电子教案模拟电子技术第七章波形发生电路

波形发生电路第

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章7.1正弦波振荡电路7.2非正弦波信号产生电路小结7.1正弦波振荡电路7.1.1正弦波振荡电路的工作原理7.1.2RC正弦振荡7.1.3LC正弦振荡引言信号产生电路(振荡器—Oscillators)分类：正弦波振荡:非正弦波振荡：RC振荡器(1kHz~数百kHz)LC振荡器(几百kHz以上)石英晶体振荡器(频率稳定度高)方波、三角波、锯齿波等主要性要求能：输出信号的幅度准确稳定输出信号的频率准确稳定引言7.1.1正弦波振荡电路的工作原理一、振荡条件放大器反馈网络Ui•Au•Fu•Uo•Uf•RL微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。••••••••—

振幅平衡条件—

相位平衡条件n=0,1,2,••二、起振条件起振条件放大器Au反馈网络FuUoUfUi

1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu

>1Au

Fu

<1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf

起振稳幅••三、电路的组成和起振的判断1.放大电路Au2.正反馈网络Fu3.选频率网络—实现单一频率的振荡4.稳幅环节—使振荡稳定、波形好满足振荡条件组成:放大器选频正反馈网络UoUfUi选频放大器正反馈网络UoUfUi判断:1.检查电路组成2.“Q”是否合适3.是否满足起振条件•••7.1.2RC正弦振荡一、RC桥式振荡电路0Fu

.0f90-90•1.RC串并联选频网络式中:0=1/RC当=0

时Fu=1/3.=0º2.RC桥氏振荡电路A

=2nF=0º2)电路：同相放大器1)组成：8CR1RfRCR•••3)振荡频率4)振荡条件Rf不能太大，否则正弦波将变成方波应使：••••5)稳幅措施施热敏电阻阻稳幅8CR1RfRCR为使电Au为非线性性，起振振时，应应使Au>3，，稳幅后后Au=3。。正温度系系数负温度系系数二极管稳稳幅8R1R2V1V2R312.4k>R2>8.1k起振时信信号小，，二极管电电阻大Au1+(R2+R3)/R1>3R2>2R1-R3起振后后二极极管电电阻逐逐渐减减小，，Au1+R2/R1=3为使失失真小小：R2<2R1f0=1.94kHz8.2k6.2k22k4.3k0.01F8.2k0.01F二、RC移相式式振荡荡电路路8CRRfRCRC一节RC环节移相90二节RC环节移相180三节RC环节移相270对于的信号，—满足相相位平平衡条条件优点：：结构简简单缺点：：选频特特性差差，输输出波波形差差7.1.3LC振荡电电路类型：：变压器器反馈馈式、、电电感感三点点式、、电电容容三点点式一、变变压器器反馈馈式LC振荡电电路LrCIs.L的等效效损耗耗电阻阻(一)LC并联回回路的的特性性Z1.谐谐振振频率率f02.谐谐振振阻抗抗Z03.回回路路品质质因数数Q4.频率率特性0Z

Z0Q大Q小0f90º-90ºQ增大幅频特性相频特性5.并联联谐振的本本质—电流谐振LuCr–

+iiLiC1)Z=Z0呈纯阻2)形成环流，大小是总总电流的Q倍••IC•IL•U•I•(二)变压压器反馈式式振荡电路路LC+VCCVRERB1RB2CECB—满足相位位平衡条件件×1、电感三三点式和电电容三点式式LC正弦弦波发生器器把并联LC回路中的的C或L分分成两个，，则LC回回路就有三个端点点。把这三三个端点分分别与三极极管的三个个极相连，就就形成了LC三点式式正弦波发发生电路。。它们又分为为电感三点点式和电容容三点式两两类。LC三点式式正弦波发发生电路图图a）电感三三点式b）电容三三点式二、三点式式LC振荡电路2、组成LC三点式式正弦波发发生电路的的规律LC三点式式正弦波发发生电路的的一般结构构如下图所所示。图LC三点式正正弦波发生生电路的一一般结构a）反相放放大b）同相放放大若考虑到a中的负载载阻抗运放输出电电阻为，无反馈时的的因此其中，为了使电路路振荡，应应有，上式应为实实数，分母的需不不应为零，，即：进而可得、上式说明，为了产生振荡，的符号必须而必须与它们们异号。由因为：所以得：为了产生振振荡，由上上式可得：：和因此，必须与异号。由于所以必然有有结论：在LC三三点式正弦弦波发生电电路中，为为了满足产生振振荡的相位位平衡条件件，同性质电抗的中中间点必须须接集成运运放的同相输入端。。3、电感三点式式振荡电电路C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1×M123•••优点：缺点：易起振(L间耦合紧)；易调节(C可调)。输出取自电电感，对高次谐波阻阻抗大，输出波形差差。4、电容三点式式振荡电路路考毕兹振荡荡器(Colpitts)×+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123LC3•••优点：波形形较好缺点：2)V极间电电容影响f01)调频时时易停停振C3的改进进三、石石英晶晶体(Crystal)振荡电电路(一)石英英晶体体谐振振器的的阻抗抗特性性1.结结构构和符符号化学成成分SiO2结构晶片涂银层焊点符号2.压压电电效应应形变形变机械振振动外力压电谐谐振—外加交交变电电压的的频率率等于于晶体体固有有频率率时，，机械械振动动幅度度急剧剧加大大的现现象。。3.等等效效电路路rqC0CqLqLq—晶体的的动态态电感感(10-3~102H)(大)Cq—晶晶体的的动态态电容容(<0.1pF)(小)rq—等效摩摩擦损损耗电电阻(小)Co—晶晶片静静态电电容(几~几几十pF)大小小大4.频频率率特性性和谐谐振频频率fXfPfS容性容性感性5.使使用用注意意2)要有合合适的的激励励电平平。过过大会会影响响频率稳稳定度度、振振坏晶晶片；；过小小会使使噪声影影响大大，还还能停停振。。1)要接一定的的负载载电容容CL(微调调)，以达标称称频率率。(二)石英英晶体体谐振振电路路1.串串联联型f=fs，晶体体呈纯阻阻+VCCVRERB1RB2CBLC2.并并联联型fs<f<fp，晶体体呈感性性+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC××7.2非正弦波波信号号产生电电路7.2.1电电压比比较器器7.2.2方方波产产生电电路7.2.3压压控方方波产产生电电路7.2.4三三角波波发生生电路路7.2.1电电压比比较器(Comparer)一、单单限电电压比比较器器功能：：类型基本比比较器器简单比比较器器(单单门限限)窗口比比较器器(双双门限限)迟滞比比较器器(施施密特特触发发器)比较电电压信信号(被测测试信信号与与标准准信号号)大小8uIuOOuIuO1.过过零零电压压比较较器uI<0uI>0UOmax-UOmaxUOHUOLOuIuO2.同同相相输入入单门门限比比较器器8uIUREFUZUZUREFuI<UREF-UZuI>UREF门限电压UT特点:1)工作在在非线线性区区2)不存在在虚短短(除了uI=UREF时)3)存在虚虚断门限电电压UT=UREF二、窗窗口比比较器器uO88U1U2uIV1V2uO1uO2设U1>U2，比较较器采采用单单电源源uIuO1uO2V1V2uO<U2

>U1U2<uI<U1UOmax截止导导通UZ0UOmax0导通截截止UZ00截止截截止0UZOuIuOU1U2应用举举例—三三极管管值分选选电路路885V2.5VV1V2V+15V10k20k20k430k1M5k1.5k3CG50100，LED不不亮。。分析电电路是是否满满足要要求：：<50或>100，LED亮，[解]IB=(15-0.7)/1430=0.01mA当<50时，IC<0.5mA，，UC<2.5V,V2导通，，LED亮当>100时，IC>1mA，，UC>5VV1导通，，LED亮当50100时，2.5VUC<5V，，LED不亮1)电路和和门限限电压压三、迟滞比较器器1.反反相相型迟滞比较器器uIRR18UREFR2R3UZPuO正反馈馈当uI>uP时，uO=-UZ当uI<uP时，uO=+UZ当uI=uP时，状态翻翻转例：R1=30k，R2=15k,UZ=6V,UREF=0,求UT。特点：：2)传输特特性RR18uIUREFR2R3UZPuOOuIuOUT+UT-UZ-UZ当uI逐渐增增大时时只要uI<UT+，则uO=UZ一旦uI>UT+，则uO=-UZ当uI逐渐减减小时时只要uI>UT-，则uO=-UZ一旦uI<UT-，则uO=UZ上门限限下门限限U=UT+-UT-U回差电压uI上升时时与上上门限限比,uI下降时时与下下门限限比。。2.同同相相型迟滞比较器器R1R8uIUREFR2R3UZNPuO状态翻翻转时时，uP=uN=UREF若UREF=0传输特特性OuIuOUT+UT-UZ-UZU=UT+-UT-抗干扰OuIt单门限比较较UTuOUOHUOLOt迟滞比较OuItUT-UT+UOHUOLOtuO整形OuItUT+UT-OuOtUOHUOLOuItUT+UT-OuOtUOHUOL7.2.2方波产产生电路(AstableMultivibrator)1.电路路组成和输输出波形R1C8R2R3UZuOR积分电路滞回比较器器-UZ

uO

uCtUT+UT-UZ2.振荡荡频率占空比=50%7.2.3压控方方波产生电电路一、积分-施密密特触发器器型压控振振荡器V1V2+VCCV3施密特触发器uduORCuCI0V4V5压控恒流源压控恒流源积分器积分器镜象电流源镜象电流源uO=UOLV3截止，uO=UOHC充电至UT+V3导通，C放电至UT-uO=UOL

uCtUOm

uOtUT+UT-占空比50%I0I0二、8038集成成函数发生生器>I01电子开关S1.原理理1188+VCCRRRRSCI01I02uC6932-VEE或地10反相器电压跟随器正弦波变换器当Q=0，S断开，，C充电(I01)至2/3VCCQ=1当Q=1，S闭合，，C放电(I02-I01)至1/3VCCQ=0当I02=2I01，引脚9输出出方波，，引脚3输输出三角角波；当I02<2I01，引脚9输出出矩形波波，引脚脚3输输出锯锯齿波。。2.应应用12345678ICL8038141312111091314正弦波失真度调整正弦波失真度调整正弦波输出三角波输出矩形波输出调频偏置电压输入调频偏置电压输出接电阻RA接电阻RB接电容C+VCC-VEE

(或地)调占空比比和正弦弦波失真真调频率调占空比和正弦波失真RP2RP4

RP1+VCC-VEERRAICL803845131011128RBRP3CC16921.获获得三角角波的基本方方法方波积分电路路三角波2.锯锯齿波发发生电路路在三角波波发生电电路中，，如果电电容的充充电、放放电时间间常数不相相等，则则可使积积分电路路的输出出为锯齿齿波。7.2.4三三角波发发生电路路小结结第7章一、信号号产生电电路的分分类：正弦波振振荡:非正弦波波振荡：：RC振荡器(低频)LC振荡器(高频)石英晶体体振荡器器(振荡频频率精确确)方波、三角波、、锯齿波等等。二、正弦波振振荡条件、电电路结构构和选频频电路1.振振荡条件件—振幅平衡衡条件—相位平衡衡条件n=0,1,2,••判断电路路是否起起振采用用瞬时极性性法，即断开反反馈网络，加加一信号号，如果果信号极极性逐级级变化后后，返回后与与原信号号同极性性，则满满足相位位平衡条条件。2.振振荡电路路的两种种结构放大器选频正反馈网络UoUfUi选频放大器正反馈网络UoUfUi3.选选频电路路及其特特性1)RC串并联式式幅频特性0Fu

.相频特性0f90°–90°当=0=1/RC时Fu=1/3.=0º电路2)LC并联谐振振回路LuCr–

+iiLiC阻抗幅频频特性电路0Z

Z0阻抗相频频特性0f90º–90º谐振频率率谐振阻抗抗回路品质质因数三、正弦波振振荡电路1.RC桥氏振荡荡电路8CR1RfRCR•••振荡频率率振荡条件件即自动稳幅幅措施：：使电Au成为非线线性Rf串接二极极管(图略)Rf串接负温温度系数数热敏电电阻R1采用正温温度系数数热敏电电阻3.LC振荡电路路变压器反反馈式LC+VCCVRERB1RB2CECB电感三点点式C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1电容三点点式+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123四、石英晶体体振荡电路1.等等效电路路和频率率特性符号等效电路路rqC0CqLq频率特性性fXfPfS串联谐振振频率并联谐振振频率2.石英晶体体谐振电电路串联型f=fs