模块五波形产生电路

1、1 1模块五模块五 波形产生电路波形产生电路【教学聚焦】【教学聚焦】一、知识目标：一、知识目标：1、掌握正弦波振荡电路的振荡条件、RC 串并联及 LC 并联网络的选频特点及组成振荡电路的基本结构；2、掌握正弦振荡频率、 RC 串并联振荡电路阻值的计算；3、了解各类正弦波振荡电路适用频率范围、石英晶体振荡电路特点。 二、技能目标：二、技能目标： 1、会测试RC正弦波振荡器； 2、能计算RC正弦波振荡器的频率。2 2项目项目1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 5.1.1 正弦波振荡电路基础知识正弦波振荡电路基础知识5.1.2 RC串并联正弦波振荡电路串并联正弦波振荡电路 5.1.3 LC正弦波振荡电

2、路正弦波振荡电路 5.1.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 3 35.1.1 正弦波振荡电路的基础知识正弦波振荡电路的基础知识一、振荡条件一、振荡条件微弱的电扰动中，某一频微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。大，则产生正弦振荡。1 uuFA 振幅平衡条件振幅平衡条件2 FAAFn 相位平衡条件相位平衡条件n = 0, 1, 2, 1 uuFAdoXXAofXXFfdXX4 4二、起振条件起振条件起振条件起振条件 ioXXAuofXXFu 2AFn 放大器放大器Au反馈网络反馈网络FuXoXfXi 1/FuAu = 1/FuOuiuoAuuoAu

3、 Fu 1Au Fu 1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf 起振起振稳幅稳幅1 AF 5 5三、振荡电路的组成三、振荡电路的组成1. 放大电路放大电路 Au2. 正反馈网络正反馈网络 Fu3. 选频率网络选频率网络 实现单一频率的振荡实现单一频率的振荡4. 稳幅环节稳幅环节 使振荡稳定、波形好使振荡稳定、波形好满足振荡条件满足振荡条件放大器放大器选频正选频正反馈网络反馈网络XoXfXi选频选频放大器放大器正反馈正反馈网络网络XoXfXi四、振荡电路的分析方法四、振荡电路的分析方法1. 检查电路组成检查电路组成2.“Q”是否合适是否合适3. 用瞬时极性法判

4、断是否满足起振条件用瞬时极性法判断是否满足起振条件6 65.1.2 RC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路)j1/(j1Cj1/12CRCRRUUFu 一、一、RC 串并联网络的频率特性串并联网络的频率特性)1( j31RCRC )( j3100 0 Fu .31 0 f90 90 令令: 0 = 1/RC)( j3100ffff f0 = 1/2 RC7 73/tan001Fffff 200)/(91 ffffFu 当当 f = f0 时：时： 0 Fu .31 0 f90 90 Fu = 1/3. f = 0当当 f f0时：时： Fu 0. f 908 8二、二、 RC 串并联式振荡电路串并

5、联式振荡电路 A = 2n F = 0 n2AF 2. .振荡频率振荡频率RCf 2103. .振荡条件振荡条件21f RR1f2RR Rf 不能太大，否则不能太大，否则正弦波将变成方波正弦波将变成方波应使：应使：同相同相放大器放大器1 uuFA 31 F3 A1. .电路组成电路组成8CR1RfRiUoUCRfU9 94. .稳幅措施稳幅措施(1) 热敏电阻稳幅热敏电阻稳幅8CR1RfRiUoUCRfU为使为使 Au 为非线性，起振时，应使为非线性，起振时，应使 Au 3，稳幅后，稳幅后 Au = 3。正温度系数正温度系数负温度系数负温度系数 )/1(1fuffRRART10 10(2) 二

6、极管稳幅二极管稳幅3d54f/1RrRRAu 正负半周总有一只二极管导通。正负半周总有一只二极管导通。起振时信号小，二极管正向电阻起振时信号小，二极管正向电阻 rd大，大，Auf大易起振；大易起振；电压幅值增加，电流增大，电压幅值增加，电流增大， rd减小，减小，Auf下降，自动稳幅。下降，自动稳幅。11 115.1.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路类型：类型：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一、一、LC 并联回路的特性并联回路的特性Is.LRCL 的等的等效损耗效损耗电阻电阻,小小Z)j(j1)j(j1LRCLRCZ )1( j1/CRRLRC

7、L 1. 谐振频率谐振频率 f0 1 0，LC LCf210 2. 谐振阻抗谐振阻抗 Z0RCLZ 0CLRCRRLQ1100 CQLQZ00 0 012 123. 频率特性频率特性)1( j1/rCrLrCLZ )/(j1000ffffQZ 2000)/(1ffffQZZ )/(tan001ffffQ 幅频特性幅频特性 0Z Z 0 Q 大大Q 小小 0 f90 90相频特性相频特性Q 增大增大13 13二、变压器反馈式二、变压器反馈式LCLC振荡电路振荡电路180A 180F 0AF 满足相位平衡条件满足相位平衡条件LCf 210LC+VCCTReR1R2CeCbRLfUiU由于变压器绕组

8、匝间分布电容和管子极间电容影响，由于变压器绕组匝间分布电容和管子极间电容影响，振荡频率受限，适用范围：振荡频率受限，适用范围：几兆赫几兆赫 十几兆赫十几兆赫。14 14 )2(2121210CMLLLCf 优点：优点：易起振易起振( (L 间耦合紧间耦合紧) )；易调节易调节( (C 可调可调) )。缺点：缺点：输出取自电感，对输出取自电感，对高次谐波阻抗大高次谐波阻抗大，输出波形差输出波形差。三、三点式三、三点式LCLC振荡电路振荡电路1. 电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路15 152. 电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路考毕兹振荡器考毕兹振荡器( (Colpitts) )LCCCCL

9、Cf212102121 优点：波形较好优点：波形较好缺点：缺点：2) ) T 极间电容影响极间电容影响 f01) ) 调频时易停振调频时易停振克拉泼振荡器克拉泼振荡器( (Clapp) ) 0211111CCCC 01C 212100LCLCf +VCCTReR1R2CeCBLC1C2123LC0改进改进oUiUfU16 16例例 5.1.1 判断能否振荡，若能，指出类型，求振荡频率。判断能否振荡，若能，指出类型，求振荡频率。 解解 电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路2121021CCCCLf 1224610)47004700(10470047001030021 kHz 190 17 171

10、 1、石英晶体的基本特性、石英晶体的基本特性. 结构和符号结构和符号化学成分化学成分 SiO2结构结构晶片晶片涂银层涂银层焊点焊点符号符号. 压电效应压电效应形变形变形变形变机械振动机械振动压电谐振压电谐振外加交变电外加交变电压的频率等于晶压的频率等于晶体固有频率时，体固有频率时，机械振动幅度急机械振动幅度急剧加大的现象。剧加大的现象。四、石英晶体振荡器四、石英晶体振荡器18 18. 等效电路等效电路RC0CLCo 晶片静态电容晶片静态电容( (几几 几十几十 pF) )L 晶体的动态电感晶体的动态电感( (10 3 102 H) )( (大大) )C 晶体的动态电容晶体的动态电容( ( 0.

11、1 pF) )( (小小) )R 等效摩擦损耗电阻等效摩擦损耗电阻( (小小) ) 1CLRQ . 频率特性和谐振频率频率特性和谐振频率fXfPfS容性容性感性 21 SLCf 21 00PCCCCLf 1 0SCCf fP 和和 fs 很接近很接近2 2、石英晶体的等效电路及特性、石英晶体的等效电路及特性19 193 3、石英晶体振荡电路、石英晶体振荡电路. 并联型并联型（利用晶体在并联谐振下阻抗呈感性）（利用晶体在并联谐振下阻抗呈感性）fs f fp，晶体，晶体呈感性呈感性 ) (21000CCCCCCLf 2121CCCCC s 21fLC 2020. 串联型串联型（利用晶体在串联谐振时

12、阻抗呈纯阻且最（利用晶体在串联谐振时阻抗呈纯阻且最小）小） 在在 f = fs 的信号，晶体阻抗最小，且呈纯阻，的信号，晶体阻抗最小，且呈纯阻，满足正反馈的相位条件。满足正反馈的相位条件。21 215.2.1 方波产生电路方波产生电路5.2.2 三角波产生电路三角波产生电路5.2.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路项目项目2 非正弦波产生电路非正弦波产生电路 22225.2.1 方波产生电路方波产生电路一、一、 工作原理和振荡波形工作原理和振荡波形R1C8R2R3 UZuOR积分积分电路电路迟滞比较器迟滞比较器 UZ uO uCtUT+UT-UZ2323二、二、 振荡频率的计算振荡频率的计算 U

13、Z uO uCtUT+UT-UZt1 t2TL THCRteuuutu1)0()()()(CCCC )()()0()(lnCCCC1tuuuuCRt 323Z1CC)()0( RRRUtuu 放放电电初初值值323Z2CC)()( RRRUtutu 放放电电终终值值ZC)( Uu 12LttT )21ln(231LRRCRT LHTT )21ln(22231LRRCRTT 718. 2123 eRR若取若取CRT12 则则CRTf15 . 01 2424三、三、 占空比可调的矩形波电路占空比可调的矩形波电路方波占空比方波占空比 ：%50H TTq不计二极管导通电压，不计二极管导通电压，)21l

14、n()2(23P1RRCRRT 25255.2.2 三角波产生电路三角波产生电路A1组成迟滞比较器组成迟滞比较器 A2组成反相积分电路组成反相积分电路 一、一、 工作原理工作原理 工作原理工作原理因因 u- = 0 ，所以当，所以当 u+ = 0时，时，A1状状态改变。当态改变。当 输出输出 uo1 改变（改变（+UZ 跃变到跃变到UZ 或或 UZ 跃变到跃变到 +UZ），），同时积分电路同时积分电路的输入、输出电压也随之改变。的输入、输出电压也随之改变。 0o2111o2121uRRRuRRRu时，即当 Z121o12oURRuRRu2626二、二、 周期与频率周期与频率T = T1+ T2 = 2T1 = 2T2 (1) 改变比较器的输出 uo1、电阻R1 、R2 即可改变三角波的幅值。(2) 改变积分常数RC 即可改变三角波的频率。RCUURRTTZZ12212RCRRTf214127275.2.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路 锯齿波发生器的电路如图所示。该电路的主要特点是锯齿波发生器的电路如图所示。该电路的主要特点是同相输入滞回比较器