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1、第9章 波形的发生和变换电路9.1 正弦波振荡电路9.1.1 概述放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定 频率和幅值的交流信号（又称振荡器）。频率和幅值的交流信号（又称振荡器）。输出的交流电能是从电源输出的交流电能是从电源 的直流电能转换而来的。的直流电能转换而来的。信号发生器从波形上分为正弦波振荡器和非正弦信号发生器从波形上分为正弦波振荡器和非正弦 波振荡器（方波、锯齿波、三角波等）。波振荡器（方波、锯齿波、三角波等）。信号发生器：振荡波形：应用：应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、 超声波发
2、生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。AF = a+ f= 2n振荡条件幅度平衡条件 仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。1、产生正弦波振荡的条件相位平衡条件n = 0,1,22 2） 幅度条件幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，必须有足够的反馈表明反馈放大器要产生自激振荡，必须有足够的反馈 量量( (可以通过调整放大倍数可以通过调整放大倍数A A 或反馈系数或反馈系数F F 达到达到) ) 。3 3） 起振及稳幅振荡的过程起振及稳幅振荡的过程 起振过程中起振过程中: : 要
3、求要求 |AF|1 ， 稳定振荡时稳定振荡时: : 要求要求 |AF|=1，从从 AFAF 1 1 到到 AFAF = = 1 1，就是自激振荡建立的过程。就是自激振荡建立的过程。可使输出电压的幅度不断增大。可使输出电压的幅度不断增大。使输出电压的幅度得以稳定。使输出电压的幅度得以稳定。 起始信号的产生：起始信号的产生：电源接通时，在电路中激起一个微小的扰动电源接通时，在电路中激起一个微小的扰动 信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。讨论：讨论： 1 1） 相位条件相位条件意味着振荡电路在意味着振荡电路在频率频率f f0 0
4、下下必须是必须是正反馈正反馈； 正弦波振荡电路只在一个频率正弦波振荡电路只在一个频率(f (f0 0) )下满足下满足相位平衡条件。相位平衡条件。 所以所以正弦波振荡电路正弦波振荡电路必须有一个必须有一个选频网络。选频网络可设在 中或 中。选频网络选频网络由由 RCRC元件或元件或 LCLC元件组成元件组成。2、正弦波振荡电路的组成及各部分的作用 （1）放大电路 没有放大，不可能产生振荡。要保证电路具有放大功能（2）反馈网络 形成正反馈，以满足相位平衡条件（3）选频网络 以产生单一频率的正弦波(RC、LC)（4）稳幅电路 以保证输出端得到不失真的正弦波，使振荡稳定 3、正弦波振荡电路的分类LC
5、LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路: :输出功率大、频率高。输出功率大、频率高。 RCRC正弦波振荡电路正弦波振荡电路: :输出功率小、频率低。输出功率小、频率低。石英晶体正弦波振荡电路：频率稳定度高。石英晶体正弦波振荡电路：频率稳定度高。根据选频网络所用元件来命名根据选频网络所用元件来命名4、判断电路是否为正弦波振荡电路的方法和步骤a. 检查电路的组成部分c. 将电路在放大器反馈端断开，利用瞬时极性法判断电路是否满足相位平衡条件 b. 检查放大电路是否正常工作d. 分析是否满足振荡产生的幅度条件。一般AF应略大于19.1.2 RC正弦波振荡电路电路的构成RC 串并联网络是 正反馈网络，Rf 和
6、R1为负反馈网络。RC串并联网络与Rf、R1负反馈支路正好构成一个桥路，称为桥式。令0=1/RC1、RC串并联网络的频率特性反馈系数反馈系数=0=1/RC 或 f = f0 =1/2RCFVmax=1/3RC串并联网络的频率特性曲线当 f=f0 时的反馈系数 FVmax=1/3。此 时的相角 f =0。改 变RC可调节谐振频率稳定振荡条件稳定振荡条件 A Au uF F = 1 = 1 ，| | F F |= 1/ 3|= 1/ 3，则则起振条件起振条件 A Au uF F 1 1 ，因为因为 | | F F |=1/ 3|=1/ 3，则，则考虑到起振条件AuF 1, 一般应选取 RF 略大于
7、2R1 。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重非线性 失真。2.振荡的建立与稳定3. 振荡频率与振荡波形因为 A = 0，而仅在 f 0处 F = 0 ，满足相位平衡条件，所以振荡频率 f 0= 1 2RC。改变R、C可改变振荡频率RC振荡电路的振荡频率一般在1MHz以下。振荡频率由相位平衡条件决定。振荡频率为单一频率 f 0，故振荡波形是正弦波4.4.稳幅措施稳幅措施振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R1实现的。R1是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R1上所加的电压升高，即温度升高，R1的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在Rf 的位置。
8、改变开关改变开关KK的位置可改变选频的位置可改变选频 网络的电阻，实现频率粗调；网络的电阻，实现频率粗调； 改变电容改变电容C C 的大小可实现频率的大小可实现频率 的细调。的细调。振荡频率振荡频率5. 5.振荡频率的调整振荡频率的调整+ +R RF FR RC CC C u uOO + +S SS SR R1 1R R2 2R R3 3R R3 3R R2 2R R1 1例例 1 1 ：. 试分析D1、D2自动稳幅原理；. 估算输出电压V0m；(VD=0.6V). 若R2短路时，试画出V0的波形；. 若R2开路时，试画出V0的波形；解：解：.稳幅原理当v0幅值很小时， D1、D2接近 开路，
9、R3=2.7K。当v0幅值较大时， D1或D2 导通，R3减小，AV下降。V V0 0 幅值趋与稳定幅值趋与稳定。起起振。振。.估算输出电压V0m (设VD=0.6V)II1.若R2短路时(4). 若R2开路时，输出电压V0的波形AVR5单位时间内脉冲个数表示电压 的数值，故实现A/D转换若uI0，则电路作何改动？9.2.4 压控振荡器9.3 波形变换电路周期性变化的信号方波三角波比较器积分器微分器锯齿波正弦波精密整流9.3.1 三角波-锯齿波变换电路三角波上升的 半个周期中,方 波为负,使T夹断 ,这时 vo=vi三角波下降的半个周期中,方波为正,使T工作在可变 电阻区,与其他电阻相比其阻值
10、可忽略。这时 vo=-viARf=RR2=1/2RR1=R1/2R1/2R100KR 20PDT+15V-15VRfR19.3.2 三角波-正弦波变换电路为什么一般的整流电路不能作为精密的信号处理电路？若uImaxUon ，则uO仅在大于Uon近似为uI，失真。精密整流电路是信号处理电路，不是电源中AC-DC的能量 转换电路；实现微小信号的整流。9.3.3 精密整流电路设RRf对于将二极管和晶体管作电子开关 的集成运放应用电路，在分析电路时 ，首先应判断管子相当于开关闭合还 是断开，它们的状态往往决定于输入 信号或输出信号的极性。精密整流电路的组成半波整流，若加uI的负半周，则实现全波整流全波
11、精密整流电路二倍频三角波绝对值运算电路uot- +R2R1+R4CuoR+ R3改变三角波发生器中 积分电路的充放电时间常 数，使放电的时间常数为0 ，即把三角波发生器转换 成了锯齿波发生器。uct7.3 锯齿波发生器- +R2R1+R4CuoR+ R3|ui | UZ+R2R1ui-+R3CuoRA1A2uo1D1D2把锯齿波发生器积分电路的充电电压由uo1变为ui ， 则锯齿波发生器转变为压频转换电路。即输出uo的 频率由输入电压ui的大小决定。7.4 压频转换设 uo1=+UZ ，则D2截止，D1导通 ， ui 给电容C充电， uo下降，当 uo下降到U+L时uo1翻转到-UZ ，这 时， D1截止，D2导通，电容C快 速放电，uo上升，当uo上升到U+H 时uo1翻转到+UZ 。如此周期变化 。 uo为锯齿波。工作原理：+R2R1ui-+R3CuoRA1A2uo1D1D2uctuc UHUL uo tULUH+R2R1ui-+R3CuoRA1A2uo1D1D2由电路的工作情况可知：改变电压uiuo的频率变化充电电压变化因此，称该电路为 压频转换电路。tuc UHUL充电时间变化由工作原理可知，uo在U+L 、 U+H之间变化：+R2R1ui-+R3CuoRA1A2uo1D1D2
