模拟电子技术第8章信号发生器.ppt

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1、上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础8 信号发生器信号发生器 发生器发生器按产生的波形特点可分为按产生的波形特点可分为正弦波信号发生器正弦波信号发生器非正弦波信号发生器非正弦波信号发生器上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 正弦波自激振荡的基本原理正弦波自激振荡的基本原理 正弦波信号发生器正弦波信号发生器 正弦波信号发生器是按照自激振荡原理构成的。正弦波信号发生器是按照自激振荡原理构成的。信号发生器常称为振荡器。信号发生器常称为振荡器。1产生正弦波自激振荡的平衡条件产生正弦波自激振荡的平衡条件 .正正反馈网络反馈网络放大环节放大环节.XoAF.XidXf

2、自自激激振振荡荡原原理方框图理方框图上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础输入输入Xid.反馈反馈Xf=FXo.输出输出Xo=AXid.放大环节放大环节 A正正反馈网络反馈网络 F如果如果Xf=Xid.可在输出端继续维持原有的输出信号可在输出端继续维持原有的输出信号正反馈正反馈工作原理工作原理上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础由由.及及知电路产生自激振荡的平衡条件为知电路产生自激振荡的平衡条件为 输入输入Xid.反馈反馈Xf=FXo.输出输出Xo=AXid.放大环节放大环节 A正正反馈网络反馈网络 F如果如果Xf=Xid.上页上页下页下页后退后退模拟电子

3、技术基础模拟电子技术基础（1）幅度平衡条件幅度平衡条件 （2）相位平衡条件相位平衡条件 上式可分解为上式可分解为 式式中中上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础一个振荡器，只在振荡频率一个振荡器，只在振荡频率f0时时满足相位平衡的条件。满足相位平衡的条件。平衡条件讨论平衡条件讨论a.相位平衡条件相位平衡条件在电路中应包含选频网络在电路中应包含选频网络放大环节放大环节 A正正反馈网络反馈网络 F.Xf.Xid.Xo上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础若若 则电路减幅振荡，最后停振荡。则电路减幅振荡，最后停振荡。若若 ，电路增幅振荡。，电路增幅振荡。b.幅度平

4、衡条件幅度平衡条件AF=1维持等幅振荡的唯一条件维持等幅振荡的唯一条件放大环节放大环节 A正正反馈网络反馈网络 F.Xf.Xid.Xo上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2振荡的建立与稳定振荡的建立与稳定 振荡电路的起振条件振荡电路的起振条件AF 1AF 1放大电路中还应包含稳幅环节放大电路中还应包含稳幅环节 AF=1只能只能维持振荡，但不能建立振荡维持振荡，但不能建立振荡AF 1将使输出幅值越来越大，出现非线性失真。将使输出幅值越来越大，出现非线性失真。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础A反馈特性反馈特性幅度特性幅度特性F太小太小自激振荡电路的建立过

5、程（自激振荡电路的建立过程（线性反馈）线性反馈）上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础幅度特性幅度特性B幅度特性幅度特性非线性反馈非线性反馈非线性反馈非线性反馈上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础AF=1AF 1起振起振维持振荡维持振荡自激振荡电路的建立过程自激振荡电路的建立过程上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础3正弦波信号发生器组成正弦波信号发生器组成放大环节放大环节正反馈网络正反馈网络选频网络选频网络稳幅环节稳幅环节组成组成4.正弦波信号发生器的分类正弦波信号发生器的分类 根据选频网络所用元件分根据选频网络所用元件分RC型振荡器型

6、振荡器LC型振荡器型振荡器晶体振荡器晶体振荡器上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器文氏电桥振荡电路文氏电桥振荡电路移相式振荡电路移相式振荡电路主要类型主要类型双双T网络式振荡电路网络式振荡电路选频网络选频网络反馈网络反馈网络放大电路放大电路 RC型正弦波信号发生器型正弦波信号发生器UoRRCCAR1R2+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2RC串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性图中图中选频网络选频网络选频网络选频网络Z1Z2RRCCUoUf+UoRRCCAR1R2+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术

7、基础反馈系数反馈系数Z1Z2RRCCUoUf+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础令令由此可得由此可得 F 的幅频特性与相频特性的幅频特性与相频特性即即上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础幅频特性幅频特性当当 0 0时，时，F0当当 时时,F0 0当当=0 0时时,F=Fmax=1/3f031/Ff0幅频特性曲线幅频特性曲线上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础相频特性相频特性当当 0 0时，时，F 90 当当 时时,F 90 当当=0 0时时,F 0 0 ff0相相频频特特性性曲曲线线f031/Ff0幅幅频频特特性性曲曲线线 F=0，

8、且，且反馈最强反馈最强可见，当可见，当=0 0时时上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础3工作原理工作原理 （1）当）当f=时时（3）振荡频率）振荡频率与与同相位同相位UoUf 的幅值最大的幅值最大Uf=/3UoUf即即（2）当）当 时，时，满足振荡条件满足振荡条件UoRRCCAR1R2+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础4稳幅措施稳幅措施 RRCCARWD1D2R1Uo+(1)利用二极管稳幅利用二极管稳幅上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础Rt为负温度系数的热敏电阻为负温度系数的热敏电阻RRCCARWUoRt+（2）利用非线性热敏电

9、阻稳幅利用非线性热敏电阻稳幅上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础a.用用LC并联谐振回路作为选频网络。并联谐振回路作为选频网络。LC型正弦波信号发生器型正弦波信号发生器b.主要用来产生主要用来产生1MHZ以上的高频信号。以上的高频信号。主要特点主要特点:c.频率稳定性好。频率稳定性好。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础按照反馈方式按照反馈方式变压器反馈式变压器反馈式电感三点式电感三点式电容三点式电容三点式LC型正弦波信号发生器类型型正弦波信号发生器类型上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1LC并联谐振回路并联谐振回路RCLZ+0|Z

10、|ff00 ff0Q大大Q小小Q大大Q小小阻抗频率特性阻抗频率特性相频特性相频特性上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1)谐振频率谐振频率 (2)谐振时的等值电阻谐振时的等值电阻R0(3)电路的品质因数电路的品质因数RCLZ+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2选频放大电路选频放大电路 当当f=f0（LC并联谐振频率）时并联谐振频率）时（1）输出电压幅值最大。输出电压幅值最大。（2）输出与输入电压反相。输出与输入电压反相。工作原理工作原理放大电路只对谐振频率放大电路只对谐振频率f0的信号有放大作用的信号有放大作用LC并联谐振电路并联谐振电路C+LT+

11、上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础3变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路 +T+N1N2N3上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础正反馈的判断正反馈的判断(1)相位条件相位条件判断的方法判断的方法瞬时极性法瞬时极性法判断的步骤判断的步骤b.断开反馈回路断开反馈回路a.假设谐振回路假设谐振回路发生谐振发生谐振+T+N1N2N3上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础c.加入瞬时极性加入瞬时极性为为 输入电压输入电压Ui+T+N1N2N3Uo Uid.输出电压输出电压Uo极性为极性为上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术

12、基础Uf e.反馈反馈电压电压极极性性Uf为为 f.判断是否满足相判断是否满足相位平衡条件位平衡条件构成正反馈构成正反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件+T+N1N2N3Uo Ui上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（2）起振条件起振条件因为因为合合理理地地选选择择电电路路参参数数，及及变变 压压 器器 的的 变变 比比，可可 使使AF1,满足起振条件满足起振条件。+T+N1N2N3上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)振荡频率振荡频率LL(4)电路的特点电路的特点a.调节调节N2方便，起振容易。方便，起振容易。+T+N1N2N3上页上页下页下页后退

13、后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础g.受受变变压压器器分分布布参参数数的的限限制制，振振荡荡频频率率不不能能很很高。高。b.振荡频率高振荡频率高c.电路的品质因数电路的品质因数高高e.频率稳定性高频率稳定性高d.输出波形好输出波形好f.体积、重量大体积、重量大+T+N1N2N3上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础4电感三点式正弦振荡电路电感三点式正弦振荡电路 C+T+N2N1L1L2上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础TL1RB1/RB2L2C振荡电路的交流通路振荡电路的交流通路C+T+N2N1L1L2上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技

14、术基础TL1L2C忽略忽略RB1/RB2简化的的交流通路简化的的交流通路TL1RB1/RB2L2C上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1)相位平衡条件的判断相位平衡条件的判断b.断开反馈回路断开反馈回路a.假设谐振回路假设谐振回路发生谐振发生谐振TL1L2C上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 UiUo相量图相量图Uod.输出电压输出电压Uo极性为极性为c.加入瞬时极性加入瞬时极性为为 输入电压输入电压UiTL1L2C上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础UiUo相量图相量图ICLUff.电压电压Uf超前超前ICL90ICLUfUf与

15、与Ui同相同相，满足相位平衡条件满足相位平衡条件 UoTe.电流电流ICL超超前前Uo90L1L2C上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础TL1L2CUoICLUf(2)幅度条件幅度条件Uf来自来自L2，改变电感中间抽改变电感中间抽头位置，调整反馈强弱，头位置，调整反馈强弱，容易容易满足幅度条件。满足幅度条件。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础M为线圈为线圈L1与与L2之间的互感之间的互感 (3)谐振频率谐振频率式中式中TL1L2C上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(4)电路特点电路特点a.线线圈圈的的三三个个端端子子分分别别与与T

16、的的三三个个电电极极B、C、E相相连连接接，故故称称之之为为电电感感三三点点式式振振荡荡电电路。路。b.容易起振。容易起振。c.输出波形中含有高次谐波，波形较差。输出波形中含有高次谐波，波形较差。UfTL1L2C上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（5）电容三点式正弦波振荡电路电容三点式正弦波振荡电路 +T+L上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础+T+LTL交流通路交流通路上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础TL简化的交流通路简化的交流通路TL上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础b.断开反馈回路断开反馈回路a.假设

17、谐振回路假设谐振回路发生谐振发生谐振(1)相位平衡条件的判断相位平衡条件的判断TL上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础c.加入瞬时极性加入瞬时极性为为 输入电压输入电压Ui 相量图相量图UiUoTLUod.输出电压输出电压 Uo极性为极性为上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础UiUoICLILCf.电压电压Uf滞后滞后ICL90UfUf与与Uf同相同相，满足相位平衡条件满足相位平衡条件e.电流电流ILC滞滞后后Uo90相量图相量图Uf TLUo上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)幅度条件幅度条件Uf来自来自C2，改变改变C2的大

18、的大小，调整反馈强弱，容小，调整反馈强弱，容易易满足幅度条件。满足幅度条件。UfTL上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)谐振频率谐振频率TL上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(4)电路特点电路特点a.电电容容器器的的三三个个端端子子分分别别与与T的的三三个个电电极极相相连连接接，故故称称之之为电容三点式振荡电路。为电容三点式振荡电路。b.容易起振。容易起振。c.输出波形中高次谐波少，波形好。输出波形中高次谐波少，波形好。d.改变电容改变电容C2时，容易停振。时，容易停振。TL上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础改进的电容三点式

19、振荡电路改进的电容三点式振荡电路谐振频率谐振频率L+T+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.石英晶体的基本特性石英晶体的基本特性（1）各向异性各向异性（2）具有具有压电效应压电效应 在晶片的两侧施加压力，又会产生电场。在晶片的两侧施加压力，又会产生电场。在晶片的两面之间加电场，就会产生机械变形。在晶片的两面之间加电场，就会产生机械变形。晶体振荡器晶体振荡器压电效应：压电效应：上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 当当交交变变电电压压的的频频率率等等于于晶晶片片的的固固有有机机械械振振动动频频率率时，振幅急剧增加，这种现象称为压电谐振。时，振幅急剧增加

20、，这种现象称为压电谐振。当当在在晶晶片片的的两两电电极极之之间间加加交交变变电电压压时时，晶晶片片就就会会产生机械变形振动。产生机械变形振动。压电谐振压电谐振上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础石英晶体谐振器的结构石英晶体谐振器的结构适当地切片适当地切片涂上银层涂上银层涂上银层涂上银层引出两个电极引出两个电极引出两个电极引出两个电极加装上外壳加装上外壳上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础电路符号电路符号上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（2）等效电路和谐振频率等效电路和谐振频率R 等效晶片振动时内部的摩擦损耗等效晶片振动时内部的摩擦

21、损耗等效电路等效电路C0 两金属电极间构成的静电电容两金属电极间构成的静电电容L 等效晶片振动时的惯性等效晶片振动时的惯性C 等效晶片振动时的弹性等效晶片振动时的弹性RCLC0上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础电路特点：电路特点：a.L很大，很大，C和和R很小很小b.Q很高，很高，达达104106c.频率稳定度（频率稳定度（f/f0）很高。）很高。三种振荡电路的频率稳定度：三种振荡电路的频率稳定度：RC振荡振荡器：器：10-2LC振荡振荡:10-3 10-4石英晶体振荡：石英晶体振荡：10-910-11RCLC0上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础当忽

22、略当忽略R时，电抗时，电抗XRCLC0X上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础串联谐振频率串联谐振频率 当当ffs时，时，Xfs时，时，X0,电路呈感性电路呈感性a.当当1-2LC=0时时，X=0电路发生串联谐振电路发生串联谐振RCLC0X上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础并联谐振频率并联谐振频率RCLC0XX=b.当当j (C0+CLCC0)=0时，时，电路发生并联谐振电路发生并联谐振上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础由于由于CC0故故RCLC0X上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础电抗电抗频率特性频率特性fX

23、0感感性性容容性性fsfp当当时，时，当当时，时，由式由式知知RCLC0X上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础a.当当 fsffp 时，电路呈感性。时，电路呈感性。b.当当 f fp 时，电路呈容性。时，电路呈容性。可见可见:电抗电抗频率特性频率特性fX0感感性性容容性性fsfp上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 （1）并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器 并并 联联晶体呈感性晶体呈感性谐振频率谐振频率T+C1C2RCRE+VCCRB1RB2CB上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础交流等效电路交流等效电

24、路CTRLREC1C2C0RCT+C1C2RCRE+VCCRB1RB2CB上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础谐振频率谐振频率式中式中由于由于故故CTRLREC1C2C0RC上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（2）串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器谐振频率谐振频率CBC+R+T1T2RE2RC1RB1RB2uo+VCCRE1+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础思思 考考 题题1.如如果果在在正正弦弦波波发发生生器器中中，没没有有选选频频网网络络或或稳稳幅幅环环节节，那么电路将会出现什么情况？那么电路将会出现什么情况？2.电电容容三三

25、点点式式和和电电感感三三点点式式正正弦弦波波振振荡荡电电路路相相比比，哪哪个电路输出的波形更好，为什么？个电路输出的波形更好，为什么？上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 非正弦信号发生器非正弦信号发生器主要特点主要特点：振振荡荡条条件件比比较较简简单单，只只要要反反馈馈信信号号能能使使比比较较电电路路状态发生变化，即能产生周期性的振荡。状态发生变化，即能产生周期性的振荡。非正弦信号发生器的主要组成：非正弦信号发生器的主要组成：（1）具有开关特性的器件（如）具有开关特性的器件（如电压比较器等）电压比较器等）（2）反馈网络反馈网络（3）延时环节延时环节（4）积分电路（在三角波

26、、锯齿波发生电路中）积分电路（在三角波、锯齿波发生电路中）上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 方波发生器方波发生器 1.电路组成电路组成RAURCR1R2R3uOUZDZu+uuc+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础延迟延迟环节环节迟滞比迟滞比较器较器RAURCR1R2R3uOUZDZu+uuc+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2 工作原理工作原理设设t=0 时时uC(0)=0 uO=+Uz则则=+FUzRAURCR1R2R3uOUZDZu+uuc+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础uC按指数规律上升按指

27、数规律上升a.当当t0时时电容电容C充电充电uOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZicuO、uC波波形图形图 uO=+UzRAURCR1R2R3uOUZDZu+uuc+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础b.当当uC=FUZ 时时uOuCUR=-FUz uO=-Uz-FUZ+FUZ0tuO,uC+UZ-UZuO、uC波波形图形图icRAURCR1R2R3uOUZDZu+uuc+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础c.当当uO=-Uz时时UR=-FUzuOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZuO、uC波波形图形图uC按指数规律下降按指

28、数规律下降电容电容C放电放电icRAURCR1R2R3uOUZDZu+uuc+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础d.当当uC=-FUZ 时时uOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZuO、uC波波形图形图UR=FUz uO=UzicRAURCR1R2R3uOUZDZu+uuc+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础e.当当uO=+Uz时时UR=FUzuOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZuO、uC波波形图形图uC又按指数规律上升又按指数规律上升电容电容C又充电又充电icRAURCR1R2R3uOUZDZu+uuc+上页上页下页下页后退

29、后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础uOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZuO、uC波波形图形图uO为方波为方波icRAURCR1R2R3uOUZDZu+uuc+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础根据三要素法根据三要素法2.主要参数计算主要参数计算 如果选定时间起点为如果选定时间起点为t2，那么，那么电容两端电压的变化规律电容两端电压的变化规律t0uOuCt1t2+UZ-UZ+FUZ-FUZ上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础由此得电路的振荡周期由此得电路的振荡周期当当 t=T/2 时时即即t0uOuCt1t2+UZ-UZ+FUZ-FUZ上

30、页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础振荡频率：振荡频率：如果将方波信号发生器中的电容如果将方波信号发生器中的电容C的充电的充电和放电回路分开和放电回路分开,使充电和放电的时间常数不使充电和放电的时间常数不相等，便可获得矩形波信号。相等，便可获得矩形波信号。如何获得矩形波信号？如何获得矩形波信号？上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础AURCR1R2R3uOUZDZu+uuc+R+R-D1D2矩形波发生器矩形波发生器上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 三角波和锯齿波发生器三角波和锯齿波发生器1电路组成电路组成迟滞比较器迟滞比较器积分器积分

31、器uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础图中图中2工作原理工作原理 uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1)当当 时时输出电压输出电压电容电容 C充电充电uO随时间线性下降随时间线性下降设设uC(0-)=0波形图波形图tuO,uO10uO1uOUZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)当当 时时令令得得波形图波形图tuO,uO10uO1uOUZ-UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+上页上页下页下页

32、后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)当当 uB0时时电容电容 器放电器放电输出电压输出电压uO随时间线性上升随时间线性上升-UZ波形图波形图tuO,uO10uO1uOUZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础令令(4)当当 uB 0时时tuO,uO10uO1uOUZ-UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础uO输出三角波输出三角波uO1输出方波输出方波tuO,uO10uO1uOUZ-UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术

33、基础模拟电子技术基础(1）输出电压幅值输出电压幅值2.主要指标主要指标(a)三角波幅值三角波幅值(b)方波幅值方波幅值tuO,uO10uO1uOUZ-UZ上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（2）振荡频率振荡频率三角波从零上升到三角波从零上升到UOm的时间的时间T/4。由图可知由图可知uO1t+UZ0uO0+Uomt-Uom-UZ而而上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础故电路的振荡周期故电路的振荡周期振荡频率振荡频率上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础t0 0u替代替代R可获得锯齿波可获得锯齿波R+R-D1D2uO1RCA1A2R1R

34、2R3uODZB+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 压控振荡器压控振荡器原理图原理图uO=+UZ时，开关时，开关S接通接通+UuO=-UZ时，开关时，开关S接通接通UuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+-U+US上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1)工作原理工作原理图中图中uO1RCA2A1R1R2R3uODZB+-U+US上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(a)当当 时时U通过通过R向向 C充电充电S 接电源接电源+UuO1随时间线性下降随时间线性下降设设uC(0-)=0+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB

35、+-U+US上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b)当当 uB0 时时电容电容 反向充电反向充电开关开关 S 接接 UuO1随时间线性上升随时间线性上升uO1RCA2A1R1R2R3uODZB+-U+US上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(c)当当 uB 0 时时电容电容 又正向充电又正向充电S又接又接UCuO1又随时间线性下降又随时间线性下降+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+-U+US上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础uO输出方波输出方波uOuO1输出三角波输出三角波C+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZ

36、B+-U+US上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)振荡波形图振荡波形图(3)振荡频率振荡频率tt0 0uO0+UZt1t2-UZuO1t1t2振荡波形图振荡波形图而而由波形图知由波形图知当当时时故故上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础由由得得f0U，实现了电压控制振荡频率的目的，实现了电压控制振荡频率的目的上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础一种压控振荡电路一种压控振荡电路电子模电子模拟开关拟开关UD1RFuO3RRD2uO1RA2A1R1R3uODZ+A3+A4+uO4CR2上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术

37、基础例例1 电电路路如如图图所所示示，图图中中运运放放A和和二二极极管管D1、D2都都是是理理想想器器件件,稳稳压压管管DZ的的稳稳压压值值为为UZ。试试证证明明调调节节电电位位器器RW改变矩形波占空比时，周期改变矩形波占空比时，周期T将保持不变。将保持不变。A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuC练习题练习题上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础解解 由题意，由题意，画出画出uO和和uC的波形图。的波形图。其中其中波形图波形图A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuCT1T2TUZ-UZUF-UFtuOuC0uO，uC上页上页下页下页后退后退模拟电

38、子技术基础模拟电子技术基础当当uO=UZ时，时，uO通过通过D1对电容充电对电容充电当当uO=-UZ时，电容通过时，电容通过D2 放电放电 可见，在改变可见，在改变RW滑动端位置时，滑动端位置时，T保持不变。保持不变。振荡周期振荡周期 为常数为常数 A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuC上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例2 在在图图所所示示矩矩形形波波发发生生电电路路中中，理理想想运运放放的的最最大大输出电压输出电压Uomax=12V，最小的输出电压，最小的输出电压Uomin=0V。uOCA+R4R5100kW W+15V100kW W0.01m mF

39、100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR（a）画出输出电压）画出输出电压uO和电容电压和电容电压uC的波形；的波形；（b）求出）求出uC的最大值和的最大值和最小值最小值;（c）当）当UR的大小超出什的大小超出什么范围时，电路将不再么范围时，电路将不再产生矩形波？产生矩形波？上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础解解（a）方方波波发发生生器器的的输输出出电电压压只只有有高高、低低两两种种电电平平，电电容容C随随输输出出电电压压的的极极性性进进行行充充电电或或放放电电。当当uC大大于于运运放放同同相端电位相端电位u+时，输出为低电平；反之，输出为高电平。时

40、，输出为低电平；反之，输出为高电平。uOCA+R4R5100kW W+15V100kW Wm mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础t015012uO/VuC/Vt输出电压输出电压uO和电容和电容电压电压uC的波形图的波形图uOCA+R4R5100kW W+15V100kW W0.01m mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（b）由图可知，运放同相）由图可知，运放同相端电位的最大值和最小值，端电位的最大值和最小值，即为即为

41、uC的最大值和最小值。的最大值和最小值。对于运放同相端，由对于运放同相端，由KCL得得当当时时当当时时uOCA+R4R5100kW W+15V100kW W0.01m mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（c）如果）如果UcmaxU+mim，电路不能产，电路不能产生方波。生方波。UCmax=UOmax/2=6VUCmim=UOmim/2=0V由图可知由图可知由由知知即当即当UR3U+max-UOmax=6V或或 UR3U+mim-UOmim=0V时时电路不能产生方波电路不能产生方波uOCA+R4R5100k

42、W W+15V100kW W0.01m mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例3 图图示示电电路路为为一一压压控控振振荡荡器器。设设输输入入电电压压0UI6V，运运放放A1、A2为为理理想想器器件件；二二极极管管DV，稳稳压压管管DZ的的稳定电压为稳定电压为6V，它们的其他性能理想。，它们的其他性能理想。+_+_A1A2上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（a）运算放大器）运算放大器A1、A2各组成什么电路？各组成什么电路？（b）画出）画出uo1 和和uo 波形；波形；（c）写出振荡频

43、率）写出振荡频率f0 与输入电压与输入电压uI的函数关系式。的函数关系式。解解（a）A1构构成成反反相相输输入入积积分分电电路路，A2构构成成同同相相输输入入比较电压比较器。比较电压比较器。+_+_A1A2上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（b）当当uO6V时时，二二极极管管D截截止止，电电容容C充充电电，uO1随随时间负向线性增大。时间负向线性增大。当运放当运放A2的同相端电位的同相端电位u2+过零时，比较器翻转，过零时，比较器翻转，uO2=-6V。+_+_A1A2上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础此时，此时，D导通，导通，uO2=0.6V。C迅速

44、放电，迅速放电，uO1快速快速正向增大。正向增大。当当u2+再次过零时，比较器再次翻转，再次过零时，比较器再次翻转，uO2=6V，二极管再次截止。二极管再次截止。如此周而复始，形成周期性振荡。如此周而复始，形成周期性振荡。+_+_A1A2上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础由图可知，运放由图可知，运放A2同相端电位同相端电位令令u2+=0得得+_+_A1A2上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础由式由式知知当当uO6V时，时，uO1-5V，比较器状态翻转。，比较器状态翻转。当当uO时，时，uO1-0.5V，比较器状态翻转。，比较器状态翻转。tt00-5-0.60.56uO1/VT1uO/VTuO1和和uO2的波形的波形上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（c）由由于于二二极极管管的的导导通通电电阻阻很很小小，电电容容放放电电时时间间极极短短，所以，所以，T T1。由于由于tt00-5-0.60.56uO1/VT1uO/VT上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础故故当当 时，电容充电结束，此时时，电容充电结束，此时