第5章-波形的产生和变换课件

《模拟电子产品装接与调试》医疗器械肖波2009.9正弦波振荡电路正弦波振荡电路的工作原理RC

正弦振荡LC

正弦振荡信号产生电路(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、锯齿波等主要性能要求：输出信号的幅度准确稳定输出信号的频率准确稳定基本放大电路A反馈回路F12开关在1的位置上：开关在2的位置上：不需要输入，放大器也能工作。——自激振荡FA=1Xid=Xf所以，自激振荡条件也可以写成：自激振荡的条件：（1）振幅条件：（2）相位条件：pjjnFA2=+n是整数因为：..Xidof基本放大器A反馈网络FXX起振条件：放大器Au反馈网络FuUoUfUi

1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu

>1Au

Fu

<1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf

起振稳幅••Uo是振荡器的输出电压，设B为要输出的电压。起振时，Uo=0；稳定振荡时，Uo=B。起振并能稳定振荡的条件：Uo＜B时，AF＞1；

Uo＝B时，AF＝1；Uo＞B时；AF＜1。稳幅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。三.正弦波振荡器的一般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”点是否合适3.是否满足起振条件第二节RC正弦波振荡电路一.RC

串并联网络的选频特性R1C1

串联阻抗：R2C2

并联阻抗：选频特性：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：其频率特性为：当ω=0时，uf=0，│F│=0=+90°当ω↑时，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF90°（2）当信号的频率很高时。＜＜R1＜＜R2其高频等效电路为：其频率特性为：当ω=∞时，uf=0，│F│=0=-90°当ω↓时，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF-90°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°2.定量分析R1C1

串联阻抗：R2C2

并联阻抗：频率特性：通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，则有：式中：可见：当时，│F│最大，且=0°

│F│max=1/3RC串并联网络完整的频率特性曲线：当时，│F│=│F│max=1/3φF+90°|F|RC串并联（桥式）振荡电路R3Uo

R4Ui

∞A+_R1R2C1C2同相比例运算器：选频电路：能自动稳幅的振荡电路半导体热敏电阻(负温度系数）起振时Rt较大使A>3,易起振。当uo幅度自激增长时，Rt减小，A小。

当uo幅度达某一值时，A→3。

当uo进一步增大时，RT再减小,使A<3。

因此uo幅度自动稳定于某一幅值。能自动稳幅的振荡电路

起振时D1、D2不导通，Rf1+Rf2略大于2R1。随着uo的增加，D1、D2逐渐导通，Rf2被短接，A自动下降，起到稳幅作用。将Rf分为Rf1

和Rf2，

Rf2并联二极管粗调振荡频率细调振荡频率振荡频率的调节：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振荡频率：二、RC移相式振荡电路

1.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°2.RC移相式振荡电路

在f0处满足相位条件：第三节、LC

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•互感线圈的极性判别1234初级线圈次级线圈同名端1234+–+–

在LC振荡器中，反馈信号通过互感线圈引出同名端：第四节、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。机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。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容性容性感性二.石英晶体振荡电路利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路。1.并联型石英晶体振荡器

石英晶体工作在fs与fp之间，相当一个大电感，与C1、C2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所以电路可以获得很高的振荡频率稳定性。2.串联型石英晶体振荡器

石英晶体工作在fs处，呈电阻性，而且阻抗最小，正反馈最强，相移为零,满足振荡的相位平衡条件。对于fs以外的频率，石英晶体阻抗增大,且相移不为零，不满足振荡条件，电路不振荡。X感性0容性第五节非正弦波信号产生电路电压比较器方波产生电路三角波发生电路1.运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。运放工作在非线性状态基本分析方法2.运放工作在非线性状态的分析方法：若U+＞U-

则UO=+UOM；

若U+＜U-

则UO=-UOM。

虚断（运放输入端电流=0）

注意：此时不能用虚短！uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOM1.过零比较器:（门限电平=0）uoui0+UOM-UOM一.单门限电压比较器tuituo+Uom-Uom例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。2.单门限比较器（与参考电压比较）uoui0+Uom-UomUREFUREF为参考电压当ui>UREF时,uo=+Uom当ui<UREF时,uo=-Uom

运放处于开环状态uoui0+Uom-UomUREF当ui<UREF时,uo=+Uom当ui>UREF时,uo=-Uom

若ui从反相端输入uoui0+UZ-UZ（1）用稳压管稳定输出电压3.限幅电路——使输出电压为一稳定的确定值当ui>0时,uo=+UZ当ui<0时,uo=-UZ

（2）稳幅电路的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路中uoui0+UZ-UZ当ui>0时,uo=-UZ当ui<0时,uo=+UZ

二.迟滞比较器1.工作原理——两个门限电压。特点:电路中使用正反馈——运放工作在非线性区。（1）当uo=+UZ时，（2）当uo=-UZ时，UT+称上门限电压UT-称下门限电压UT+-UT-称为回差电压迟滞比较器的电压传输特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-设ui

,当ui=<UT-时,

uo从-UZ+UZ这时,uo=-UZ,u+=UT-设初始值:

uo=+UZ,

u+=UT+设ui

,当ui=>UT+时,

uo从+UZ-UZ例题：Rf=10k，R2=10k

，UZ=6V，UREF=10V。当输入ui为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。上下限：uoui08V3V传输特性+6V-6V3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V传输特性+6V-6V抗干扰OuIt单门限比较UTuOUOHUOLOt迟滞比较OuItUT-UT+UOHUOLOtuO整形OuItUT+UT-OuOtUOHUOLOuItUT+UT-OuOtUOHUOL1.电路结构由滞回比较电路和RC定时电路构成上下限:三、方波发生器2.工作原理：(1)设uo

=

+UZ,

此时，uO给C充电,uc

，则：u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦uc>UT+

,就有u->u+,uo

立即由＋UZ变成－UZ

。在uc<UT+

时，u-

<u+,

设uC初始值uC(0+)=0方波发生器uo保持+UZ不变+UZ此时，C向uO放电,再反向充电(2)当uo

=

-UZ时，u+=UT-uc达到UT-时，uo上跳。UT+uctUT-当uo

重新回到＋UZ

后，电路又进入另一个周期性的变化。-UZ0UT+uctUT-+UZuo0t

-UZT完整的波形：计算振荡周期T。周期与频率的计算：0UT+uctUT-

+UZ

-UZT1T2TT=T1+T2=2T2

uc(t)=UC()+