波形发生电路精选文档.ppt

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1、波形发生电路1本讲稿第一页，共七十一页9.1 正弦波振荡电路的分析方法正弦波振荡电路的分析方法9.1.1 产生正弦波振荡的条件产生正弦波振荡的条件放大电路放大电路反馈网络反馈网络+改成正反馈改成正反馈+本讲稿第二页，共七十一页放大电路放大电路反馈网络反馈网络+如果：如果：则去掉则去掉，仍有信号输出。，仍有信号输出。放大电路放大电路反馈网络反馈网络反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。本讲稿第三页，共七十一页放大电路产生自激振荡的条件放大电路产生自激振荡的条件放大电路放大电路反馈网络反馈网络产生自激振荡的条件是产生自激振荡的条件是振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件

2、相位平衡条件本讲稿第四页，共七十一页相位条件相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。可以通过调整放大电路的放大倍数达到。对照第五章中所讨论的负反馈放大电路产生自激对照第五章中所讨论的负反馈放大电路产生自激振荡的条件：振荡的条件：与本节得到的自激振荡条件相比，两者相与本节得到的自激振荡条件相比，两者相差一个负号，这是由于差一个负号，这是由于两者反馈极性不同两者反馈极性不同所致。所致。+-(a)负反馈（相减）负反馈（相减）+(a)正反馈（相加）正反馈（相加）反馈放大电路输入信号和反馈信号的符号关系：反馈放大电路输入信号和反

3、馈信号的符号关系：本讲稿第五页，共七十一页问题问题1：如何起振？如何起振？Uo 是振荡器的电压输出幅度，是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起是要求输出的幅度。起振时振时Uo=0，达到稳定振荡时，达到稳定振荡时Uo=B。放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有种频率的分量，其中也包括有 fo 分量。分量。选频网络：选频网络：把把 fo 分量选出，把其他频率的分量衰减分量选出，把其他频率的分量衰减 掉。这时，只要：掉。这时，只要：，且，且 A+F=2n，即可起振。，即可起振。本讲稿第六页，共七十一页问题问题

4、2：如何稳幅？如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅措施，起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅措施，这时若这时若 仍大于仍大于 1，则输出将会饱和失真。，则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数达到需要的幅值后，将参数调整为调整为 ，即可稳幅。，即可稳幅。起振并能稳定振荡的条件：起振并能稳定振荡的条件：时，时，时，时，时，时，稳幅由电路中的稳幅由电路中的非线性元件非线性元件实现实现本讲稿第七页，共七十一页9.1.2 正弦波振荡的组成和分析步骤正弦波振荡的组成和分析步骤组成：组成：放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅环节放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅环节分析步骤：分析步骤：一、判断

5、能否产生正弦波振荡一、判断能否产生正弦波振荡1.是否具备正弦波振荡的组成部分；是否具备正弦波振荡的组成部分；2.静态工作点是否能保证放大电路正常工作；静态工作点是否能保证放大电路正常工作；3.是否满足自激振荡条件（相位条件和幅度条件）。是否满足自激振荡条件（相位条件和幅度条件）。二、估算振荡频率和起振条件二、估算振荡频率和起振条件振荡频率由相位平衡条件决定，起振条件由幅度条件振荡频率由相位平衡条件决定，起振条件由幅度条件 决定。决定。本讲稿第八页，共七十一页9.2 RC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.2.1 RC 串并联网络振荡电路串并联网络振荡电路+-AR1R2RC1RFC2选频网络选频网

6、络反馈网络反馈网络R1、C1，R2、C2，RF，R 组组成电桥的四个臂成电桥的四个臂文氏电桥文氏电桥电路电路。一、一、RC串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性R1R2C1C2+-+-Z1Z2低频低频时，时，1/C1R1，1/C2R2，此时可将此时可将R1和和1/C2忽略。低频等效电忽略。低频等效电路为：路为：本讲稿第九页，共七十一页R1R2C1C2+-+-Z1Z2低频低频R2C1+-+-高频高频时，时，1/C1R1，1/C21，以便起振；，以便起振；起振后，起振后，uo 逐渐增大，则逐渐增大，则RT 逐渐减小，使得输出逐渐减小，使得输出uo为某值时，为某值时，|AF|=1，从而，从而稳幅。

7、稳幅。本讲稿第十九页，共七十一页+-ARRCCVD1VD2R22R21R1能自行启动的电路能自行启动的电路（2）负反馈系数：负反馈系数：R22 为一小电阻，使为一小电阻，使(R21+R22)略大于略大于2R1，|AF|1，以便起振；，以便起振；随着随着uo 的增加，的增加，R22 逐渐逐渐被短接，被短接，A自动下降到使自动下降到使|AF|=1，使得输出，使得输出uo 稳稳定在某值。定在某值。本讲稿第二十页，共七十一页RFRCCRR1R1R2R2R3R3+-AKKuo四、振荡频率的调节四、振荡频率的调节通过调整通过调整 R 或或 C 来调整频率。来调整频率。K：双联波段开关，：双联波段开关，切换

8、切换R，用于粗，用于粗 调振荡频率。调振荡频率。C：双联可调电容，：双联可调电容，改变改变C，用于细，用于细 调振荡频率。调振荡频率。本讲稿第二十一页，共七十一页RF1R1CC+-A+uoRF2D1D2 RR21R22R23R24R25R26R27R28电子琴的振荡电路：电子琴的振荡电路：本讲稿第二十二页，共七十一页例例：一台由文氏电桥振荡电路组成的正弦波信号发生器，采用如图方法：一台由文氏电桥振荡电路组成的正弦波信号发生器，采用如图方法调节输出频率。切换不同的电容作为频率粗调，调节同轴电位器作为细调节输出频率。切换不同的电容作为频率粗调，调节同轴电位器作为细调。已知调。已知C1、C2、C3、

9、分别为、分别为0.25 F、0.025 F、0.0025 F，固定，固定电阻电阻R=3k，电位器，电位器RW=30k。试估算该仪器三挡频率的调节范围。试估算该仪器三挡频率的调节范围。RWRRWRC1C2C3C1C2C3解解：(1)在低频挡，在低频挡，C=0.25 F，当电位器调至最大时，当电位器调至最大时，R+RW=(3+30)k=33k 当电位器调至零时，当电位器调至零时，R+RW=3k 本讲稿第二十三页，共七十一页(2)在中频挡，在中频挡，C=0.025 F。当电位器调至最大时，。当电位器调至最大时，当电位器调至零时，当电位器调至零时，(3)在高频挡，在高频挡，C=0.0025 F。当电位

10、器调至最大时，。当电位器调至最大时，当电位器调至零时，当电位器调至零时，本讲稿第二十四页，共七十一页该仪器三挡频率的调节范围是：该仪器三挡频率的调节范围是：19Hz212Hz，190Hz2.12kHz，1.9kHz21.2kHz，三挡频率均在音频范围内，且三挡之间互相有一部分覆三挡频率均在音频范围内，且三挡之间互相有一部分覆盖，故能在盖，故能在19Hz21.2kHz的全部范频率围内连续可的全部范频率围内连续可调，是一台频率可调的音频信号发生器。调，是一台频率可调的音频信号发生器。本讲稿第二十五页，共七十一页五五*、用分立元件组成的、用分立元件组成的RC振荡器振荡器RCRC+VCCR1C2C3R

11、3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+ube RC网络正反馈，网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到合适的组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。参数则可产生振荡。本讲稿第二十六页，共七十一页9.2.2*其他形式的其他形式的RC 振荡电路振荡电路一、移相式振荡电路一、移相式振荡电路+-ARRFR1R2C1C2C3反相输入比例电路反相输入比例电路三节三节RC移相电路移相电路放大电路放大电路，采用反相输入，采用反相输入方式，方式，A=180。正反馈网络正反馈网络，采用三节，采用三节RC 移相电路，每节移相电路，每节RC 移相范移相范围为围为090，三节总相移三节总相移0270，

12、故必存在一频率，故必存在一频率，使使移相电路的相移为移相电路的相移为180。即此时即此时 AF=A+F=360，满足振荡相位平衡条件。，满足振荡相位平衡条件。本讲稿第二十七页，共七十一页三节三节RC电路电路的的相频特性相频特性0ff0+90+180+270+-ARRFR1R2C1C2C3通常选通常选C1=C2=C3=C，R1=R2=R，此时，电，此时，电路的振荡频率为：路的振荡频率为：起振条件为：起振条件为：本讲稿第二十八页，共七十一页二、双二、双 T 选频网络振荡电路选频网络振荡电路+-ARRFR3C2CCRR双双 T 选频网络选频网络反相输入比例电路反相输入比例电路R3 略小于略小于R/2

13、，此时电，此时电路的振荡频率为：路的振荡频率为：当当 f=f0 时，双时，双 T 网络的相位移网络的相位移 F=180，而反相输而反相输入比例电路的相位移入比例电路的相位移 F=180，AF=A+F=360，满足振荡相位平衡条件。满足振荡相位平衡条件。放大电路的放大倍数必须足够大，以满足放大电路的放大倍数必须足够大，以满足三种三种RC振荡电路的比较（课本表振荡电路的比较（课本表8-1）本讲稿第二十九页，共七十一页LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分立

14、元件组成放大电路。本节只对立元件组成放大电路。本节只对 LC振荡电路做一简单振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。介绍，重点掌握相位条件的判别。9.3*LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路首先介绍首先介绍 LC 选频网络的特性。选频网络的特性。本讲稿第三十页，共七十一页9.3.1 LC 并联电路的特征并联电路的特征CLR+-Z电路的复数导纳为：电路的复数导纳为：当回路导纳的虚部等于当回路导纳的虚部等于0时，回路呈现纯电阻，回路电时，回路呈现纯电阻，回路电流与电压同相，电路发生并联谐振。谐振角频率为流与电压同相，电路发生并联谐振。谐振角频率为 0，则：，则：本讲稿第三十一页，共七十一页令令

15、谐振回路的品质因数谐振回路的品质因数则则当当Q1 时，时，当当LC回路发生并联谐振时，回路发生并联谐振时，本讲稿第三十二页，共七十一页LC并联回路阻抗的一般表达式并联回路阻抗的一般表达式在谐振频率附近，在谐振频率附近，即当即当 0 时，时，本讲稿第三十三页，共七十一页不同不同Q值时值时LC并联回路的幅频特并联回路的幅频特性和相频特性（性和相频特性（Q1Q2）：Q1Q2 0Z 0 Z+90-90 Q1Q2感性感性容性容性纯阻纯阻(1)LC并联回路具有选频特性；并联回路具有选频特性；(2)谐振频率谐振频率 f0 的数值与电路参数的数值与电路参数有关；有关；(3)Q值越大，选频特性越好，谐振值越大，

16、选频特性越好，谐振时的阻抗值时的阻抗值Z0也越大。也越大。本讲稿第三十四页，共七十一页CLR+-Z谐振时回路中的电流谐振时回路中的电流谐振时电容中电流的幅值：谐振时电容中电流的幅值：LC并联回路的输入电流为：并联回路的输入电流为：即即当当Q1时时谐振时回路电流比总电流大的多，外界谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！对谐振回路的影响可以忽略！本讲稿第三十五页，共七十一页例例1：LC并联谐振电路中并联谐振电路中,L=1mH,C=0.1 F,R=10，U=1V。求。求谐振时的谐振时的 f0、I0、IC、IL。=15924 Hz=1000 I0=U/Z0=1/1000=1 mA

17、IC=U/ZC=10 mA1 CZC=100 IL=U/ZLR=9.95 mA结论结论:并联谐振电路中并联谐振电路中 IC IL I0谐振信号谐振信号通过互感通过互感线圈引出线圈引出CRUI0ICILL本讲稿第三十六页，共七十一页互感线圈的极性判别互感线圈的极性判别1234磁棒磁棒初级线圈初级线圈次级线圈次级线圈同极性端同极性端1234+本讲稿第三十七页，共七十一页+例例1：正反馈正反馈+VCCCC1C2频率由频率由LC谐振网络决定。谐振网络决定。9.3.2 LC正弦波振荡器举例正弦波振荡器举例振荡频率振荡频率:判断是否是正反馈判断是否是正反馈:用用瞬时极性法瞬时极性法判断判断(1)利用晶体管

18、共射极利用晶体管共射极放大器集电极电位放大器集电极电位变化与基极反相，变化与基极反相，发射极与基极同相；发射极与基极同相；(2)利用互感线圈的同利用互感线圈的同极性端电位变化相极性端电位变化相位相同。位相同。本讲稿第三十八页，共七十一页例例2：正反馈正反馈+VCCCC1L1L2C2uL1uL2uC设设uB uC uD uB uL2 ube uL1 D瞬时极性法判断：瞬时极性法判断：+反相反相+正反馈正反馈振荡频率由振荡频率由C、L1、L2谐谐振网络决定。振网络决定。(L+L+2M)Cfp21012M为两线为两线圈的互感圈的互感本讲稿第三十九页，共七十一页例例3：正反馈正反馈设设uB uC uC

19、1 uC2 uB 频率由频率由 L、C1、C2 组成的谐振网络决定。组成的谐振网络决定。+VCCC1LC2ABC+uLuC1 uC1减小时，减小时，uC2如何变化？如何变化？设设L、C1、C2 组成的谐振网组成的谐振网络中的电流为络中的电流为i，则，则 ii本讲稿第四十页，共七十一页+VCCC1C1LC2+反相反相例例3：瞬时极性法判断：瞬时极性法判断：正反馈正反馈振荡频率振荡频率:其中：其中：本讲稿第四十一页，共七十一页例例4：正反馈正反馈+VCCC1C2设设uB uC uE ube uA AECBube uC1 用瞬时极性法判断：用瞬时极性法判断：ube+ube增加增加正反馈正反馈频率由频

20、率由 L、C1、C2 组成的谐振网络决定。组成的谐振网络决定。本讲稿第四十二页，共七十一页9.4*石英晶体振荡器石英晶体振荡器Q 越大，越大，LC 振荡电路的幅频特性曲线越尖锐，振荡电路的幅频特性曲线越尖锐，选频特性越好；相频特性在选频特性越好；相频特性在 f0 附近也越陡，频率的附近也越陡，频率的稳定度越高。稳定度越高。石英晶体的石英晶体的 Q 值高，选频特性好，频率稳定高值高，选频特性好，频率稳定高本讲稿第四十三页，共七十一页 9.4.1 石英晶体的基本特性和等效电路石英晶体的基本特性和等效电路一、基本特性一、基本特性压电效应、压电谐振，固有频率（谐振频率）压电效应、压电谐振，固有频率（谐

21、振频率）二、等效电路二、等效电路C0CLR静电电容静电电容C0等效电感等效电感L：表示机械振动的惯性：表示机械振动的惯性等效电容等效电容C：表示晶片的弹性：表示晶片的弹性串联谐振频率：串联谐振频率：并联谐振频率：并联谐振频率：本讲稿第四十四页，共七十一页石英晶体的电抗石英晶体的电抗-频率特性：频率特性：Xf0fsfp容性容性感感性性容性容性 9.4.1 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路一、并联型一、并联型+VCCC2C1CERERB1RB2RC本讲稿第四十五页，共七十一页振荡频率：振荡频率：+VCCC2C1CERERB1RB2RC此时晶体呈感性此时晶体呈感性本讲稿第四十六页，共七十一页二、串联

22、型二、串联型RE1RB1RB2RC+VCCC1RE2R本讲稿第四十七页，共七十一页一、电路结构一、电路结构上下门限电平：上下门限电平：下行的迟滞比较器，下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输输出经积分电路再输入到此比较器的反相入到此比较器的反相输入端。输入端。+RR1R2C+ucuo9.5 非正弦波形发生电路非正弦波形发生电路 9.5.1 矩形波发生电路矩形波发生电路本讲稿第四十八页，共七十一页二、工作原理二、工作原理1.设设 uo=+UOM此时，输出给此时，输出给C 充电充电!则：则：u+=UH0tuoUOM-UOMU+HuC0t一旦一旦 uC UH,就有就有 u-u+,在在 uC UH 时，

23、时，u-u+,uo 保持保持+UOM 不变；不变；uo 立即由立即由UOM 变成变成UOM +RR1R2C+ucuo本讲稿第四十九页，共七十一页此时，此时，C 经输出端放电。经输出端放电。2.当当uo =-UOM 时，时，u+=ULuC降到降到UL时，时，uo上翻。上翻。UHuCtUL当当uo 重新回到重新回到UOM 以后，电路又进入另一个以后，电路又进入另一个周期性的变化。周期性的变化。+RR1R2C+ucuo本讲稿第五十页，共七十一页0UHuCtULUOMuo0t-UOMT输出波形：输出波形：+RR1R2C+ucuo本讲稿第五十一页，共七十一页RC电路：电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频

24、率。起反馈和延迟作用，获得一定的频率。下行迟滞比较器：下行迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。起开关作用，实现高低电平的转换。+RR1R2C+ucuo矩形波发生器各部分的作用：矩形波发生器各部分的作用：本讲稿第五十二页，共七十一页三、周期与频率的计算三、周期与频率的计算f=1/TuC上升阶段表示式上升阶段表示式:uC下降阶段表示式下降阶段表示式:uC0UHtULT1T2本讲稿第五十三页，共七十一页矩形波发生器电路的改进：矩形波发生器电路的改进：+RR1R2C+ucuo+RR1R2C+ucuo UZ本讲稿第五十四页，共七十一页思考题：思考题：点点 b 是电位器是电位器 RW 的中点，点的

25、中点，点 a 和点和点 c 是是 b 的上方和下方的某点的上方和下方的某点 。试定性画出点电位器。试定性画出点电位器可动端分别处于可动端分别处于 a、b、c 三点时的三点时的 uo-uC 相对应的波形图。相对应的波形图。-+RWR1R2CucuoD1D2abc占空比可调的矩占空比可调的矩形波发生电路形波发生电路本讲稿第五十五页，共七十一页反向积分电路反向积分电路方波发生器方波发生器电路一：电路一：方波发生器方波发生器 矩形波矩形波积分电路积分电路三角波三角波9.5.2 三角波发生器三角波发生器+RR1R2C+uc-+RR2Cuo此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能此电路要求前后电路的时间常

26、数配合好，不能让积分器饱和。让积分器饱和。本讲稿第五十六页，共七十一页+RR1R2C+uc-+RR2Cuouo1uo三角波的周期由方波发生器确定，其幅值也由周三角波的周期由方波发生器确定，其幅值也由周期期T和参数和参数R、C决定。决定。0uo1tUom-Uom本讲稿第五十七页，共七十一页电路二：电路二：电路一的改型电路一的改型+A1A2uouo1R02R01RCR2R1反向积分电路反向积分电路上行迟滞上行迟滞比较器比较器特点：特点：由由上行的迟滞比较器上行的迟滞比较器和和反相积分器反相积分器级联构成，迟滞级联构成，迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的比较器的输出作为反相积分器的输

27、入，反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入。输出又作为迟滞比较器的输入。本讲稿第五十八页，共七十一页+uoRR2R1ui上行的迟滞比较器上行的迟滞比较器回顾回顾:上下门限电平：上下门限电平：uoui0Uom-UomULUH本讲稿第五十九页，共七十一页回顾回顾:反相积分器反相积分器ui-+RR2Cuoui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uom本讲稿第六十页，共七十一页+A1A2uouo1R02R01RCR2R100uo1tUOMUOMuotUHUL本讲稿第六十一页，共七十一页周期和频率的计算：周期和频率的计算：tuoUHULT+A1A2uouo1R02R01RCR2R1T1T2本讲稿第六十二页

28、，共七十一页电路三：电路三：是电路二的改型电路是电路二的改型电路调整电位器调整电位器 RW 可以使三角波上下移动。可以使三角波上下移动。即给纯交流的三角波叠加了一个直流分量。即给纯交流的三角波叠加了一个直流分量。+E-ERW+A1A2uouo1R02R01RCR2R1本讲稿第六十三页，共七十一页tuoT1T2-+R2R1+RR2CuoR+T1 时间段，电容时间段，电容 C 通过通过 R 放电放电T2 时间段，电容时间段，电容 C 通过通过 R 充电充电充放电的充放电的 时间时间T1、T2可可通过通过 R、R调整。调整。当当R=0时，则为锯齿波发生器。时，则为锯齿波发生器。电路四：电路四：是电路

29、二的改进电路是电路二的改进电路uo1被嵌位被嵌位于于Uz本讲稿第六十四页，共七十一页9.5.3 锯齿波发生电路锯齿波发生电路uot-+R2R1+R4CuoR+R3改变三角波发生器中积分改变三角波发生器中积分电路的充放电时间常数，使放电路的充放电时间常数，使放电的时间常数为电的时间常数为0，即把三角，即把三角波发生器转换成了锯齿波发波发生器转换成了锯齿波发生器。生器。uct本讲稿第六十五页，共七十一页-+R2R1+R4CuoR+R3本讲稿第六十六页，共七十一页压频转换压频转换|ui|UZ+R2R1ui-+R3CuoRA1A2uo1D1D2把锯齿波发生器积分电路的充电电压由把锯齿波发生器积分电路的

30、充电电压由uo1变为变为ui，则锯齿，则锯齿波发生器转变为压频转换电路。即输出波发生器转变为压频转换电路。即输出uo的频率由输入的频率由输入电压电压ui的大小决定。的大小决定。本讲稿第六十七页，共七十一页设设 uo1=+UZ，则，则D2截止，截止，D1导通，导通，ui 给电容给电容C充电，充电，uo下降，当下降，当uo下降下降到到U+L时时uo1翻转到翻转到-UZ，这时，这时，D1截截止，止，D2导通，电容导通，电容C快速放电，快速放电，uo上上升，当升，当uo上升到上升到U+H时时uo1翻转到翻转到+UZ。如此周期变化。如此周期变化。uo为锯齿波。为锯齿波。工作原理：工作原理：+R2R1ui

31、-+R3CuoRA1A2uo1D1D2uctucUHULuotULUH本讲稿第六十八页，共七十一页+R2R1ui-+R3CuoRA1A2uo1D1D2由电路的工作情况可知：由电路的工作情况可知：改变电压改变电压uiuo的频率变化的频率变化充电电压变化充电电压变化因此，称该电路为因此，称该电路为压压频转换电路频转换电路。tucUHUL充电时间变化充电时间变化本讲稿第六十九页，共七十一页+R2R1ui-+R3CuoRA1A2uo1D1D2由工作原理可知，由工作原理可知，uo在在U+L、U+H之间变化：之间变化：本讲稿第七十页，共七十一页第九章第九章 结束结束模拟电子技术基础模拟电子技术基础本讲稿第七十一页，共七十一页