《波形发生电路》ppt课件

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1、第九章 波形发生电路,9.1 正弦波振荡电路的分析方法,9.1.1 产生正弦波振荡的条件,如果：,则去掉 ，仍有信号输出。,反馈信号代替了放大电路的输入信号。,放大电路产生自激振荡的条件,产生自激振荡的条件是,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。,对照第五章中所讨论的负反馈放大电路产生自激振荡的条件：,与本节得到的自激振荡条件 相比，两者相,差一个负号，这是由于两者反馈极性不同所致。,反馈放大电路输入信号和反馈信号的符号关系：,问题1：如何起振？,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

2、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：,，且A+ F =2n，即可起振。,问题2：如何稳幅？,起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅措施，这时若 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 ，即可稳幅。,起振并能稳定振荡的条件：,稳幅由电路中的非线性元件实现,9.1.2 正弦波振荡的组成和分析步骤,组成：放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅环节,分析步骤：,一、判断能否产生正弦波振荡,1. 是否具备正弦波振荡的组成部分； 2. 静态工作点是否能保证放大 电路正常工作

3、； 3. 是否满足自激振荡条件（相位条件 和幅度条件）。,二、估算振荡频率和起振条件,振荡频率由相位平衡条件决定，起振条件由幅度条件 决定。,9.2 RC 正弦波振荡电路,9.2.1 RC 串并联网络振荡电路,R1、C1 ，R2、C2 ，RF ，R 组成电桥的四个臂文氏电桥电路。,一、RC串并联网络的选频特性,低频时，1/C1R1，1/C2R2 ，此时可将R1和1/C2忽略。低频等效电路为：,高频时，1/C1R1，1/C2R2 ，此时可将1/C1和R2忽略。高频等效电路为：,越低，1/C1越大， 的幅度越小，且其相位超前 越多。,当 0 时， 0，F +90。,越高，1/C2越小， 的幅度越小

4、，且其相位滞后 越多。,当 时， 0，F - 90。,只有当为某一中间值时，才有可能得到 的值较大，且 与 同相。,频率特性,取 R1=R2=R， C1=C2=C,则,令,则,当 时， ，,即当 时， ，且 与 同相,(a) 幅频特性,二、振荡频率与起振条件,相位平衡条件要求：,时,可见电路的振荡频率为,1 . 振荡频率,2 . 起振条件,时,起振条件要求,而同相比例运放的电压放大倍数为,为使电路起振，振荡电路中负反馈支路的参数必须满足,三、振荡电路中的负反馈,电路中电压串联负反馈的作用：,(1) 提高放大倍数的稳定性; (2) 改善振荡电路的输出波形; (3) 进一步提高放大电路的输 入电阻

5、，降低输出电阻;,(4) 减小放大电路对RC串并联网络选频特性的影响 (5) 提高振荡电路的带负载能力。,负反馈系数：,改变RF 或R的阻值大小可以调节负反馈的深度，使振荡电路产生比较稳定而失真又较小的正弦波信号。,能自行启动的电路（1）,负反馈系数：,起振时，RT 略大于2R，使|AF|1，以便起振；,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。,能自行启动的电路（2）,负反馈系数：,R22 为一小电阻，使(R21+R22 )略大于2R1，| AF |1，以便起振；,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

6、 稳定在某值。,四、振荡频率的调节,通过调整 R 或 C 来调整频率。,K：双联波段开关， 切换R，用于粗 调振荡频率。,C：双联可调电容， 改变C，用于细 调振荡频率。,电子琴的振荡电路：,例：一台由文氏电桥振荡电路组成的正弦波信号发生器，采用如图方法调节输出频率。切换不同的电容作为频率粗调，调节同轴电位器作为细调。已知C1、C2、C3、分别为0.25F、0.025F 、0.0025F ，固定电阻R=3k，电位器RW =30k。试估算该仪器三挡频率的调节范围。,解：(1) 在低频挡，C=0.25F， 当电位器调至最大时， R+RW =(3+30)k=33k,当电位器调至零时，R+RW =3k

7、,(2) 在中频挡，C=0.025F。当电位器调至最大时，,当电位器调至零时，,(3) 在高频挡，C=0.0025F。当电位器调至最大时，,当电位器调至零时，,该仪器三挡频率的调节范围是：19Hz212Hz， 190Hz2.12kHz， 1.9kHz21.2kHz，,三挡频率均在音频范围内，且三挡之间互相有一部分覆盖，故能在19Hz21.2kHz的全部范频率围内连续可调，是一台频率可调的音频信号发生器。,五*、用分立元件组成的RC振荡器,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。,9.2.2* 其他形式的RC 振荡电路,一、移相式振荡电路,放大电路，采用反相

8、输入方式，A=180。,正反馈网络，采用三节RC 移相电路，每节RC 移相范围为090，三节总相移0270，故必存在一频率，使移相电路的相移为180。,即此时 AF = A + F = 360，满足振荡相位平衡条件。,通常选C1 = C2 = C3 = C，R1 = R2 = R，此时，电路的振荡频率为：,起振条件为：,二、双 T 选频网络振荡电路,+,-,A,R,RF,R3,C,2C,C,R,R,R3 略小于R/2，此时电路的振荡频率为：,当 f = f0 时，双 T 网络的相位移F = 180，而反相输入比例电路的相位移F = 180，AF = A + F = 360，满足振荡相位平衡条件

9、。,放大电路的放大倍数必须足够大，以满足,三种RC振荡电路的比较（课本表8 - 1）,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。,9.3* LC 正弦波振荡电路,首先介绍 LC 选频网络的特性。,9.3.1 LC 并联电路的特征,电路的复数导纳为：,当回路导纳的虚部等于0时，回路呈现纯电阻，回路电流与电压同相，电路发生并联谐振。谐振角频率为 0 ，则：,令,谐振回路的品质因数,则,当Q1 时，,当LC回路发生并联谐振时，,LC并联回路阻抗的一般表达式,在谐振频率附

10、近，即当 0 时，,不同Q值时LC并联回路的幅频特性和相频特性（Q1Q2） ：,感性,容性,纯阻,LC并联回路具有选频特性； 谐振频率 f0 的数值与电路参数有关； Q值越大，选频特性越好，谐振时的阻抗值Z0也越大。,谐振时回路中的电流,谐振时电容中电流的幅值：,LC并联回路的输入电流为：,即,当Q1时,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！,例1：LC并联谐振电路中, L=1mH, C=0.1F, R=10， U=1V。求谐振时的 f0、I0、IC、IL。,=15924 Hz,=1000 ,I0=U/Z0 =1/1000=1 mA,IC =U/ ZC =10 mA,IL

11、 =U/ ZLR =9.95 mA,结论:并联谐振电路中 IC IL I0,谐振信号通过互感线圈引出,互感线圈的极性判别,磁棒,初级线圈,次级线圈,同极性端,+,+,+,例1：,正反馈,频率由LC谐振网络决定。,9.3.2 LC正弦波振荡器举例,振荡频率:,判断是否是正反馈:用瞬时极性法判断,利用晶体管共射极放大器集电极电位变化与基极反相，发射极与基极同相； 利用互感线圈的同极性端电位变化相位相同。,例2：,正反馈,设uB ,uC ,uD ,uB ,uL2 ,ube ,uL1 ,D,瞬时极性法判断：,+,+,+,反相,+,正反馈,振荡频率由C 、 L1 、 L2谐振网络决定。,M为两线圈的互感

12、,例3：,正反馈,设uB ,uC ,uC1 ,uC2 ,uB ,频率由 L 、 C1 、 C2 组成的谐振网络决定。,uC1 ,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,+,+,例3：瞬时极性法判断：,正反馈,振荡频率:,其中：,例4：,正反馈,设uB ,uC ,uE ,ube ,uA ,ube ,uC1 ,用瞬时极性法判断：,+,+,+,ube增加,正反馈,频率由 L 、 C1 、 C2 组成的谐振网络决定。,9.4* 石英晶体振荡器,Q 越大， LC 振荡电路的幅频特性曲线越尖锐，选频特性越好；相频特性在 f0 附近也越陡，频率的稳定度越

13、高。,石英晶体的 Q 值高，选频特性好，频率稳定高,9.4.1 石英晶体的基本特性和等效电路,一、基本特性,压电效应、压电谐振，固有频率（谐振频率）,二、等效电路,静电电容C0 等效电感L：表示机械振动的惯性 等效电容C：表示晶片的弹性,串联谐振频率：,并联谐振频率：,石英晶体的电抗-频率特性：,容性,感性,容性,9.4.1 石英晶体振荡电路,一、并联型,振荡频率：,此时晶体呈感性,二、串联型,一、电路结构,上下门限电平：,下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端。,9.5 非正弦波形发生电路 9.5.1 矩形波发生电路,二、工作原理,1. 设 uo = + UOM,此时，

14、输出给C 充电!,则：u+=UH,一旦 uC UH , 就有 u- u+ ,在 uC UH 时，,u- u+ ,uo 保持 + UOM 不变；,uo 立即由UOM 变成UOM,此时，C 经输出端放电。,2. 当uo = -UOM 时，,u+=UL,uC降到UL时，uo上翻。,当uo 重新回到UOM 以后，电路又进入另一个 周期性的变化。,0,输出波形：,RC电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。,下行迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。,矩形波发生器各部分的作用：,三、周期与频率的计算,f=1/T,uC上升阶段表示式:,uC下降阶段表示式:,矩形波发生器电路的改进：,思考题：点 b

15、是电位器 RW 的中点，点 a 和点 c 是 b 的上方和下方的某点 。试定性画出点电位器可动端分别处于 a、b、c 三点时的 uo - uC 相对应的波形图。,占空比可调的矩形波发生电路,电路一：方波发生器 矩形波积分电路三角波,9.5.2 三角波发生器,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。,uo,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。,电路二：电路一的改型,反向积分电路,上行迟滞比较器,特点：由上行的迟滞比较器和反相积分器级联构成，迟滞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迟滞比较器的输入。,上行的迟滞比较器,回顾:,上下门限电平：,回顾:,反相积分器,周期和频率的计算：,电路三：是电路二的改型电路,调整电位器 RW 可以使三角波上下移动。即给纯交流的三角波叠加了一个直流分量。,T1 时间段，电容 C 通过 R 放电,T2 时间段，电容 C 通过 R 充电,充放电的 时间T1、T2可通过 R、R调整。 当R=0时，则为锯齿波发生器。,电路四：是电路二的改进电路,uo1被嵌位 于Uz,9.5.3 锯齿波发生电路,改变三角波发生器中积