电子技术第10讲(正弦波方波发生器)

1、第第10讲讲第第12章章 集成运算放大器集成运算放大器12.6.2 三角波发生器三角波发生器 12.6.3 RC正弦波振荡器正弦波振荡器 12.6.4 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 12.6 信号发生电路信号发生电路0U+HuctU+LUOMuo0t- UOMT上节回顾：方波发生器上节回顾：方波发生器+RR1R2C+ucuo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。试定性画出点电位器可动端分别处于出点电位器可动端分别处于 a、b、c 三三点时的点时的 uo - uc 相对应的波形图。相对

2、应的波形图。-+RWR1R2CucuoD1D2abc设设Rwa RwcUOMuo0t- UOM反向积分器反向积分器方波发生器方波发生器12.6.2 三角波发生器三角波发生器矩形波经积分电路便可产生三角波，但是矩形波经积分电路便可产生三角波，但是此电路要求前后电路的时间常数配合好，不此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。能让积分器饱和。+R1R3R4C1uc_uo-+C2R5R2三角波发生器电路三角波发生器电路1:1: 三角波发生器三角波发生器(续续)UOMuo10t- UOM+R1R3R4C1uc_uo-+C2R5R2uo1 dtuRC1uio反相积分器反相积分器上行的迟滞上行

3、的迟滞比较器比较器+A1A2uouo1R02R01RCR2R1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迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入,反相积反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入分器的输出又作为迟滞比较器的输入.三角波发生器电路三角波发生器电路2:2:+uoRR2R1uiom21HURRU om21LURRU 上下门限电压上下门限电压上行的迟滞比较器上行的迟滞比较器U+HU+Luoui0Uom-Uom反相积分器反相积分器 dtuRC1uioui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uomuo-+CRRui回顾

4、回顾:+A1A2uouo1R02R01RCR2R1(1)设设t=0时时, uo1=+UOM , uc (0) =0 , uo=0u1+u1+ =o212uRRR o1211uRRR +=OM211URRR u1-=0, uo1保持保持+ UOMUOMuo10t- UOM三角波发生器电路三角波发生器电路2 2 (续续) : :+A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+(2)t=0 t1: uo1 (0) =+UOM , uo(0) =0 dtuRC1uo1o=-OMURCtt=t1: uo (t=t1) = OM21LURRU uo1从从+UOM -UOMt1UOMuo10t- UOMU

5、+LU+Huo(a)(b)21RCRRt1=将将(b)式代式代入入(a)式式,可解出可解出:三角波发生器电路三角波发生器电路2 2 (续续) : :+A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+(3)t= t1 t2: uo1 (t1) =-UOM , uo (t1) = U+L t=t2: uo (t=t2) = OM21HURRU uo1从从-UOM +UOM21RCRRt2=3可解出可解出:UOMuo10t- UOMt1U+LU+Huo uo (t1) u dt=uRC1o1o+OMURC(t-t1)OM21URR t1tt2三角波发生器电路三角波发生器电路2 2 (续续) : :(

6、4)t= t2 t3: uo1 (t2) =+UOM , uo (t2) = U+H t=t3: uo (t=t3) = OM21+LURRU uo1从从+UOM -UOM21RCRRt3=5可解出可解出: uo (t2) u dt=uRC1o1o-OMURC(t-t2)OM21URRt2t+A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+UOMuo10t- UOMt1U+LU+Huot2三角波发生器电路三角波发生器电路2 2 (续续) : :t3+A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+三角波发生器电路三角波发生器电路2 2 (续续) : :UOMuo10t- UOMt1U+LU+H

7、uot2t321RCRR三角波周期三角波周期: T=2(t2-t1)=4T21RCRRt1=21RCRRt2=3t3=521RCRR三角波频率三角波频率: f=1/T改型电路改型电路1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,而而且使三角波正负半周时间不相等且使三角波正负半周时间不相等.+A1A2uouo1R02R01RCR2R1+E-ERW改型电路改型电路2tuoT1T2+R2R1-+R R2CuoRUo1被嵌位被嵌位于于UzR决定决定T2,R 决定决定T1uottuoT1T2当当R =0时时+R2R1-+R R2CuoRT1变为变为0三角波发生器三角波发生器, ,锯

8、齿波发生器锯齿波发生器1. 产生自激振荡的原理产生自激振荡的原理fidXXX改成正反馈改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自激振荡。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+ dXoXfX12.6.3 RC正弦波振荡器正弦波振荡器+如果：如果：,ifXX则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FdXoXfX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。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+ +dXoXfXfidofdooXXXXFXXAXFAAXXAooiof1基本放大基

9、本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+ +dXoXfX自激振荡条件的推导自激振荡条件的推导自激振荡条件的推导（续）自激振荡条件的推导（续）基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FdXoXfXfdofdooXXXFXXAX=FAoXoFAo=1自激振荡的条件自激振荡的条件FAAAoof1当当x xi i=0=0时，时，A Ao oF=1F=1foAFA:01则(1)(1)正反馈足够强正反馈足够强, ,输入信号为输入信号为 0 0 时仍有时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。信号输出，这就是产生了自激振荡。(2)(2)要获得非正弦自激振荡要获得非正弦自激振荡, ,反馈回路中必反馈回路中必

10、须有须有RCRC积分电路。积分电路。)()(FA、(3)(3)要获得正弦自激振荡要获得正弦自激振荡, ,反馈回路中必须反馈回路中必须有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：自激振荡条件的推导（续）自激振荡条件的推导（续）所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振幅条件：）振幅条件：1|AF（2）相位条件：）相位条件：pjjnFA2n是整数是整数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。因为：因为：AAAj|)

11、(FFFj|)(00自激振荡的条件：自激振荡的条件：1)()(FA00自激振荡条件的推导（续）自激振荡条件的推导（续）问题：问题：如何启振？如何启振？Uo 是振荡器的电压输出幅度，是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅是要求输出的幅度。起振时度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时，达到稳定振荡时Uo=B。起振并能稳定振荡的条件：起振并能稳定振荡的条件：111AFBUAFBUAFBUooo时，时，时，2. RC振荡电路振荡电路用用RC 电路构成选频网络的振荡电路即所谓的电路构成选频网络的振荡电路即所谓的 RC振荡电路，可选用的振荡电路，可选用的 RC 选频网络有多种，这里选频网络有多种，这里只介绍

12、只介绍文氏桥选频电路文氏桥选频电路。R1C1R2C2iUoU文氏桥选频电路文氏桥选频电路)1()1 (112211221CRCRjCCRRUUioR1C1R2C2iUoU时，相移为时，相移为0 0。12211CRCR当当如果：如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：，则：RCfp21012211CRCR21211CCRR01CR0)1()1 (112211221CRCRjCCRRUUio13文氏桥选频电路文氏桥选频电路)1(31CRCRjo时文氏桥选频电路文氏桥选频电路)(3100ffffjUUio传递函数：传递函数：2002)(31ffffUUio幅频特性：幅频特性：)(3100ffffa

13、rctgj相频特性：相频特性：如果：如果：R1=R2=R，C1=C2=CfioUU31+90 90 ff0j0jUUio)1(31CRCRjRCfp210用运放组成的用运放组成的RC振荡器：振荡器：0Aj只有在只有在 f0 处处,0Fj才满足相位条件：才满足相位条件：因为：因为：AF=131F1fFRRAfF2RR uo_+ + RFRCRCRfA=3uouo3A=3同相放大器同相放大器文氏桥选频电路文氏桥选频电路输出正弦波频率：输出正弦波频率：RCfp210例题例题: :R=1kR=1k ，C=0.1C=0.1 F F，R Rf f=10k=10k 。R RF F为多大时才为多大时才能起振？

14、振荡频率能起振？振荡频率f f0 0= =？Hz Hz uo_+ + RFRCRCRfAF=1，31F1fFRRAA=3=2 10=20k k RCfp210=1592 Hz起振条件：起振条件：fF2RR 能自行起振的电路能自行起振的电路1半导体半导体热敏电阻热敏电阻起振时起振时R RT T2R2Rf f, , 使使A3,A3,易起振。易起振。当当u uo o幅度自激增长幅度自激增长达某一值时，达某一值时， R RT T=2R=2Rf f，A=3A=3。当当u uo o进一步增大时，进一步增大时， R RT T2R2Rf f , ,使使A3AR121F1fF2RRAF1R2AF 1可调可调A

15、2RF1+RF2 RfLC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成，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，所可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对以一般用分离元件组成放大电路。本节只对 LC振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。别。首先介绍一下首先介绍一下 LC 选频网络。选频网络。12.6.4 LC正弦波振荡器正弦波振荡器LC10RCLZ 0LCfp210LC 选频网络选频网络(LC并联谐振电路并联谐振电路)CLRuiLici(阻性阻性)LC并联谐振并联谐振特点：特点

16、：谐振时，总路电流很小，谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。用于选频电路。补偿，电路呈阻性。用于选频电路。R为电感线圈中的电阻为电感线圈中的电阻CLRuiLici例例: 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。LCfp210=15924 HzRCLZ0=1000 I0=U/Z0 =1/1000=1 mAIC =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+例例1：+ 正反馈正反馈 LC正弦波振荡器举例正弦波振荡器举例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振荡频率振荡频率:+UCCCC1LLCfp210uo利用利用1：晶体管共：晶体管共