模电课件波形产生与变换

模电课件波形产生与变换第1页，共55页，2023年，2月20日，星期五6.1.1正弦波振荡电路的基本工作原理二．产生正弦波振荡的条件

振荡条件：

幅值条件：幅值相位条件：相位UoAoF++UfUi’一．组成

正反馈放大器＋选频网络（RC、LC、晶体）UiUf第2页，共55页，2023年，2月20日，星期五(1)正反馈足够强,输入信号为0时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。(2)要获得非正弦自激振荡，反馈回路中必须有RC积分电路。例如：方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器等。(3)要获得正弦自激振荡，反馈回路中必须有选频电路。第3页，共55页，2023年，2月20日，星期五三、起振与稳幅问题1：如何起振？Uo

是振荡器的电压输出幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=所需幅值B。放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：|AF|>1，且A+F=2n，即可起振。第4页，共55页，2023年，2月20日，星期五问题2：如何稳幅？

起振后，Uo↑，若不采取稳幅（|AF|>1)，则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，调整AF=1，即可稳幅。起振并能稳定振荡的条件：内稳幅——利用放大电路自身的非线性稳幅。外稳幅——外接非线性元件组成稳幅电路。第5页，共55页，2023年，2月20日，星期五四．正弦波振荡器的分析方法1、组成基本环节——放大电路、正反馈网络和选频网络。为稳定输出幅度一般还需加上稳幅环节。

振荡器有

RC振荡器、LC振荡器和石英晶体振荡器。2、分析方法

(1)电路是否包含放大电路、正反馈电路和选频网络。

(2)电路是否满足相位平衡条件，估算电路振荡频率。

(3)分析幅度起振条件。

(4)分析稳幅环节。AoF++第6页，共55页，2023年，2月20日，星期五6.1.2

RC正弦波振荡电路用RC电路构成选频网络——RC振荡电路。一、RC串并联选频电路R1C1R2C2取：R1=R2=R，C1=C2=C，则：Z1Z2第7页，共55页，2023年，2月20日，星期五ωoω+90–90ω相位条件：幅值条件：R1C1R2C2第8页，共55页，2023年，2月20日，星期五1、组成例：R=10k，C=0.1F，则：二、文氏电桥振荡器

uo_++R2RCRCR1（一）运放构成之文氏电桥振荡器

(+)(+)(+)2、相位条件及振荡频率

谐振频率

：第9页，共55页，2023年，2月20日，星期五3、幅度起振条件uo_++R2RCRCR1相位条件要求fo

处因为：第10页，共55页，2023年，2月20日，星期五4、稳幅环节能自行启动的电路uoTRtA半导体热敏电阻起振时，RT略大于2R1，使|AF|>1，以便起振；_++RTRCRCR1tuo起振后，uo逐渐增大则RT逐渐减小，使得输出uo为某值时，|AF|=1，从而稳幅。第11页，共55页，2023年，2月20日，星期五（二）用分立元件组成的RC振荡器RCRC+VCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+—－++RC网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。++第12页，共55页，2023年，2月20日，星期五RCRC+VCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF1.R=8.2KΩ,C=0.2uF2、若电路Q正常但不能振荡，原因？如何调整？Af太小！Rf调大。3、输出波形严重失真，原因？如何调整？Af太大！Rf调小。第13页，共55页，2023年，2月20日，星期五三、双T正弦波振荡电路1、组成2、相位平衡条件振荡频率

3、幅度起振条件4、稳幅环节

uo_++CR1R2CR/2RR2CDZ1DZ2适用于固定频率场合，选频特性好。第14页，共55页，2023年，2月20日，星期五四、RC移相式正弦波振荡电路RC移相式振荡电路

滞后移相网络

超前移相网络

优点：结构简单。缺点：选频作用较差，输出波形较差。用于频率固定、稳定性要求不高的场合频率范围：几赫到几十千赫。RCRRCRC+-+RCC第15页，共55页，2023年，2月20日，星期五6.1.3LC正弦波振荡电路RC振荡器用于低频（1Hz～1MHz）。振荡频率高于1MHz时，用LC并联回路作为选频网络——LC正弦波振荡器。uo_++R2RCRCR1第16页，共55页，2023年，2月20日，星期五LC振荡电路的选频电路由L和C构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分立元件组成放大电路。LC振荡电路重点掌握相位条件的判别。CLR第17页，共55页，2023年，2月20日，星期五1、谐振频率设ω=ω0时，产生并联谐振，谐振回路的品质因素：当Q>>1时

CLR何时谐振？第18页，共55页，2023年，2月20日，星期五2、输入电流与回路电流的关系当Q>>1时，

CLR谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！第19页，共55页，2023年，2月20日，星期五幅频特性相频特性3、选频特性在谐振频率附近：

CLR第20页，共55页，2023年，2月20日，星期五结论：

(1)选频特性:

f=f0处，为纯电阻；等效阻抗|Z|最大(3)Q值越大，选频特性越好。相频特性越陡，谐振时的阻抗Z0也越大。

(2)当Q>>1时，谐振频率CLR幅频特性相频特性第21页，共55页，2023年，2月20日，星期五二、变压器反馈式振荡电路1、组成2、相位条件及振荡频率3、幅度起振条件(+)(-)(+)+VCCCbRLN2N3N1R2CR1ReUOUiUfTCe变压器反馈式振荡器(+)第22页，共55页，2023年，2月20日，星期五三、电感反馈式振荡器（哈特莱振荡器）+–(+)+VCCCb(-)N3N1–(+)R2CR1ReUOUiUfTCeN2CTUfUcL1L2+++––Ui电感三点式振荡器及其交流通路（b）交流通路（a）振荡电路第23页，共55页，2023年，2月20日，星期五1、组成(1)调节频率方便。采用可变电容，频率调节范围较宽。(2)一般用于产生几十兆赫以下的频率。(3)输出波形中含有较大的高次谐波，波形较差。通常用于要求不高的设备中，例如高频加热器等。3、幅度起振条件4、电路特点

2、相位条件及振荡频率(+)(-)(+)(+)CbL3L1R2CR1ReUOUiUfTCeL2第24页，共55页，2023年，2月20日，星期五四、电容反馈式振荡器（考毕兹振荡器）+–(+)+VCCCb(-)Rb1Rb2ReUfUiTCeLTUfUcLC2+++––Ui电容三点式振荡电路及其交流通路（b）交流通路（a）振荡电路C2C1Rc(+)(-)C1第25页，共55页，2023年，2月20日，星期五输出波形较好振荡频率较高，一般可以达到100MHz以上适于产生固定频率的振荡要改变频率，可在L两端并联一个可变电容另外也可采用可调电感来改变频率3、电路特点(+)(-)(+)(+)+VCCCbRb1Rb2ReUiTCeLC2C1Rc1、组成2、相位条件及振荡频率第26页，共55页，2023年，2月20日，星期五1、谐振回路的三个引出端与三极管的三个电极相连接；2、发射极接两个同性质电抗；3、集电极与基极接异性质电抗。满足法则必满足相位平衡条件。电容三点式电感三点式三点式振荡电路组成法则:第27页，共55页，2023年，2月20日，星期五++––+例1：正反馈+VCCCC1C2频率由LC谐振网络决定。第28页，共55页，2023年，2月20日，星期五例2：正反馈频率由C、

L1、

L2谐振网络决定。+VCCCC1L1L2C2uL1uL2uCD++––+第29页，共55页，2023年，2月20日，星期五例3：正反馈+VCCC1C2AECB+–频率由L、

C1、

C2组成的谐振网络决定。+–++第30页，共55页，2023年，2月20日，星期五LC并联谐振回路谐振时，回路电流远比流入或流出LC回路的电流大得多。因此，电感中间抽头的瞬时电位一定在首、尾两端点的瞬时电位之间，即（1）若电感的中间抽头交流接地，则首端与尾端的信号电压相位相反。（2）若电感的首端或尾端交流接地，则电感其它两个端点的信号电压相位相同。对电容三点式电路也是同样的。第31页，共55页，2023年，2月20日，星期五可能第32页，共55页，2023年，2月20日，星期五不能第33页，共55页，2023年，2月20日，星期五不能第34页，共55页，2023年，2月20日，星期五可能第35页，共55页，2023年，2月20日，星期五幅频特性相频特性6.1.4

石英晶体振荡电路Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。1、频率稳定问题频率稳定度一般由衡量——频率偏移量——振荡频率LC振荡电路Q——数百石英晶体振荡电路Q——10000500000第36页，共55页，2023年，2月20日，星期五2、石英晶体的电抗－频率特性

C0LRC静态电容晶片弹性摩擦损耗振动惯性（a）符号（b）等效电路第37页，共55页，2023年，2月20日，星期五串联谐振频率为：

并联谐振频率为：

C0LRCRLC支路谐振ffsfpX感性容性容性C<<C0→

fp≈fs第38页，共55页，2023年，2月20日，星期五3、石英晶体振荡电路

+VCCC+uo_R1R2R3R4R6R5晶体+VCCC1C2R1R2ReRcCb晶体

串联型

并联型第39页，共55页，2023年，2月20日，星期五6.2非正弦信号发生器

矩形波发生器也称多谐振荡器。三大部分组成：

1、具有开关特性的器件或电路;2、能实现时间延迟的延时环节;3、正反馈网络。6.2.1

矩形波信号发生器第40页，共55页，2023年，2月20日，星期五由集成运放构成的矩形波发生器上下门限电压：下行的迟滞比较器，输出经积分电路反馈到反相输入端。第41页，共55页，2023年，2月20日，星期五工作原理1、设uo

=

+UZ此时，输出给C充电!则：u+=UT+0tuoUZ-UZUT+uc0t一旦uc>UT+

,就有u->u+,在uc<UT+

时，u-

<u+,uo

保持+UZ

不变；uo

立即由＋UZ

变成－UZ

第42页，共55页，2023年，2月20日，星期五此时，C

经输出端放电。2、当uo

=

-UZ时，u+=UT-uc降到UT-时，uo上翻。UT+uctUT-当uo

重新回到＋UZ

以后，电路又进入另一个周期性的变化。第43页，共55页，2023年，2月20日，星期五0UT+uctUT-UZuo0t-UZT输出波形：第44页，共55页，2023年，2月20日，星期五RC电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。下行迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。方波发生器各部分的作用：第45页，共55页，2023年，2月20日，星期五三、周期与频率的计算f=1/Tuc上升阶段表示式:uc下降阶段表示式:uc0UT+tUT-T1T2第46页，共55页，2023年，2月20日，星期五思考题：点b是电位器RW

的中点，点a

和点c

是b的上方和下方的某点。试定性画出电位器可动端分别处于

a、b、c

三点时的uo-uc

相对应的波形图。－-+++RWR1R2CucuoD1D2abcRR’WR”WR3第47页，共55页，2023年，2月20日，星期五6.2.2

三角波信号发生器－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1反相积分电路上行迟滞比较器特点：由上行的迟滞比较器和反相积分器级联构成，迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入。第48页，共55页，2023年，2月20日，星期五－++uoRR2R1uiuoui0Uom-Uo