模电课件-第6章-波形产生与变换13

1、第六章第六章 信号产生电路信号产生电路6.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 6.1.1 正弦波振荡电路的基本工作原理正弦波振荡电路的基本工作原理 6.1.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 6.1.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路6.2 非正弦信号发生器非正弦信号发生器 6.2.1 矩形波信号发生器矩形波信号发生器 6.2.2 三角波信号发生器三角波信号发生器 6.2.3 锯齿波信号发生器锯齿波信号发生器6.1.1 6.1.1 正弦波振荡电路的基本工作原理正弦波振荡电路的基本工作原理二产生正弦波振荡的条件二产生正弦波振荡的条件 1ofioif UUUUUU 振荡条件振荡条件： 1FA幅值

2、条件：幅值幅值条件：幅值1AFFA相位条件：相位相位条件：相位?,.)2,1,0(2annf UoAoF+ UfUi一组成一组成 正反馈放大器选频网络（正反馈放大器选频网络（RC、LC、晶体）、晶体）UiUf(1) 正反馈足够强正反馈足够强,输入信号为输入信号为 0 时仍有信号输时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。出，这就是产生了自激振荡。(2) 要获得非正弦自激振荡，反馈回路中必须要获得非正弦自激振荡，反馈回路中必须有有RC积分电路。例如：方波发生器、三角积分电路。例如：方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器等。波发生器、锯齿波发生器等。(3) 要获得正弦自激振荡，反馈回路中必须有要获得正

3、弦自激振荡，反馈回路中必须有选频电路。选频电路。三、起振与稳幅三、起振与稳幅问题问题1：如何起振？如何起振？Uo 是振荡器的电压输出幅度。起振时是振荡器的电压输出幅度。起振时Uo=0，达，达到稳定振荡时到稳定振荡时Uo=所需幅值所需幅值B。放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分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，其中也包括有解为各种频率的分量，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，把其他频率的分量分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：衰减掉。这时，只要：|AF|1，且，且 A+ F =2n ，即可起振。即可起振。问题问题2：如何

4、稳幅？如何稳幅？ 起振后，起振后， Uo，若不采取稳幅（，若不采取稳幅（|AF|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，调整达到需要的幅值后，调整AF=1，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：111ooo AFBUAFBUAFBU时时，时时，时时，内稳幅内稳幅利用放大电路自身的非线性稳幅。利用放大电路自身的非线性稳幅。外稳幅外稳幅外接非线性元件组成稳幅电路。外接非线性元件组成稳幅电路。四正弦波振荡器的四正弦波振荡器的分析方法分析方法1、组成 基本环节基本环节放大电路、正反馈网络和选频网络。放大电路、正反馈网络和选频网络。 为稳定输出幅度

5、一般还需加上稳幅环节。为稳定输出幅度一般还需加上稳幅环节。 振荡器有振荡器有 RC振荡器振荡器、LC振荡器振荡器和和石英晶体振荡器石英晶体振荡器。2、 分析方法 (1) 电路是否包含放大电路、正反馈电路和选频网络。电路是否包含放大电路、正反馈电路和选频网络。 (2) 电路是否满足相位平衡条件，估算电路振荡频率。电路是否满足相位平衡条件，估算电路振荡频率。 (3)分析幅度起振条件。分析幅度起振条件。 (4)分析稳幅环节。分析稳幅环节。AoF+ 6.1.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路用用RC 电路构成选频网络电路构成选频网络 RC振荡电路。振荡电路。一、一、RCRC串并联选频电路串并联选频电

6、路)1()1(112211221CRCRjCCRR R1C1R2C2oU fU取：取：R1=R2=R，C1=C2=C，则：，则：1111CjRZ 2221/CjRZ Z1Z2212fZZZUUFo )1(31RCRCjF oF31+90 90 0)1(31RCRCjF 相位条件：相位条件：RCRCRC1010， ）（即即：RCf 210幅值条件：幅值条件：31maxFR1C1R2C2oU fURCf 210 HzRCf15910102121740 1 1、组成、组成例：例：R=10k ，C=0.1 F，则，则 ：二、文氏电桥振荡器二、文氏电桥振荡器 uo_+ + R2RCRCR1（一）运放构成

7、之文氏电桥振荡器（一）运放构成之文氏电桥振荡器 (+)(+)(+)2 2、相位条件及振荡频率、相位条件及振荡频率 谐振频率谐振频率 ：3 3、幅度起振条件、幅度起振条件uo_+ + R2RCRCR10A相位条件要求相位条件要求 fo 处处0F因为：因为：1 AF12R2R 121RRA31112FRRA4 4、稳幅环节、稳幅环节能自行启动的电路能自行启动的电路uoTRtA半导体半导体热敏电阻热敏电阻起振时，起振时，RT略大于略大于2R1，使使|AF|1，以便起振；，以便起振；_+ + RTRCRCR1t uo起振后，起振后，uo逐渐增大逐渐增大则则RT逐渐减小，使得输出逐渐减小，使得输出uo为

8、某值时，为某值时，|AF|=1，从而稳幅。从而稳幅。（二）用分立元件组成的（二）用分立元件组成的RCRC振荡器振荡器RCRC+VCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+RC网络正反馈，网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到合组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。适的参数则可产生振荡。+RCRC+VCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF1. R=8.2K ,C=0.2uF2、若电路、若电路Q正常但不能振荡，原因？如何调整？正常但不能振荡，原因？如何调整？RCf 210 Af太小！太小！Rf调大。调大。3、输出波形严重失真，原因？

9、如何调整？、输出波形严重失真，原因？如何调整？Af太大！太大！Rf调小。调小。63102 . 0102 . 814. 321 Hz97 三、双三、双T正弦波振荡电路正弦波振荡电路RCf 210 1、组成、组成2、相位平衡条件、相位平衡条件 振荡频率振荡频率 3、幅度起振条件、幅度起振条件4、稳幅环节、稳幅环节 uo_+ + CR1R2CR/2RR2CDZ1DZ2适用于固定频率场合，选频特性好。适用于固定频率场合，选频特性好。四、四、RCRC移相式正弦波振荡电路移相式正弦波振荡电路RC移相式振荡电路移相式振荡电路 滞后移相网络滞后移相网络 超前移相网络超前移相网络 优点：结构简单。优点：结构简单

10、。缺点：选频作用较差，输出波形较差。缺点：选频作用较差，输出波形较差。用于频率固定、稳定性要求不高的场合用于频率固定、稳定性要求不高的场合频率范围：几赫到几十千赫。频率范围：几赫到几十千赫。RCR iU oURC iU oUR oUC+-+RCC6.1.3 LC6.1.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 RC 振荡器用于低频（振荡器用于低频（1Hz1MHz ）。）。 振荡频率高于振荡频率高于1MHz时，用时，用LC并联回路作并联回路作为选频网络为选频网络 LC正弦波振荡器。正弦波振荡器。uo_+ + R2RCRCR1RCf 210 LC 振荡电路的选频电路由振荡电路的选频电路由L和和C构成，

11、可以构成，可以产生高频振荡。产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分由于高频运放价格较高，所以一般用分立立元元件组成放大电路。件组成放大电路。LC振荡电路重点掌握相位条件的判别。振荡电路重点掌握相位条件的判别。CLR iUILI1 1、谐振频率、谐振频率 2222)()(1LRLCjLRRLjRCjY LCLR111200 设设=0时，产生并联谐振，时，产生并联谐振，RLQ0 谐振回路的品质因素：谐振回路的品质因素：LC10 当当Q1时时 LCf 210 CLR iUILI何时何时谐振谐振？CLQZ 02 2、输入电流与回路电流的关系、输入电流与回路电流的关系0ZUI.IIILC 当当

12、Q1时时， CLR iUILIiCLjQIII 谐振时回路电流比总电谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！回路的影响可以忽略！.IQIC 0001ZUjQUCjCjUIc 幅频特性幅频特性 相频特性相频特性CLQLQCQRCLZ 000 3 3、选频特性、选频特性 220011 jQZZ在谐振频率附近：在谐振频率附近： CLR iUILI结论：结论：LCf210 (1) (1) 选频特性选频特性: : f=f0处，为纯电阻；处，为纯电阻； 等效阻抗等效阻抗|Z|最大最大(3) Q(3) Q值越大，选频特性越好。值越大，选频特性越好。 相频特性越陡，谐振

13、时的阻相频特性越陡，谐振时的阻抗抗Z Z0 0也越大。也越大。 (2)(2)当当Q1Q1时，谐振频率时，谐振频率CLR iUILI幅频特性幅频特性 相频特性相频特性二、变压器反馈式振荡电路二、变压器反馈式振荡电路LCf 210 1 1、组成、组成2 2、相位条件及、相位条件及 振荡频率振荡频率3 3、幅度起振条件、幅度起振条件(+)(-)(+)+VCCCbRLN2N3N1R2CR1ReUOUiUfTCe变压器反馈式振荡器变压器反馈式振荡器(+) ifUU三、电感反馈式振荡器（哈特莱振荡器三、电感反馈式振荡器（哈特莱振荡器）+(+)+VCCCb(-)N3N1(+)R2CR1ReUOUiUfTCe

14、N2CTUfUcL1L2+Ui电感三点式振荡器及其交流通路电感三点式振荡器及其交流通路（b）交流通路）交流通路（a）振荡电路）振荡电路LCCMLLf 21)2(21210 1 1、组成、组成(1)调节频率方便。采用可变电容，频率调节范围较宽。调节频率方便。采用可变电容，频率调节范围较宽。(2)一般用于产生几十兆赫以下的频率。一般用于产生几十兆赫以下的频率。(3) 输出波形中含有较大的高次谐波，波形较差。输出波形中含有较大的高次谐波，波形较差。通常用于要求不高的设备中，例如高频加热器等。通常用于要求不高的设备中，例如高频加热器等。 3 3、幅度起振条件、幅度起振条件 4 4、电路特点、电路特点

15、2 2、相位条件及振荡、相位条件及振荡频率频率(+)(-)(+)(+)CbL3L1R2CR1ReUOUiUfTCeL2四、电容反馈式振荡器（考毕兹振荡器）四、电容反馈式振荡器（考毕兹振荡器）+(+)+VCCCb(-)Rb1Rb2ReUfUiTCeLTUfUcLC2+Ui电容三点式振荡电路及其交流通路电容三点式振荡电路及其交流通路（b）交流通路）交流通路（a）振荡电路）振荡电路C2C1Rc(+)(-)C1212102121CCCCLLCf (1)(1)输出波形较好输出波形较好(2)(2)振荡频率较高，一般可以达到振荡频率较高，一般可以达到100MHz100MHz以上以上(3)(3)适于产生固定频

16、率的振荡适于产生固定频率的振荡 要改变频率，可在要改变频率，可在L L两端并联一个可变电容两端并联一个可变电容 另外也可采用可调电感来改变频率另外也可采用可调电感来改变频率3 3、电路特点、电路特点(+)(-)(+)(+)+VCCCbRb1Rb2ReUiTCeLC2C1Rc1 1、组成、组成2 2、相位条件及振荡频率、相位条件及振荡频率1、谐振回路的三个引出端与三、谐振回路的三个引出端与三极管的三个电极相连接；极管的三个电极相连接；2、发射极接两个同性质电抗；、发射极接两个同性质电抗；3、集电极与基极接异性质电抗。、集电极与基极接异性质电抗。满足法则必满足相位平衡条件。满足法则必满足相位平衡条

17、件。 C1C2首首端端尾尾端端中中间间端端L电容三点式电容三点式C首首端端尾尾端端中中间间端端L1L2电感三点式电感三点式三点式振荡电路组成法则三点式振荡电路组成法则: :+ 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。例例2：正反馈正反馈频率由频率由C 、 L1 、 L2谐振网络决定。谐振网络决定。+VCCCC1L1L2C2uL1uL2uCD+ 例例3：正反馈正反馈+VCCC1C2AECB+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。+ +LC并联谐振回路谐振时，回路电流远比流入或流出LC回路的电流大得多。因此，电感中间抽

18、头的瞬时电位一定在首、尾两端点的瞬时电位之间，即（1）若电感的中间抽头交流接地，则首端与尾端的信号电压相位相反。（2）若电感的首端或尾端交流接地，则电感其它两个端点的信号电压相位相同。对电容三点式电路也是同样的。可能不能不能可能幅频特性幅频特性 相频特性相频特性6.1.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。1、 频率稳定问题频率稳定问题频率稳定度一般由频率稳定度一般由 衡量衡量0ff 频率偏移量频率偏移量f 0f振荡频率振荡频率LC振荡电路振荡电路 Q 数百数百石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 Q 10000 5000002

19、2、石英晶体的电抗频率特性、石英晶体的电抗频率特性 C0LRC静态电容静态电容晶片弹性晶片弹性摩擦损耗摩擦损耗振动惯性振动惯性（a）符号）符号（b）等效电路）等效电路LCf 21s 串联谐振频率为串联谐振频率为： 0s00p121CCfCCCCLf 并联谐振频率为并联谐振频率为： C0LRCRLC支路支路谐振谐振f ff fs sf fp pX X感性感性容性容性容性容性C UT+ , 就有就有 u- u+ ,在在 uc UT+ 时，时，u- u+ , uo 保持保持 + UZ 不变；不变；uo 立即由立即由UZ 变成变成UZ - - + R A + C R1 R2 R3 uo UZ 此时，此

20、时，C 经输出端放电。经输出端放电。2、当、当uo = -UZ 时，时，u+=UT-uc降到降到UT-时，时，uo上翻上翻。UT+uctUT-当当uo 重新回到重新回到UZ 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。 - - + R A + C R1 R2 R3 uo UZ 0UT+uctUT-UZuo0t- UZT输出波形：输出波形： - - + R A + C R1 R2 R3 uo UZ RC电路：电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。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，实现高低电平的起开关作用，实现高低电平的转换

21、。转换。方波发生器各部分的作用：方波发生器各部分的作用：三、周期与频率的计算三、周期与频率的计算RCtZTZceUUUtu )()(f=1/T)21ln(221RRRCT RCtZTZceUUUtu )()(uc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:uc0UT+tUT-T1T2RCTZTZTeUUUU2)( RCTZTZTeUUUU1)( )21ln(2121RRRCTT ZTTURRRUU211 - - + R A + C R1 R2 R3 uo UZ 思考题：思考题：点点 b 是电位器是电位器 RW 的中点，点的中点，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。试定性画出电位器可动端分别处于出电位器可动端分别处于 a、b、c 三点三点时的时的 uo - uc 相对应的波形图。相对应的波形图。-+RWR1R2CucuoD1D2abcRRWR”WR36.2.2 三角波信号发生器三角波信号发生器+A1A2uouo1R02R01RCR2R1反相积分电路反相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，级联构成，迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入，反相迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入。积分器的输出又作