图(a)、(b)电路是共发射极接法的电路，图(c)是共基极接法的电路，无论哪种接法，放大电路都应有正确的静态工作点。要振荡必须满足相位平衡条件。用瞬时极性法判断电路是否引入正反馈，引入了正反馈则满足相位平衡条件，若不是正反馈，通过改变变压器同铭端的连接可实现正反馈。若幅度条件不满足，可通过改变变压器副边绕组的匝数得到满足。当名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 14 页 -Q 值较高时，电路的振荡频率为LC21f0小结1、桥式正弦波振荡电路的稳幅措施2、LC 关联回路的频率特性3、常见的几种变压器反馈式振荡电路名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 14 页 -课序：25 课题：第 8 章 第 3 节目的要求1、掌握三点式振荡电路的结构、工作原理2、了解石英晶体谐振器及石英晶体振荡电路重点：三点式振荡电路难点：石英晶体谐振器及其振荡电路教学方法：启发式、讨论式、边讲边练复习(提问)：产生正弦波振荡的条件课堂讨论：分析讨论电容三点式振荡电路的相位条件及其振荡频率表达式布置作业：本章思考题和习题11(c)(d)，12 课时分配环节复习（提问）新讲讲解课堂讨论每课小结布置作业学时分配（分）5 70 15 5 5 授课内容3、三点式 LC 正弦波振荡电路(1)电感三点式振荡电路,电感三点式的一种振荡电路如图,所谓电感三点式，是指谐振回路中电感L 的三个引出端子分别接晶体管的三个电极 c、b、e(指对信号而言)如图示,判别图示电路能否满足相位平衡条件，在发射极e注入0f的正信号，在集电极c 得到正信号，谐振时 LC 并联回路为电阻性，L 的最上端为负极性，1L上的信号为fU，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 14 页 -fU通过ec、bc反馈到输入端，可见是正反馈，满足振荡的相位条件。振荡频率为CL21f0式中2MLLL21M 为1L、2L的互感系数上述电路是共基极接法，共基极接法的晶体三极管截止频率高，ff，所以为提高振荡频率常采用共基极接法的电路。(2)电容三点式电容三点式的一种振荡电路如图示,可以看出 LC回路中电容的三个引出端子分别接晶体管的三个电极c、b、e(对信号而言)。分析电路是否满足相位平衡条件,在基极 b 注入0f的正信号，在集电极 c 得到负信号，在整个 LC 并联回路下端为正，上端为负。2C上的信号为fU，由图可见电路形成了正反馈，电路满足振荡的相位平衡条件。振荡频率为LC21f0式中2121CCCCC此种电路有缺点高频振荡时，1C和2C取值小，1C、2C可以看成与极间电容并联，极间电容受温度影响，因此振荡频率也受温度影响。若用改变电容来调节0f，同时也改变了反馈信号，即反馈信号与频率的调节不能分开进行。(3)改进的电容三点式振荡电路在上述电容三点式电路中，与电感 L 串接上一个小电容C 就是改进型的电容三点式振荡电路，LC 并联回路总电容为C名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 14 页 -21C1C1C1C1由于CC1，CC2有CC所以该电路的振荡频率LC21LC21f01C、2C可取值较大，起分压作用，而且1C、2C受极间电容影响小，0f主要由 L 和 C 决定，调 C 可调节0f，这种电路振荡频率高，输出波形好。4、石英晶体正弦波振荡电路(1)石英晶体谐振器压电效应在石英晶片的两个电极间加一电场，可使晶片产生变形，若在晶片上施加压力，晶片两个电极间会产生一定的电场，此现象称为压电效应。压电谐振加电压产生变形，加力产生电场，其幅值都很小，只有在外加交变电压的频率为一值时，振幅才明显增大，这种现象称为压电谐振，上述这一特定的频率称为石英晶片的固有频率。石英晶体谐振器石英晶体谐振器的符号及等效电路如图示：石英晶体谐振器是一个二端子元件，等效电路中的0C代表静态电名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 14 页 -容与晶片的几何尺寸及极板面积有关，一般0C约为几几十 PF；L代表机械振动的惯性，一般 L 为几十 mH 到几百 H；C 代表晶片的弹性，一般 C 为 0.00020.1PF，非常小；R 代表晶片振动时因摩擦产生的损耗，一般R 约为 100。由上述参数知：L 很大，C 很小，R 小，可见电路的RCLQ值很大，Q 可达641010。从等效电路知，它有两个谐振频率，当LCR支路串联谐振时，因为R 很小，谐振频率为LCfs21当sff时，LCR 支路为电感性，这时 LCR 支路可与电容0C产生并联谐振，谐振频率为：00012121CCfCCCCLLCfSp由于0CC所以pf非常接近sf石英晶体谐振器的电抗频率特性如图示：对某个石英晶体谐振器它的sf是固定的，石英晶体谐振器市面上有产品出售，可以根据需要选不同谐振频率的谐振器。由于晶片的几何形状，尺寸可以做得很精确，所以它的谐振频率非常稳定。(2)石英晶体振荡电路是指用石英晶体谐振器构成的振荡电路并联型石英晶体正弦波振荡电路它是利用石英晶体谐振器工作在sf和pf之间，把石英晶体谐振器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 14 页 -当作电感与电容并联构成电容三点式，电路如图示：ccccccLf000)(21式中2121cccccccc0所以sfLCf210串联型石英晶体振荡电路此是利用石英晶体谐振器工作在sff处，这时X=0，阻抗为 R最小，把石英晶体谐振器串联在正反馈支路中，只有在sff时正反馈最强，形成振荡，电路的振荡频率为：LCffs21电容三点式正弦波振荡电路，由于反馈电压取自电容上，反馈电压中的谐波分量小，因此输出波形好，适用于产生高频(100MHz 以上)信号。石英晶体正弦波振荡电路的振荡频率是由石英晶体谐振器的谐振频率决定的，所以振荡频率非常稳定，0ff可达971010，可用它作为定时标准。因此石英晶体振荡电路适用于要求频率稳定度高的场合。小结1、LC 三点式振荡电路的结构，振荡频率2、石英晶体谐振器及其振荡电路3、LC 振荡电路和石英晶体振荡电路的适用场合名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 14 页 -
