模拟电子技术 课件 31 RC正弦波振荡器- 35 精密整流电路

模拟电子技术梁长垠教授项目五波形产生与变换电路的制作与测试梁长垠教授正弦波振荡器基础01正弦波振荡器组成02正弦波振荡器分类03RC正弦波振荡器04一、正弦波振荡器基础1.产生自激振荡的条件（1）振幅平衡条件正弦波振荡电路框图如图示。其中

是放大电路，

是反馈网络。（2）相位平衡条件放大倍数与反馈系数乘积的模为1其中n为整数，即放大电路的相移与反馈网络的相移之和为

，引入的反馈为正反馈，反馈端信号

与输入端信号

同相。当

时，有（电路产生自激振荡条件）（3）起振的振幅条件正弦波振荡器基础01正弦波振荡器组成02正弦波振荡器分类03RC正弦波振荡器04二、正弦波振荡器组成1.正弦波振荡器的电路组成正弦波振荡电路由放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节。（1）放大电路实现能量的转换，即用能量较小的输入信号来控制另一个能源，使输出端的负载上得到能量较大的信号。（2）选频网络用来确定电路的振荡频率，使电路能够输出所需要的正弦波。（3）正反馈网络使电路满足相位平衡条件，以反馈量作为放大电路的净输入量。（4）稳幅环节可以使电路的输出信号得到稳定的幅值。需说明的是，在很多正弦波振荡电路中，选频网络与反馈网络合在一起，即同一个网络既有选频作用，又起反馈作用。2.正弦波振荡电路各部分作用正弦波振荡器基础01正弦波振荡器组成02正弦波振荡器分类03RC正弦波振荡器04三、正弦波振荡器分类正弦波振荡器RC正弦波振荡器LC正弦波振荡器石英晶体正弦波振荡器正弦波振荡器基础01正弦波振荡器组成02正弦波振荡器分类03RC正弦波振荡器04四、RC正弦波振荡器1.RC正弦波振荡器（文氏桥振荡电路）（1）RC正弦波振荡器电路组成RC正反馈网络、集成运算放大器（2）RC正弦波振荡器电路原理起振条件>3RC正弦波振荡电路形式有RC串并联网络做选频网络和正反馈网络的

桥式正弦波振荡电路。四、RC正弦波振荡器2.实用RC正弦波振荡器电路热敏电阻RC桥式正弦波振荡电路二极管的RC桥式正弦波振荡电路利用热敏电阻实现振荡电路的稳幅利用二极管的非线性实现振荡电路的稳幅本次课程到此结束，再见梁长垠教授模拟电子技术梁长垠教授项目五波形产生与变换电路的制作与测试梁长垠教授LC振荡器分类01变压器反馈式振荡器02电感三点式振荡器03电容三点式振荡器04一、LC正弦波振荡器分类1.LC正弦波振荡器组成2.LC正弦波振荡器的分类3.LC谐振回路的频率特性正弦波振荡电路由放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节。选频网络为LC并联回路，主要用于产生高频正弦波信号(>1MHz)。LC正弦波振荡器变压器反馈式振荡电路电感三点式正弦波振荡电路电容三点式正弦波振荡电路LC振荡器分类01变压器反馈式振荡器02电感三点式振荡器03电容三点式振荡器04二、变压器反馈式振荡器2.变压器反馈式正弦波振荡器原理LC并联电路作为分压式共射放大电路三极管的集电极负载，起选频作用；反馈是由变压器副边绕组N2来实现的，将输出的一部分经Cb反馈到输入端；电路产生的正弦波通过变压器的绕组N3送给负载。变压器反馈式LC正弦波振荡电路1.变压器反馈式正弦波振荡器组成①相位平衡条件的判断在反馈输入端K处断开，采用瞬时极性法进行判断，由于在谐振时，

并联电路呈纯电阻性，设三极管T基极上的瞬时极性为正，则集电极为负，而变压器的原边绕组N1和副边绕组N2各有一端交流接地，即L1的瞬时极性为上正下负。根据同名端的概念，N2上端瞬时极性为正，反馈至K处的瞬时极性为正，为正反馈，满足振荡的相位平衡条件。三、LC正弦波振荡器②振幅起振条件的判断电路中，由于原边绕组N1和副边绕组N2绕在同一个磁芯上，耦合因数大，只要变压器的变比设计恰当，三极管的静态工作点设置合理以及变压器原、副边绕组之间的相对位置合理以致互感等参数合适，一般都可满足幅值条件。当Q值较高时，振荡频率3.变压器反馈式正弦波振荡器电路特点变压器反馈式振荡电路易于起振，输出电压波形失真较小，应用范围广泛；采用可变电容器可使输出正弦波信号的频率连续可调；由于输出电压与反馈电压靠磁场耦合，因而也具有耦合不紧密，损耗较大的缺点，在使用中应该加以注意。变压器反馈式LC振荡电路的振荡频率通常为几兆赫至十几兆赫。2.变压器反馈式正弦波振荡器原理LC振荡器分类01变压器反馈式振荡器02电感三点式振荡器03电容三点式振荡器04三、电感三点式正弦波振荡器1.电感三点式振荡电路结构绕组N1和N2是按同一方向绕制的，在适当的地方抽头作为它们的公共端点（称为中间抽头）。如果画出电路的交流通路，可知线圈L1和L2的三个端点分别接在三极管的三极，所以称为电感三点式振荡电路，又称哈特莱式振荡电路。工作原理与变压器反馈式电路相同。（2）电感三点式振荡电路特点

电感三点式振荡电路简单，易于起振。但由于反馈信号取自电感

，

电感对高次谐波的感抗大，输出振荡电压的谐波分量增大，波形

较差，常用于对波形要求不高的设备中，振荡频率在几十兆赫以下。LC振荡器分类01变压器反馈式振荡器02电感三点式振荡器03电容三点式振荡器04四、电容三点式正弦波振荡器1.电容三点式振荡电路结构电感L、电容C1、C2构成LC并联电路，由于反馈电压取自电容（它的容抗随频率升高而变小。采用瞬时极性法可判断此图说明满足相位平衡条件；只要电路参数合适，它也可满足幅值条件。2.电容三点式振荡电路特点

电容三点式振荡电路简单，易于起振。由于反馈信号取自电容C2，它

的容抗随频率升高而变小，反馈电压中谐波分量小，输出波形较好，

而且电容C1和C2的容量可以选得较小，振荡频率可达100MHz以上。如果画出电路的交流通路，可知电容C1和C2的三个端点分别接在三极管的三极，这种电路又称考毕兹振荡电路。本次课程到此结束，再见梁长垠教授模拟电子技术梁长垠教授项目五波形产生与变换电路的制作与测试梁长垠教授石英晶体结构特性01石英晶体等效电路02石英晶体频率特性03石英晶体振荡器04一、石英晶体结构与特性（1）石英晶体的结构

石英晶体是二氧化硅结晶体，从石英晶体上按一定方位切割下来的薄片叫石英晶片，不同切向的晶片其特性是不同的；在它的两个对应表面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，把它密封于金属或玻璃壳内就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体。（2）石英晶体的压电效应当晶片外加一个变化电场时，晶体会产生机械形变；当极板间施加机械力，晶体内会产生交变电场，这种现象称为压电效应。利用压电效应，当极板外加交变电压时，产生机械形变；机械形变反过来产生交变电场。机械形变振幅较小，晶体振动的频率比较稳定。当外加交变电压的频率和晶体的固有频率相等时，机械振动的振幅急剧增加。振动最强，通过晶体的交变电流最大，这时称为压电谐振。因此，石英晶体又称为石英谐振器。石英晶体结构特性01石英晶体等效电路02石英晶体频率特性03石英晶体振荡器04二、石英晶体的等效电路当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器C0，称为静电电容，一般约几个皮法到几十皮法。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效，一般L的值为几十毫亨；晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002—0.1pF；晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100。由于晶片的等效电感很大，而C和R很小，因此回路的品质因数Q很大，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。石英晶体符号与等效电路石英晶体结构特性01石英晶体等效电路02石英晶体频率特性03石英晶体振荡器04石英谐振器有两个谐振频率。三、石英晶体的电抗频率特性石英晶体的电抗频率特性（1）当L、C、R串联支路发生谐振时，它的等效阻抗最小(等于R)，串联谐振频率为（2）当频率高于fs时，L、C、R支路呈感性，可与电容C0发生并联谐振，并联谐振频率为由于C<<C0

，因此fp和fs非常接近，在晶体振荡器中，常使石英晶体工作在fs<f<fp

极窄的范围内，石英晶体呈感性。由于Q值大，振荡器的频率稳定性很高。石英晶体结构特性01石英晶体等效电路02石英晶体频率特性03石英晶体振荡器04石英晶体振荡器利用石英晶体固有谐振频率极其稳定可构成高频率稳定度的正弦波振荡器，也称石英晶体振荡器，其频率稳定度高达

量级并联型石英晶体振荡电路串联型石英晶体振荡电路输出信号经晶体所在的反馈支路反馈回输入端的为正反馈，电路满足振荡的相位平衡条件，电路能实现振荡。电路振荡的频率将由石英晶体等效电路中LCR串联支路决定，即振荡频率为fs，图中电位器Rp用来调整正反馈的强度以减少波形的失真。若将石英晶体视为感性元件，则电路本身就是一个电容三点式的LC振荡器。若用瞬时极性法分析电路中各点电位，得知电路也满足振荡的相位平衡条件。而电路的振荡频率即为石英晶体并联谐振频率

。本次课程到此结束，再见梁长垠教授模拟电子技术梁长垠教授项目五波形产生与变换电路的制作与测试梁长垠教授矩形波发生器01三角波发生器02锯齿波发生器03多波形发生器04一、矩形波发生器（1）矩形波发生器描述

矩形脉冲发生电路常作为数字电路的信号源或模拟电子开关的控制信号。矩形波发生电路只有两个暂态，即输出不是高电平就是低电平，而且两个暂态自动地相互转换，从而产生自激振荡。（2）矩形波发生器电路

该电路是在迟滞电压比较器的基础上，增加了一个由RF和C构成的负反馈电路。将输出电压的一部分加到同相端，电路没有外输入电压。一、矩形波发生器（3）矩形波发生器工作原理电路中，加在反相端和

进行比较的信号为电容C上的电压

。输出电压

被稳压管Dz限幅，输出电压最大值为±UZ。刚通电时，假设

，此时为正值，

，

经

RF向电容C充电，电容上的电压

按指数规律增加。当

增加到

时，

跳变到

，于是

，这时

,，电容C开始通过RF放电，而后又反向充电，当充电到

时，

又跳变到

，如此周而复始，在输出端就得到了矩形波。改变正反向充电时间常数即可得到方波。一、矩形波发生器（4）实用矩形波发生器该电路中，由于二极管的单向导电性，使电容的充放电电阻分别为

和

，只要选择

，使电容充放电时间常数不相等，即可得到矩形波输出。右图为一矩形波发生器电路与仿真波形。矩形波发生器01三角波发生器02锯齿波发生器03多波形发生器04二、三角波发生器1.三角波发生器电路组成三角波发生器电路由迟滞比较器A1和反相积分器A2组成。2.三角波发生器工作原理集成运放A1的反相输入端电压

，其同相输入端电压由叠加定理可得设t=0时，

，

，

，则电容C通过R2开始充电，输出电压

开始减小，

也开始减小。当

时，二、三角波发生器2.三角波发生器工作原理由此可见此时

发生跳变，

，

也跳变为负值，这时uo<0，

，电容C通过

、

R2放电，使

随时间线性增加，

也随之增加。当

时，输出电压

增加到

，

再次发生跳变，

，

也跳变为正值。如此周期性的变化，

A1输出的是矩形波电压

，A2输出的是三角波电压

。矩形波发生器01三角波发生器02锯齿波发生器03多波形发生器041.锯齿波发生器电路三、锯齿波发生器图中RP为可调电位器，D1

RP1、C组成充电回路，D2

、RP2、C组成放电回路，调节RP

使RP1>>

RP2

，则负向积分时间小于正向积分时间，相对应的输出电压uo线性上升段比下降段长。2.锯齿波发生器电路原理锯齿波发生器的电路与三角波发生器的电路基本相同，只是把积分电路反相输入端的电阻分为两路，使积分器的正向积分和反向积分的速率不相同，从而形成锯齿波。矩形波发生器01三角波发生器02锯齿波发生器03多波形发生器04四、多波形发生器1.集成函数发生器ICL8038集成函数发生器使一种可以同时产生多种波形（例如正弦波、方波、三角波、锯齿波等）的专用集成电路。通过调节外围元件参数就可以获得不同占空比的矩形脉冲与锯齿波。2.集成函数发生器ICL8038结构ICL8038的内部电路框图以及引脚功能图，主要由恒流源、电压比较器、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组成，外接电容控制两个恒流源充电和放电就可以控制输出频率，调整外部电阻和电容就能产生从0.001HZ～300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。芯片具有调频信号输入端,可以用来对低频信号进行频率调制。四、多波形发生器3.集成函数发生器ICL8038结构ICL8038的矩形波输出为集电极开路形式，需要外接电阻RL至正电源正。RA和RB可独立调整，当RA=RB时，矩形波的占空比为50%。本次课程到此结束，再见梁长垠教授模拟电子技术梁长垠教授项目五波形产生与变换电路的制作与测试梁长垠教授普通二极管整流01精密半波整流电路02精密全波整流电路03实用精密整流电路04一、普通二极管整流电路普通二极管整流原理：在稳压电源电路中，由二极管构成的半波、全波或桥式整流电路都是针对大交流信号的整流，当输入电压uI幅值小于二极管的开启电压Uon时，二极管在信号的整个周期均处于截止状态，输出电压始终为零。所以，普通二极管整流也称为大信号整流。普通二极管整流01精密半波整流电路02精密全波整流电路03实用精密整流电路04二、精密半波整流电路1.反相型运放精密半波整流电路精密整流一般由二极管与集成运放共同组