第八章 波形产生电路wj

第8章波形产生电路第8章波形产生电路8.1正弦波振荡电路

8.1.1正弦波振荡电路的振荡条件

8.1.2RC文氏桥正弦波振荡电路

8.1.3LC正弦波振荡电路

8.1.4石英晶体正弦波振荡电路8.2非正弦波产生电路

8.2.1电压比较器

8.2.2方波发生器

8.2.3三角波发生器

8.2.4锯齿波发生器11.正弦波振荡的条件无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。。8.1.1正弦波振荡电路的振荡条件8.1

正弦波振荡电路2显然，要使电路维持振荡，必须有幅值平衡条件相位平衡条件起振条件：要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电时对于f=f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。8.1.1正弦波振荡电路的振荡条件1.正弦波振荡的条件3幅值很小频率丰富频率趋于单一幅值逐渐增大逐渐变为单一频率的稳幅振荡2.起振与稳幅：输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。8.1.1正弦波振荡电路的振荡条件41)放大电路(包括负反馈放大电路)：放大作用2)正反馈网络：满足相位条件3)选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡4)非线性环节（稳幅环节）：稳幅1)是否存在主要组成部分；2)放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路；3)是否满足相位条件，即是否存在f0，是否可能振荡

；4)是否满足幅值条件，即是否一定振荡。常合二为一4.分析方法3.基本组成部分8.1.1正弦波振荡电路的振荡条件5相位条件的判断方法：瞬时极性法

断开反馈，在断开处给放大电路加f＝f0的信号Ui，且规定其极性，然后根据

Ui的极性→Uo的极性→Uf的极性若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。极性？6常用选频网络所用元件分类。1)RC正弦波振荡电路：1兆赫以下2)LC正弦波振荡电路：几百千赫～几百兆赫3)石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定5.分类8.1.1正弦波振荡电路的振荡条件71.RC串并联选频网络低频段高频段在频率从0～∞中必有一个频率f0，φF＝0º。8.1.2RC文氏桥正弦波振荡电路8当f=f0时，不但φ=0，且最大，为1/3。RC串并联选频网络的频率响应8.1.2RC文氏桥正弦波振荡电路91)是否可用共射放大电路？2)是否可用共集放大电路？3)是否可用两级共射放大电路？应为RC串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。电压串联负反馈不符合相位条件不符合幅值条件可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于3，且Ri大、Ro小，对f0影响小2.RC文氏桥正弦波振荡电路8.1.2RC文氏桥正弦波振荡电路10用同相比例运算电路作放大电路。

因同相比例运算电路有非常好的线性度，故R1

或Rf

用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。文氏桥振荡器的特点？以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入电压串联负反馈，两个网络构成桥路，一对顶点作为输出电压，一对顶点作为放大电路的净输入电压，就构成文氏桥振荡器。2.RC文氏桥正弦波振荡电路8.1.2RC文氏桥正弦波振荡电路11用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件电路可以输出频率为的正弦波当时，此时若放大电路的电压增益为则振荡电路满足振幅平衡条件振荡电路工作原理8.1.2RC文氏桥正弦波振荡电路12采用非线性元件稳幅措施热敏元件热敏电阻即热敏电阻的作用起振时，Rf温度↑8.1.2RC文氏桥正弦波振荡电路13改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。加稳压管可以限制输出电压的峰-峰值。同轴电位器频率可调的文氏桥振荡器14矩形波三角波锯齿波尖顶波常见的非正弦波8.2非正弦波产生电路15作业8.5,8.7,8.8,8.98.1振荡电路与放大电路有何异同点。解：振荡电路和放大电路都是能量转换装置。振荡电路是在无外输入信号作用时，电路自动地将直流能量转换为交流能量；放大电路是在有外输入信号控制下，实现能量的转换。8.2

正弦波振荡器振荡条件是什么？负反馈放大电路产生自激的条件是什么？两者有何不同，为什么？解：正弦波振荡电路的振荡条件为，电路为正反馈时，产生自激的条件。负反馈放大电路的自激条件为，电路为负反馈时，产生自激的条件。8.3

根据选频网络的不同，正弦波振荡器可分为哪几类？各有什么特点？解：正弦波振荡电路可分为RC正弦波振荡器，LC正弦波振荡器和石英晶体振荡器。RC正弦波振荡器通常产生低频正弦信号，LC正弦波振荡器常用来产生高频正弦信号，石英晶体振荡器产生的正弦波频率稳定性很高。8.4正弦波信号产生电路一般由几个部分组成，各部分作用是什么？解：正弦波振荡电路通常由四个部分组成，分别为：放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅网络。放大电路实现能量转换的控制，选频网络决定电路的振荡频率，正反馈网络引入正反馈，使反馈信号等于输入信号，稳幅网络使电路输出信号幅度稳定。8.5当产生20Hz～20KHz的正弦波时,应选用什么类型的振荡器。当产生100MHz的正弦波时,应选用什么类型的振荡器。当要求产生频率稳定度很高的正弦波时，应选用什么类型的振荡器。解：产生20Hz~20KHz的正弦波时,应选用RC正弦波振荡器。产生100MHz的正弦波时,应选用LC正弦波振荡器。当要求产生频率稳定度很高的正弦波时，应选用石英晶体振荡器。16作业8.6

电路如图8.1所示，试用相位平衡条件判断哪个电路可能振荡，哪个不能振荡，并简述理由。171.电压比较器的功能：比较电压的大小。输入电压是模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况，为二值信号。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。广泛用于各种报警电路。2.电压比较器的描述方法

:电压传输特性uO＝f(uI)电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL（2）阈值电压UTH（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向8.2.1电压比较器概述18电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈理想运放工作在非线性区的特点：1)净输入电流为02)u+>u-时，

uO＝＋UOHu+<u-时，

uO＝－UOL无源网络教学基本要求

1)电路的识别及选用；2)电压传输特性的分析。8.2.1电压比较器198.2.1电压比较器特点：1.简单电压比较器虚断成立，虚短不成立（1）串联型电压比较器：输入信号与参考电压从不同输入端输入的比较器，具有输入电阻大的特点反相输入电压比较器20（1）串联电压比较器

输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。称为过零比较器当把输出电压从一个电平跳变到另一个电平时所对应的输入电压值称为门限电压

1.简单电压比较器21

当1.简单电压比较器（1）串联电压比较器22解：（2）并联型电压比较器利用叠加原理可得理想情况下，输出电压发生跳变时对应的U+＝U-＝0，即门限电压1.简单电压比较器接于同一端，并联23（1）若要UTH>0，则应如何修改电路？（2）若要改变曲线跃变方向，则应如何修改电路？（3）若要改变UOL、UOH呢？门限电压1.简单电压比较器24应为高电平错误电平简单电压比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力较差。因此提出了另一种抗干扰能力较的强迟滞电压比较器。8.2.1电压比较器252.迟滞比较器（1）电路组成（2）门限电压为U+上门限电压下门限电压回差电压8.2.1电压比较器而U+与uo有关，对于uo的两个值可得U+的两个门限电压262.迟滞比较器（3）传输特性8.2.1电压比较器迟滞宽度表示抗干扰能力的强弱，迟滞宽度越宽，抗干扰能力越强，同时灵敏度越低。并且输入电压的峰值必须大于迟滞宽度，否则输出电压不可能跳变。迟滞宽度设ui＜UTH-，则u-＜u+，

uO＝+UZ。此时u+＝UTH+，增大

ui，直至+UTH+，再增大，

uO才从+UZ跃变为－UZ。设ui＞+UTH+，则u-＞u+，

uO＝－UZ。此时u+＝UTH-，减小

ui，直至UTH-，再减小，

uO才从－UZ跃变为+UZ。27解：（1）门限电压（3）输出电压波形例电路如图所示，试求门限电压，画出传输特性和如图所示输入信号下的输出电压波形。（2）传输特性28（1）写出u+、u-的表达式，令u+＝

u-，求解出的uI即为UTH；（2）根据集成运放的输出电压幅值或输出端限幅电路决定输出的高、低电平；电压比较器的分析方法（三要素）（3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出电压的跃变方向。291.若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性2.若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？3.若要改变输入电压过阈值电压时输出电压的跃变方向，则应如何修改电路？改变输出限幅电路30讨论二：从电压传输特性识别电路，画波形已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它们各为哪种电压比较器；输入电压如图所示，画出各电路输出电压的波形。同相输入单限比较器反相输入滞回比较器窗口比较器你能分别组成具有图示电压传输特性的电压比较器电路吗？31输出无稳态，有两个暂态；若输出为高电平时定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。1.基本组成部分

（1）开关电路：因为输出只有高电平和低电平两种情况，即两个暂态；故采用电压比较器。

（2）反馈网络：因需自控，在输出为某一暂态时孕育翻转成另一暂态的条件，故应引入反馈。

（3）延迟环节：要使两个暂态均维持一定的时间，故采用RC环节实现，从而决定振荡频率。8.2.2方波发生器322.电路组成正向充电：

uO（+UZ）→R3→C→地反向充电：地→C→R3→uO（－UZ）RC回路滞回比较器8.2.2方波发生器333.工作原理

设合闸通电时电容上电压为0，uO上升，则产生正反馈过程：

uO↑→u+↑→uO↑↑，直至uO＝UZ，u+＝+UT，为第一暂态。8.2.2方波发生器第一暂态：uO＝UZ，u+＝+UT。343.工作原理

电容正向充电，t↑→u-↑，t→∞，u-

→UZ；但当u-

＝+UT时，再增大，uO从+UZ跃变为－UZ，u+＝－UT，电路进入第二暂态。

电容放电，t↑→u-

↓，t→∞，u-

→－UZ；但当u-

＝－UT时，再减小，uO从－UZ跃变为+UZ，u+

＝+UT，电路返回第一暂态。8.2.2方波发生器354.波形分析8.2.2方波发生器365.占空比可调电路

正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。8.2.2方波发生器378.2.3三角波发生器

1.电路组成

用积分运算电路可将方波变为三角波。两个RC环节实际电路将两个RC环节合二为一为什么采用同相输入的滞回比较器？uO要取代uC，必须改变输入端。集成运放应用电路的分析方法：化整为零（分块），分析功