第6章波形产生和变换

退出不需要任何输入信号；必须在电路中引入足够强的正反馈。▲▲波形产生电路包括正弦和非正弦(如方波、三角波)波形产生电路。波形产生电路的共同特点：第6章上页下页返回翻页第6章上页下页返回6.1.1正弦波振荡电路的基本原理

6.1.2

RC正弦波振荡电路6.1正弦波振荡电路

*6.1.3

LC正弦波振荡电路*6.1.4石英晶体正弦波振荡电路Ud126.1.1正弦波振荡电路的基本原理1、自激振荡的条件S在2:令F=Uf/Uo..所以产生自激振荡的条件为:...AF=.UoUd.UoUf=1S上页下页第6章返回+++Uf+---A=Uo/Ud..S在1:Ud=Ui

..-.Ui..Uo.因为:Uf=Ud，.....Uf=UiU=d则输出电压保持不变。翻页AF自激振荡的条件:AF=1

幅度平衡条件：相位平衡条件:AF=1

A+F=2n（n=0,1,2……）

反馈信号与输入信号的大小相等,在放大倍数一定时应有足够强的反馈量。反馈信号与输入信号同相，必须引入正反馈。上页下页第6章返回翻页2、振荡的建立与稳定振荡电路的起振:选择某一频率的信号增幅振荡电路由电路变为等幅振荡|AF|=1|AF|>1上页下页第6章返回翻页Ud12S+++Uf+----.Ui..Uo.AF

通过不断地放大正反馈再放大再反馈，使Uom不断增大，一直到达某一点时，才稳定下来。自激振荡的建立过程A反馈特性Ufm=|F|Uom幅度特性Uom=f(Ufm)Ufm1Ufm2Uom2Uom1UfmOUom如右图上页下页第6章返回翻页由上述讨论可知：正弦波振荡电路应由以下部分组成：放大电路正反馈电路选频电路稳幅电路上页下页第6章返回翻页

6.1.2

RC正弦波振荡电路

1.电路组成RCCRRfR1负反馈网络（稳幅环节）文氏电桥正弦波振荡电路上页下页第6章返回翻页uO+—+∞正反馈选频网络Ao

2、RC串并联网络的选频特性Z1

=R+1jωC1Z2=R(jωC)R+1jωC=R1+jωRC..UfUO==.IZ2I(Z1+Z2).Z2Z1+Z2=R1+jωRCR+1jωC+R1+jωRC=13+j(ωRC-jωRC1)上页下页第6章返回翻页.I++RCU0.Uf.CRZ1Z2.UfUo.=11ωRC3+j(ωRC-)当:1ωRCωRC-=0即,或RCω=ω0=12πRCƒ=ƒ0=1时结论：.UfUo.与

同相位,即为正反馈；UfUo.=1/3，则Uf达到最大值。.上页下页第6章返回翻页RC串并联选频网络++RCU0.Uf.CRZ1Z2.I=F=Uf•__Uo•13__f=0º,3、如何满足自激振荡条件f0=12RC起振时应满足:Rf>2R1RfR1）,

A=（1+A=0º为了满足AF=1,A=3RfR1）=3,

（1+Rf=2R1即A≥3上页下页第6章返回翻页ui

u

o1ＲfＲＲCＲC+uf

–Z1Z2Ao4、稳幅措施特点：

利用二极管的非线性自动调节反馈的强弱来维持输出电压的恒定。UO↑→r↓→U

ƒ↑→|A|↓缺点输出波形失真较大上页下页第6章返回翻页

二极管稳幅电路u

o1ＲＲf2ＲCＲCＲf1D2D1AoUO↑→T↑→RT↓→U

ƒ↑→|A|↓☆由于热敏电阻具有热惯性，因此可获得失真较小的输出电压。特点：

利用半导体热敏电阻的非线性实现稳幅。上页下页第6章返回翻页热敏电阻稳幅电路uo1ＲＲTＲCＲCAo

*6.1.3

LC正弦波振荡电路

1.电容三点式振荡电路REC2C1RCRB1RB2上页下页第6章返回翻页(a)基本电路(b)交流通路CBCELLC1C2RCRB1∥RB2TT++－－－uiuo+113322+UCC谐振回路上页下页第6章返回电感L和电容C1、C2构成的谐振回路成为放大电路的负载，电容C2两端的电压作为反馈信号，在放大器的输入端引入了正反馈。翻页选取适当的静态值和元件参数，使得谐振回路谐振时，AF≥1。电路自激振荡AF=1时，振荡稳定。振荡频率近似等于LC谐振回路的振荡频率：√C1

C2C1+C2L2π1fo

=

改进型电容三点式振荡电路REC2C1RCRB1RB2上页下页第6章返回翻页CBLT+UCCC3在电感支路中串联一个电容C3，且取C3远小于C1和C2。故谐振回路的振荡频率主要由L和C3来决定：fo≈√2πLC31改变C3，即可改变fo

2.电感三点式振荡电路RECRCRB1RB2上页下页第6章返回翻页(a)基本电路(b)交流通路CBCEL2CRB1∥RB2TT++－－－uiuo+113322+UCCL1L1L2谐振回路上页下页第6章返回电感L1、L2

和电容C构成了谐振回路，+UCC通过L1

到集电极形成集电极电流的直流通路，故可省略RC

。电感L2两端的电压作为反馈信号，在放大器的输入端引入了正反馈。若L1、L2线圈之间的互感为M，则线圈的总电感为：L=L1+L2+2M

。电路的振荡频率近似等于LC谐振回路的振荡频率：

fo

=

√（L1+L2+2M）C2π1翻页上页下页第6章返回*6.1.4

石英晶体正弦波振荡电路1.石英晶体谐振器石英晶体具有压电效应，压电谐振就是石英晶体的固有谐振频率。谐振频率有两个，LCR支路的串联谐振频率fs和LCR支路与电容CO的并联谐振频率fP，fP＞fs且很接近。翻页（a）符号（b）等效电路JTLCRCO上页下页第6章f=fs时：（X=0）

石英晶体呈阻性f＜fs或f＞fp时：

石英晶体呈容性fs＜f＜fp时：

石英晶体呈感性翻页fsfp容性容性感性f

X0（c）电抗频率特性曲线根据等效电路可画出石英晶体的电抗频率特性曲线。返回REC2C1RCRB1RB2上页下页第6章翻页CBT+UCC2.并联型石英晶体振荡器JT并联型石英晶体振荡电路工作频率为：fs＜f＜fp石英晶体呈感性，作为电容三点式振荡电路中的回路电感返回上页下页第6章3.串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡电路工作频率等于fs

,晶体呈纯阻性，且阻抗最小。频率为fs时，正反馈最强。

REC2C1RCRB1RB2(a)基本电路CBCCLT+UCCJT(b)交流通路LC1C2TREJT本节结束返回6.2.2用555集成定时器构成的多谐振荡器上页下页第6章返回6.2多谐振荡器*6.2.1用集成运放构成的多谐振荡器上页下页第6章返回*6.2.1用集成运放构成的多谐振荡器翻页1.电路的组成RRo

DZR2uCuou+u-±UZAoR1

RC引入了具有延迟特性的负反馈电路。u+为

uo经R1和R2，在R1上的分压，并作为转折参考电压：

u+H=R1R1+R2UZUZR1R1+R2u+L=C上页下页第6章返回翻页2.电路的工作过程to≤t≤t1时:uC=UZ－(R1R1+R2UZ+UZ）et-toRCUZu+Hu+L－UZ

t=t1时:uC=u+H=R1R1+R2UZ可得：T1=

t1－t0=RCln(1+2R1R2)

tuCuOT1T2to

t1

t2uOuC2R1且：T2=

t2－t1=RCln(1+R2)T=

T2+T1=2RCln(1+2R1R2)Tf0=12RCln(1+=2R1R21)0上页下页第6章返回翻页Ro

DZR2CuCuou+u-±UZAoR13.占空比可调的多谐振荡器D1D2RP

调节RP，使电容充电和放电的时间常数不相等，实现输出矩形波的占空比可调，而矩形波的周期不变。

555集成定时器是一种模拟电路和数字电路结合的中规模集成电路。

常用的555定时器有：双极型定时器——5G1555CMOS定时器——CB75556.2.2用555集成定时器构成的多谐振荡器第6章上页下页返回翻页RDSDQQ4∞+▽－+∞+▽－+C1C2C1输出为1，C2输出为0Q为0，T截止，输出为1当U6＜—UDD，U2＜—UDD时3231RT上页下页18RRR7265控制端(CO)阈值端(TH)放电晶体管分压器比较器31G反相器放电端(D)+UDD复位输出端GND10011、555集成定时器的工作原理RS触发器当U6＞—UDD，U2＞—UDD时3231C1输出为0，C2输出为101Q为1，T导通，输出为010第6章翻页触发端(TR)返回输入输出TH（U6）TR（U2）复位端R输出放电管T

XX00导通

＜—UDD

＜—UDD

1

1

截止3231

＞—UDD

＞—UDD

1

0

导通3231

＜—UDD

＞—UDD

1

不变不变3231上页下页555定时器功能表翻页GND第6章56271841∞+▽－+C1∞+▽－+C2RDSDQQG3RRRRT+UDD放电晶体管复位输出端控制端(CO)阈值端(TH)触发端(TR)放电端(D)返回4+－+∞+▽－+C2TN上页下页TH3D+UDDGNDCB7555集成定时器的电路结构图第6章翻页TR返回≥1≥1≥1111G1G2G3G4G5G6C1+－+C2+－+RRRCORD865271OUTQ上页下页2.由555定时器构成多谐振荡器多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时不需要外加脉冲信号，就能输出一定频率的矩形脉冲。第一暂态第二暂态第6章翻页返回+UDDu08473625555工作原理上页下页第6章00u03—UDD23—UDD1●uc（u2）＜—UDD，u6＜—UDD，T截止，输出u0=1，3132uc上升，uc（u2）＞—UDD，u6＜—UDD，（保持不变）3132接通UDD，C充电，uc上升，uc（u2）＞—UDD，u6＞—UDD，T导通，C放电，输出Q=03132C放电C放电，uc下降u2＜—UDD，u6＜—UDD，T截止，输出u0=1，C又充电3132101T1=（R1+R2）C·ln2≈0.7（R1+R2）CT1C充电放电翻页R1R20.01ufCttTH（U6）TR（U2）放电管T1

1

截止Ruo32＜—UDD31＜—UDD2＞—UDD3＞—UDD131

0

导通32＜—UDD＞—UDD131

不变不变uc1返回T2=R2C·ln2≈0.7R2CT2T=T1

+T2≈0.7（R1+2R2）CT上页下页

555定时器应用举例1、如图为一防盗报警电路，试说明其工作原理。①由555构成何种电路？②铜丝不断时，输出为何种状态？③铜丝被碰断后，输出为何种波形？64755558132S6V100μF0.01μF0.01μF100kΩ5.1kΩ50kΩ8Ωab+细铜丝第6章返回翻页上页下页2、如图为一门铃电路，试说明其工作原理。84736215555SB+5V100μF0.01μF0.01μF100kΩ5.1kΩ第6章返回翻页上页下页3、如图为一模拟公安警车音响的电路，试说明其工作原理。第6章返回100μF0.01μF47kΩ4.7kΩR1R2R3R4R5R6C1C2C3C4T8844776622115534.7kΩ10kΩ100kΩ2.7kΩ0.01μF100μF++CB7555CB7555IC1IC2+UDD（5~15V）本节结束6.3单稳态触发器和施密特触发器6.3.1用555集成定时器构成的单稳态触发器6.3.2用555集成定时器构成的施密特触发器上页下页第6章返回上页下页第6章▲双稳态触发器，有两个稳定状态，从一个稳态翻转为另一个稳态必须靠脉冲信号触发，脉冲消失后，稳态一直保持。▲单稳态触发器在脉冲信号未加之前，处于稳定状态，经信号触发后，触发器翻转到新的状态，经过一定延时后触发器又自动翻转到原来的稳定状态。所以只有一种稳定状态。返回翻页6.3.1用555集成定时器构成的单稳态触发器单稳态触发器上页下页第6章C2+∞+－－RDSDQQGR1TRRR+△∞+C1△▲

设uC

=0，当ui=1（未来信号）电容C被充电，11①设Q=

0，Q

=1时，T导通，C放电，uc≈0C1输出为“1”，输出“0”保持不变。0100101●●●C放电1110返回翻页●RC复位+UDDuouiuCC1、C2输出高电平，输出端保持原状态不变。分两种情况讨论②设Q=

1，Q

=0时，T截止，C充电，ucuc＞—UCC，C1输出为“0”，32T又导通，C放电，C1输出为“1”，输出“0”。当无触发信号时，触发器将为Q=0的稳定状态。上页下页第6章uouittt当无触发信号时，触发器处于其输出u0=“0”的稳定状态当有输入信号时，ui＜—UDD，C2输出为“0”，Q=“1”，Q=“0”，T截止，C充电13uc上升Uc＜—UDD，ui＞—UDD，C1为“1”，C2为“1”，输出保持不变231323当uc≥—UDD时，使C1输出为“0”，Q=“0”，Q=“1”

0101T导通，uc

放电，回到无触发信号时稳态返回翻页+UDDC2+∞+－－RDSDQQR1RRR+△∞+C1△●●●uouiRC●001011011—UDD23—UDD13uC输出矩形脉冲宽度tW=RCIn3≈1.1RC000上页下页

如图为一简单的具有自动关断功能的照明灯电路，试说明其工作原理。第6章返回翻页[例6.3.1]4.7MΩR1R2R3R4ZC1T4.7MΩ1kΩ1MΩ200μF+8476213CB7555IC+UDD（4.5V）OFFONL3V200mATHDTRRD8427361555+－6VLED50μF200kΩ金属片+上页如图为一简易触摸开关电路，当手模金属片时,发光二极管LED亮，经过一定时间，发光二极管熄灭。555定时器构成何种电路？？第6章返回翻页下页[例6.3.2]第6章返回翻页下