波形发生电路

波形发生电路第一页，共四十七页，编辑于2023年，星期日本章重点和考点1.重点掌握RC正弦波振荡电路的工作原理、振荡频率、起振条件以及电路的特点。2.理解各种非正弦波发生电路(矩形波、三角波和锯齿波)的工作原理。第二页，共四十七页，编辑于2023年，星期日振荡器：无须外加信号，本身能将直流电能转化为具有一定频率和幅度的交流信号利用负阻器件的负阻效应产生振荡按振荡波形不同分正弦波振荡器非正弦波振荡器按组成原理不同分负阻振荡器反馈振荡器利用正反馈原理构成第三页，共四十七页，编辑于2023年，星期日9.1.1.产生正弦波振荡的条件（自激振荡）fidXXX-=改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。9.1正弦波振荡电路的分析方法+Xi–f基本放大器A反馈网络FX+doXX第四页，共四十七页，编辑于2023年，星期日如果：,ifXX=则去掉,iX仍有信号输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。Xi+f基本放大器A反馈网络FX+doXXXdof基本放大器A反馈网络FXX－－－自激振荡第五页，共四十七页，编辑于2023年，星期日由此知放大电路产生自激振荡的条件是：即：所以产生正弦波振荡的条件是：——幅度平衡条件——相位平衡条件即正反馈引入正反馈是构成振荡器的关键。第六页，共四十七页，编辑于2023年，星期日二.起振条件和稳幅原理起振条件：结果：产生增幅振荡（略大于）1、被动：器件非线性2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益稳幅过程：起振时，稳定振荡时，稳幅措施：起振过程Xdof基本放大器A反馈网络FXX第七页，共四十七页，编辑于2023年，星期日1.放大电路2.正反馈网络3.选频网络——只对一个频率满足振荡条件，从而获得单一频率的正弦波输出。常用的选频网络有RC选频和LC选频4.稳幅环节——使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小。9.1.2.正弦波振荡器的一般组成第八页，共四十七页，编辑于2023年，星期日

9.1.2正弦波振荡电路的组成及分类

组成：放大电路：集成运放选频网络：确定电路的振荡频率反馈网络：引入正反馈稳幅环节：非线性环节，使输出信号幅值稳定分类：RC正弦波振荡电路，频率较低，在1MHz以下。LC正弦波振荡电路，频率较高，在1MHz以上。石英晶体振荡电路，频率较高，振荡频率非常稳定。第九页，共四十七页，编辑于2023年，星期日9.1.3正弦波振荡电路分析步骤

分析步骤：一、判断能否产生正弦波振荡1.检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分；2.检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作；3.分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件和振幅平衡条件。判断相位平衡条件的方法是：瞬时极性法。第十页，共四十七页，编辑于2023年，星期日二、估算振荡频率和起振条件振荡频率由相位平衡条件决定。3.令f=f0时的，即得起振条件。2.令，即可求得满足该条件的f0，此频率即为振荡频率；1.写出回路增益AF的表示式第十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期日9.2RC正弦波振荡电路(文氏电桥)RC串并联网络振荡电路（文氏电桥）电路组成：放大电路——集成运放A；正反馈网络兼做选频网络——R、C串并联电路；稳幅环节——RF与R组成的负反馈电路。图9.2.3第十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期日1.定性分析：（1）当信号的频率很低时。>>R1>>R2其低频等效电路为：（2）当信号的频率很高时。＜＜R1＜＜R2其高频等效电路为：9.2.1RC串并联网络的选频特性第十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期日ω0=？│F│max=？由以上分析知：一定有一个频率ω0存在，当ω=ω0时，│F│最大，且=0°0|F|0φF90°0|F|0φF-90°第十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期日图9.2.22、RC串并联网络的选频特性（定量分析）Z1Z2取R1=R2=R，C1=C2=C，令

则：第十五页，共四十七页，编辑于2023年，星期日得RC串并联电路的幅频特性为：相频特性为：最大，F=0。0F01/3+90º-90º图9.2.3第十六页，共四十七页，编辑于2023年，星期日一、振荡频率与起振条件1.振荡频率2.起振条件f=f0时，由振荡条件知：所以起振条件为：同相比例运放的电压放大倍数为即要求：9.2.2文氏电桥振荡器第十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期日二.振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件当时，(+)(+)(+)(+)Av电路可以输出频率为的正弦波RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波第十八页，共四十七页，编辑于2023年，星期日三、振荡电路中的负反馈(自动稳幅)引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。反馈系数改变RF，可改变反馈深度。增加负反馈深度，并且满足则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。采用具有负温度系数的热敏电阻RT

代替反馈电阻RF，可实现自动稳幅。(还有什么措施自动稳幅？)RT图9.2.4第十九页，共四十七页，编辑于2023年，星期日采用非线性元件*补充：稳幅措施热敏元件热敏电阻起振时，即热敏电阻的作用稳幅第二十页，共四十七页，编辑于2023年，星期日采用非线性元件*补充：稳幅措施二极管第二十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期日K：双联波段开关，切换R，用于细调振荡频率。C：双联可调电容，改变C，用于粗调振荡频率。四、振荡频率的调节：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振荡频率：第二十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期日*9.2.3其它形式RC振荡器（RC移相式振荡电路）一.RC移相电路

（1）RC超前移相电路

（2）RC滞后移相电路

φA+90°+180°+270°0°φA-90°-180°-270°0°第二十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期日二、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，输出波形差第二十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期日9.3LC正弦波振荡电路9.3.1LC并联电路的特性当频率变化时，并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。并联电路的导纳：当电路发生并联谐振。图9.3.1第二十五页，共四十七页，编辑于2023年，星期日并联谐振角频率令：——谐振回路的品质因数当Q

>>1时谐振频率：R<<ωL第二十六页，共四十七页，编辑于2023年，星期日回路等效阻抗：发生并联谐振时，在谐振频率附近，可见，Q值不同，回路的阻抗不同。第二十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期日不同Q值时，LC并联电路的

幅频特性：相频特性：Z01Z02Q1

>Q2Q1Q2F+90º-90ºQ1Q2Q1

>Q2感性纯阻容性结论：1.当f=f0时，电路为纯电阻性，等效阻抗最大；当f

<

f0时，电路为感性；当f

>

f0时，电路为容性。所以LC并联电路具有选频特性。2.电路的品质因数Q愈大，选频特性愈好。图9.3.2第二十八页，共四十七页，编辑于2023年，星期日9.3.2变压器反馈式振荡电路一、电路组成用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。(瞬时极性法)-二、振荡频率和起振条件振荡频率起振条件图9.3.3变压器反馈式振荡电路Xui第二十九页，共四十七页，编辑于2023年，星期日9.3.3电感三点式振荡电路(Hartley)一、电路组成用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。---二、振荡频率和起振条件振荡频率起振条件图9.3.4第三十页，共四十七页，编辑于2023年，星期日电感三点式振荡电路的特点1.由于二线圈之间耦合很紧，因此容易起振。2.调节频率方便。3.一般用于产生几十兆赫以下的频率。4.输出波形中含有较大的高次谐波，故波形较差。5.频率稳定度不高。第三十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期日9.3.4电容三点式振荡电路(Colpitts)一、电路组成用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。二、振荡频率和起振条件振荡频率起振条件图9.3.5---第三十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期日9.3.5电容三点式改进型振荡电路振荡频率选择C<<C1，C<<C2，则：减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于产生高频振荡。图9.3.6第三十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期日复习：1.正弦波振荡电路的组成部分2.文氏振荡电路振荡频率起振条件如何自动稳幅如何调节频率振荡频率大致范围第三十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期日3.LC正弦波振荡电路变压器反馈式电感三点式电容三点式电容三点式改进型品质因素愈大，选频特性愈好，频率稳定度愈高。第三十五页，共四十七页，编辑于2023年，星期日9.4石英晶体振荡器一、基本特性

压电效应：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产生机械变形；若在晶片上施加机械压力，在晶片相应的方向上会产生一定的电场。

压电谐振：晶片上外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅突然增加。9.4.1石英晶体的基本特性和等效电路第三十六页，共四十七页，编辑于2023年，星期日二、等效电路符号：串联谐振频率并联谐振频率电抗频率特性OfXfsfp容性容性感性图9.4.1图9.4.2静电电容：C0机械振动惯性：L晶片弹性：C磨擦损耗：R第三十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期日9.4.2石英晶体振荡电路一、并联型石英晶体振荡电路交流等效电路振荡频率由于图9.4.3第三十八页，共四十七页，编辑于2023年，星期日二、串联型石英晶体振荡电路图9.4.4串联型石英晶体振荡电路当振荡频率等于fS时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。振荡频率调节R可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。第三十九页，共四十七页，编辑于2023年，星期日9.5非正弦波发生电路9.5.1矩形波发生电路一、电路组成RC充放电回路滞回比较器图9.5.1图9.5.2滞回比较器：集成运放、R1、R2；充放电回路：R、C；钳位电路：VDZ、R3。第四十页，共四十七页，编辑于2023年，星期日二、工作原理设t=0时，uC=

0，uO=+UZ则tOuCOuOtu+u-当u-=uC

=u+时，t1t2则当u-=uC

=u+时，输出又一次跳变，uO=+UZ输出跳变，uO=-UZ图9.5.3第四十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期日三、振荡周期电容的充放电规律：对于放电，解得：结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。矩形波的幅度与R1、R2和UZ有关。t1t2tOuCOuOtt3图9.5.3第四十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期日四、占空比可调的矩形波发生电路图9.5.4使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发