第7章波形发生电路教材

(8-1)第七章波形的发生电路模拟电子技术基础(8-2)§7.1正弦波振荡电路的分析方法§7.2RC正弦波振荡电路§7.3LC正弦波振荡电路§7.4非正弦波发生电路第七章波形的发生和变换电路(8-3)改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。基本放大电路Ao反馈电路F

+–§7.1正弦波振荡电路的分析方法(8-4)如果：则去掉仍有信号输出。基本放大电路Ao反馈电路F反馈信号代替了放大电路的输入信号。基本放大电路Ao反馈电路F

++(8-5)一、产生正弦波振荡的条件基本放大电路Ao反馈电路F

+–(8-6)FAo=1自激振荡的条件基本放大电路Ao反馈电路F(8-7)如果：(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：前面介绍的方波发生器、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。所以将放大倍数和反馈系数写成：(8-8)自激振荡的条件：因为：所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振幅条件：（2）相位条件：n是整数相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。(8-9)问题1：如何启振？Uo是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=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+

B=2n，即可起振。振荡器起振过程仿真(8-10)问题2：如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。具体方法将在后面具体电路中介绍。起振并能稳定振荡的条件：(8-11)二、正弦波振荡电路的组成及分类(1)放大电路:保证电路能够有从起振到动态平衡的过程,使电路获得一定幅值的输出量,实现能量的控制。1.正弦波振荡电路必须由以下四个部分组成:(2)选频网络:确定电路的振荡频率,使电路产生单一频率的振荡,即保证电路产生正弦波振荡。(3)正反馈网络:引人正反馈,使放大电路的输入信号等于反馈信号。(8-12)(4)稳幅环节:也就是非线性环节,作用是使输出信号幅值稳定。2.正弦波振荡电路的分类:

正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来命名,分为RC正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路三种类型。

RC正弦波振荡电路的振荡频率较低,一般在1MHz以下;LC正弦波振荡电路的振荡频率多在1MHz以上;石英晶体正弦波振荡电路也可等效为LC正弦波振荡电路,其特点是振荡频率非常稳定。(8-13) (1)观察电路是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤(3)利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件。(2)判断放大电路是否能够正常工作,即是否有合适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输出和放大。(4)判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件,即是否满足起振条件。(8-14)7.2RC正弦波振荡电路用RC电路构成选频网络的振荡电路即所谓的RC振荡电路，可选用的RC选频网络有多种，这里只介绍文氏桥选频电路。R1C1R2C2一、RC串并联选频网络(8-15)时，相移为0。R1C1R2C2(8-16)如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：传递函数：相频特性：幅频特性：fof+90

–90

f(8-17)二、RC桥式正弦波振荡电路所以，要满足相位条件，只有在fo处因为：uo_+

+

R2RCRCR1(8-18)能自行启动的电路（1）uotRTA半导体热敏电阻起振时，RT略大于2R1，使|AF|>1，以便起振；_+

+

RTRCRCR1t

uo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。(8-19)能自行启动的电路（2）R22为一小电阻，使(R21+R22)略大于2R1，|AF|>1，以便起振；_+

+

R21RCCR1R22D1D2随着uo的增加，R22逐渐被短接，A自动下降到使|AF|=1，使得输出uo稳定在某值。(8-20)输出频率的调整：通过调整R或/和C来调整频率。_+

+

RFuoRCCRKKR1R1R2R2R3R3C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路(8-21)电子琴的振荡电路：_+

+

RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21(8-22)四、用分立元件组成的RC振荡器（补充介绍）RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF++++–+++–––+ube

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。(8-23)7.3LC正弦波振荡电路LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，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。本节只对LC振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。一、LC谐振回路的频率特性(8-24)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！CLR(8-25)由LC谐振回路构成的选频放大电路：(8-26)二、变压器反馈式振荡电路1.工作原理图7.1.13在选频放大电路中引正反馈(8-27)变压器反馈式振荡电路：图7.1.14变压器反馈式振荡电路(8-28)变压器反馈式振荡电路的交流通路：图7.1.15变压器反馈式振荡

电路的交流通路(8-29)2.振荡频率及起振条件变压器反馈式振荡电路的交流等效电路：图7.1.16变压器反馈式振荡电路的交流等效电路(8-30)振荡频率及起振条件的分析：变压器原边变压器副边整理可得其中(8-31)其品质因数当Q>>1时，振荡频率为(8-32)根据得3.优缺点（1）易于起振（2）输出电压失真小（3）应用范围广（4）耦合不紧、损耗大、振荡频率稳定性不高(8-33)三、电感反馈式振荡电路1.电路组成图7.1.17电感反馈式振荡电路2.工作原理(8-34)图7.1.18电感反馈式振荡电路的交流通路(8-35)例：正反馈频率由C、L1、L2谐振网络决定。+UCCCC1L1L2C2uL1uL2uC设uB

uC

uD

uB

uL2

ube

uL1

D(8-36)3.振荡频率和起振条件图7.1.19电感反馈式振荡电路的交流等效电路(8-37)振荡频率反馈系数(8-38)根据得起振条件通常应通过实验确定N2与N1的比值，一般在1/8～1/4之间。4.优缺点（1）耦合紧、振幅大；（2）频率调节范围宽；（3）输出波形中含有高次谐波。(8-39)四、电容反馈式振荡电路1.电路组成2.工作原理图7.1.20电容反馈式振荡电路(8-40)正反馈设uB

uC

uC1

uC2

uB

频率由L、C1、C2组成的谐振网络决定。+UCCC1LC2ABC+––+uLuC1

uC1减小时，uC2如何变化？设L、C1、C2组成的谐振网络中的电流为i，则ii(8-41)3.振荡频率和起振条件振荡频率反馈系数电压放大倍数(8-42)起振条件优缺点（1）输出波形中高次谐波少，波形好；（2）频率调节不太方便；（3）频率稳定度受极间电容影响较大。(8-43)4.稳定振荡频率的措施（1）克拉泼(Clapp)振荡器图7.1.22电容反馈式振荡电路的改进(8-44)回路总电容(C3＜＜C1，C3＜＜C2)振荡器的振荡频率为振荡频率高于100MHz时，应采用共基放大电路(8-45)图7.1.23采用共基放大电路的

电容反馈式振荡电路(8-46)（2）席勒(Siler)振荡器(8-47)振荡器的振荡频率为回路总电容(8-48)1、石英晶体的特点五、石英晶体正弦波振荡电路(8-49)(8-50)①压电效应当晶体受外力作用而形变（如伸缩、切变、扭曲等）时，就在它对应的表面上产生正、负电荷，呈现出电压。b.石英晶体的等效电路和振荡频率②反压电效应当在晶体两端面加电压时，晶体又会产生机械形变。若电压为交变电压，则晶体就会发生周期性的振动（且具有一固有谐振频率），同时会有电流流过晶体。a.压电效应和压电振荡(8-51)(a)谐振频率附近的等效电路;(b)频率特性曲线图7.1.28石英晶体的等效电路及其频率特性(8-52)品质因数为频率稳定度串联谐振频率和并联谐振频率为(8-53)2.并联型石英晶体正弦波振荡电路图7.1.29并联型石英晶体振荡电路(8-54)3.串联型石英晶体振荡电路图7.1.30串联型石英晶体振荡电路(8-55)§7.4非正弦波发生电路图7.4.1几种常见的非正弦波(8-56)一、电路组成及工作原理上下阈值电压：反相输入的滞回比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端。7.4.1矩形波发生电路(8-57)二、波形分析及主要参数1.设uo=+UZ此时，输出给C充电!则：uP=+UT0tuo+UZ-UZ+UTuc0t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(8-58)此时，C经输出端放电。2.当uo=-UZ时，uP=-UTuc降到-UT时，uo上翻。+UTuct-UT当uo重新回到＋UZ以后，电路又进入另一个周期性的变化。(8-59)0+UTuct-UT+UZuo0t-UZT输出波形：(8-60)f=1/Tuc上升阶段表示式:uc下降阶段表示式:uc0+UTt-UTT1T2(8-61)R3C电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。起开关作用，实现高低电平的转换。矩形波发生电路各部分的作用：反相输入滞回比较器：(8-62)三、占空比可调电路图7.4.5占空比可调的矩形波发生电路(8-63)结果表明，改变电位器的滑动端可以改变占空比，但不能改变周期。(8-64)反向积分电路方波发生器电路一：方波发生器

矩形波

积分电路

三角波－++RR1R2C+uc-++RR2Cuo此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。7.4.2三角波发生电路一、电路组成(8-65)－++RR1R2C+uc-++RR2Cuouo1uo三角波的周期由方波发生器确定，其幅值也由周期T和参数R、C决定。0uo1tUom-Uom(8-66)电路二：电路一的改型－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1反向积分电路同相输入滞回比较器特点：由同相输入滞回比较器和反相积分器级联构成，滞回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滞回比较器的输入。(8-67)－++uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUTUT同相输入滞回比较器回顾:上下阈值电压：二、工作原理(8-68)回顾:反相积分器ui-++RR2Cuoui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uom(8-69)－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R100uo1t＋UOM－UOMuot+UT-UT(8-70)tuo+UT-UTT－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1T1T2三、振荡频率(8-71)电路三：是电路二的改型电路调整电位器RW