波形发生电路

波形发生电路第

7

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••动画演示三、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:分类:按选频率网络分类RC正弦波振荡器LC

正弦波振荡器晶体振荡器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5)幅值条件Rf

不能太大，否则正弦波将变成方波应使：••••4)相位条件6)稳幅措施热敏电阻稳幅8CR1RfRCR为使电Au

为非线性，起振时，应使Au>3，稳幅后Au=3。正温度系数负温度系数二极管稳幅12.4k>R2>8.1k起振时信号小，二极管电阻大Au

1+(R2+R3)/R1>3R2>2R1-R3起振后二极管电阻逐渐减小，Au

1+R2/R1=3为使失真小：R2<2R1f0=1.94kHz8R1R2V1V2R38.2k6.2k22k4.3k0.01F8.2k0.01F动画演示二、RC

移相式振荡电路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，—

满足相位平衡条件优点：结构简单缺点：选频特性差，输出波形差7.1.3LC

振荡电路类型：变压器反馈式、电感三点式、电容三点式一、变压器反馈式LC

振荡电路LrCIs.L的等效损耗电阻(一)

LC

并联回路的特性Z1.谐振频率f02.谐振阻抗Z03.回路品质因数Q4.频率特性0Z

Z0Q大Q小0f90º-90ºQ

增大幅频特性相频特性5.并联谐振的本质—

电流谐振LuCr–

+iiLiC1)

Z=Z0

呈纯阻2)形成环流，大小是总电流的Q

倍••IC•IL•U•I•(二)变压器反馈式振荡电路LC+VCCVRERB1RB2CECB—满足相位平衡条件×1、电感三点式和电容三点式LC正弦波发生器把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC回路就有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形成了LC三点式正弦波发生电路。它们又分为电感三点式和电容三点式两类。LC三点式正弦波发生电路图a）电感三点式b）电容三点式二、三点式LC振荡电路2、组成LC三点式正弦波发生电路的规律LC三点式正弦波发生电路的一般结构如下图所示。图LC三点式正弦波发生电路的一般结构a）反相放大b）同相放大若考虑到a中的负载阻抗运放输出电阻为，无反馈时的因此其中，为了使电路振荡，应有，上式应为实数，分母的需不应为零，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异号。由因为：所以得：为了产生振荡，由上式可得：和因此，必须与异号。由于所以必然有结论：在LC三点式正弦波发生电路中，为了满足产生振荡的相位平衡条件，同性质电抗的中间点必须接集成运放的同相输入端。3、电感三点式振荡电路C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1×M123•••优点：缺点：易起振(L

间耦合紧)；易调节(C

可调)。输出取自电感，对高次谐波阻抗大，输出波形差。4、电容三点式振荡电路考毕兹振荡器(Colpitts)×+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123LC3•••优点：波形较好缺点：2)V极间电容影响f01)

调频时易停振C3的改进三、石英晶体(Crystal)振荡电路(一)石英晶体谐振器的阻抗特性1.结构和符号化学成分

SiO2结构晶片涂银层焊点符号2.压电效应形变形变机械振动外力压电谐振—外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。3.等效电路rqC0CqLqLq

—

晶体的动态电感

(10-3~102H)(大)Cq

—晶体的动态电容

(<0.1pF)(小)rq

—

等效摩擦损耗电阻(小)Co

—晶片静态电容

(几~几十pF)大小小大4.频率特性和谐振频率fXfPfS容性容性感性5.使用注意2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。1)要接一定的负载电容CL(微调)，

以达标称频率。(二)石英晶体谐振电路1.串联型

f=fs，晶体呈纯阻+VCCVRERB1RB2CBLC2.并联型fs<f

<

fp，晶体呈感性+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC××7.2

非正弦波信号产生电路7.2.1电压比较器7.2.3方波产生电路7.2.4矩形波产生电路7.2.5三角波发生电路7.2.2非正弦波产生电路的基础知识7.2.1电压比较器(Comparer)功能：类型基本比较器简单比较器(单门限)窗口比较器(双门限)迟滞比较器(施密特触发器)比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小一、单限电压比较器1.过零电压比较器（1）电路组成8uIuOOuIuOuI

<0uI

>0UOmax-UOmaxUOHUOL（2）工作原理（3）转换条件（4）阈值（门限电压）（5）电压传输特性（6）输入端的保护电路

和输出端的限幅电路2.同相输入单门限比较器8uIUREFUZ（1）计算阈值（2）画出电压传输特性OuIuOUZUREFuI

<UREF-UZuI

>UREF门限电压UT特点:1)工作在非线性区2)不存在虚短

(除了uI=UREF

时)

3)存在虚断门限电压UT=UREF举例:电路组成计算阈值画电压传输特性二、窗口比较器uO88U1U2uIV1V2uO1uO2设U1>U2，比较器采用单电源uIuO1uO2V1V2uO<U2

>U1U2<uI

<U1UOmax截止导通UZ0UOmax0导通截止UZ00截止截止0UZOuIuOU1U2应用举例—三极管

值分选电路885V2.5VV1V2V+15V10k20k20k430k1M5k1.5k3CG50100，LED不亮。分析电路是否满足要求：<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50

100时，2.5VUC

<5V，

LED不亮1)电路和门限电压三、迟滞比较器1.反相型迟滞比较器uIRR18UREFR2R3UZPuO正反馈当uI

>uP

时，uO

=-UZ当uI

<uP

时，uO

=+UZ当uI=uP

时，状态翻转例：R1=30k，R2=15k,

UZ=6V,UREF=0,求UT。特点：2)传输特性RR18uIUREFR2R3UZPuOOuIuOUT+UT-UZ-UZ当uI

逐渐增大时

只要uI<UT+，则uO=UZ一旦uI>UT+，则uO=-UZ当uI

逐渐减小时只要uI>UT-，则uO=-UZ一旦uI<UT-，则uO=UZ上门限下门限U=UT+

-UT-U回差电压uI

上升时与上门限比,uI

下降时与下门限比。3)当UREF=0时的电压传输特性2.同相型迟滞比较器R1R8uIUREFR2R3UZNPuO状态翻转时，uP=uN=UREF若UREF=0传输特性OuIuOUT+UT-UZ-UZU=UT+

-UT-抗干扰OuIt单门限比较UTuOUOHUOLOt迟滞比较OuItUT-UT+UOHUOLOtuO整形OuItUT+UT-OuOtUOHUOLOuItUT+UT-OuOtUOHUOL7.2.2非正弦波产生电路的基础知识1.非正弦波产生电路的方框图2.振荡条件能产生高低电频的转换7.2.3方波产生电路(Astable

Multivibrator)1.电路组成和输出波形R1C8R2R3UZuOR积分电路

滞回比较器-UZ

uO

uCtUT+UT-UZ2.振荡频率占空比

=

50%7.2.3矩形波产生电路周期T的计算1.获得三角波的基本方法方波积分电路三角波7.2.4三角波发生电路2.锯齿波发生电路在三角波发生电路中，如果电容的充电、放电时间常数不相等，则可使积分电路的输出为锯齿波。周期周期7.2.6压控方波产生电路一、积分-施密特触发器型压控振荡器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集成函数发生器>I01电子开关S1.原理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输出方波，引脚3输出三角波；当I02

<2I01，

引脚9输出矩形波，引脚3输出锯齿波。2.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)调占空比和正弦波失真调频率调占空比和正弦波失真RP2RP4

RP1+VCC-VEERRAICL803845131011128RBRP3CC1692小结第7

章一、信号产生电路的分类：正弦波振荡:非正弦波振荡：RC

振荡器

(低频)LC

振荡器

(高频)石英晶体振荡器(振荡频率精确)方波、三角波、锯齿波等。二、正弦波振荡条件、电路结构和选频电路1.振荡条件—振幅平衡条件—相位平衡条件n=0,1,2,••判断电路是否起振采用瞬时极性法，即断开反馈网络，加一信号，如果信号极性逐级变化后，返回后与原信号同极性，则满足相位平衡条件。2.振荡电路的两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.选频电路及其特性1)RC

串并联式幅频特性0Fu

.相频特性0f90°–90°当

=0=1/RC时Fu=1/3.=0º电路2)LC并联谐振回路LuCr–

+iiLiC阻抗幅频特性电路0Z

Z0阻抗相频特性0f90º–90º谐振频率谐振阻抗回路品质因数三、正弦波振荡电路1.RC

桥氏振荡电路8CR1RfRCR•••振荡频率振荡条件即自动稳幅措施：使电Au成为非线性Rf

串接二极管(图略)Rf

串接负温度系数热敏电阻R1采用正温度系数热敏电阻3.LC振荡电路变压器反馈式LC+VCCVRERB1RB2CECB电感三点式C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1电容三点式+VCCVRERB1RB2CECBLC1C