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1、第八章 波形发生器,8.1 正弦波振荡电路的分析方法,8.2 RC 正弦波振荡电路,8.3 LC 正弦波振荡电路,8.4 石英晶体振荡器,8.5 非正弦波发生电路,8.1 正弦波振荡电路的分析方法,8.1.1 产生正弦波振荡的条件,放大电路,反馈网络,如果反馈电压 uf 与原输入信号 ui 完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号自激振荡。,图 8.1.1 反馈放大电路产生自激振荡的条件,由此知放大电路产生自激振荡的条件是：,即：,所以产生正弦波振荡的条件是：,幅度平衡条件,相位平衡条件,8.1.2 正弦波振荡电路的组成和分析步骤,组成：放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅
2、环节。,分析步骤：,一、判断能否产生正弦波振荡,1. 检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分；,2. 检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作；,3. 分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件和振幅平衡条件。,判断相位平衡条件的方法是：瞬时极性法。,二、估算振荡频率和起振条件,8.2 RC 正弦波振荡电路,8.2.1 RC 串并联网络振荡电路,电路组成：,放大电路 集成运放 A ；,选频与正反馈网络 R、C 串并联电路；,稳幅环节 RF 与 R 组成的负反馈电路。,图 8.2.1,图 8.2.2,一、RC 串并联网络的选频特性,Z1,Z2,取 R1 = R2 = R ， C1 = C2
3、= C ，令,则：,得 RC 串并联电路的幅频特性为：,相频特性为：,最大，F = 0。,1/3,+90,-90,图 8.2.3,二、振荡频率与起振条件,1. 振荡频率,2. 起振条件,f = f0 时，,由振荡条件知：,所以起振条件为：,同相比例运放的电压放大倍数为,即要求：,三、振荡电路中的负反馈,引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。,反馈系数,改变 RF，可改变反馈深度。增加负反馈深度，并且满足,则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。,采用具有负温度系数的热敏电阻 RT 代替反馈电阻 RF ，可实现自动稳幅。,RT,图 8
4、.2.4,8.2.2 其他形式的 RC 振荡电路,一、移相式振荡电路,集成运放产生的相位移 A = 180，如果反馈网络再相移 180，即可满足产生正弦波振荡的相位平衡条件。,振荡频率为：,270,180,90,当 f = f0 时，相移 180，满足正弦波振荡的相位条件。,起振条件：RF 12 R,图 8.2.6,二、双 T 选频网络振荡电路,振荡频率约为：,当 f = f0 时，双 T 网络的相移为 F = 180；反相比例运放的相移 A = 180，因此满足产生正弦波振荡的相位平衡条件。,如果放大电路的放大倍数足够大，同时满足振幅平衡条件，即可产生正弦波振荡。,图 8.2.8,表 8 -
5、 1 三种 RC 振荡电路的比较,8.3 LC 正弦波振荡电路,8.3.1 LC 并联电路的特性,当频率变化时，并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。,并联电路的导纳：,当,电路发生并联谐振。,图 8.3.1,并联谐振角频率,令：,谐振回路的品质因数,当 Q 1 时,谐振频率：,回路等效阻抗：,LC 并联回路的阻抗：,发生并联谐振时，,在谐振频率附近，,可见，Q 值不同，回路的阻抗不同。,不同 Q 值时，LC 并联电路的幅频特性：,Z01,Z02,Q1 Q2,Q1,Q2,相频特性：,Q1,Q2,Q1 Q2,感性,纯阻,容性,结论：,1. 当 f = f0 时，电路为纯电阻性，等效阻抗最大；当 f
6、 f0 时，电路为容性。所以 LC 并联电路具有选频特性。,2. 电路的品质因数 Q 愈大，选频特性愈好。,图 8.3.2,谐振时 LC 回路中的电流,电容支路的电流：,并联回路的输入电流：,所以：,当 Q 1 时，,结论：谐振时，电容支路的电流与电感支路的电流大小近似相等，而谐振回路的输入电流极小。,8.3.2 变压器反馈式振荡电路,一、电路组成,用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。,二、振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,图 8.3.3 变压器反馈式 振荡电路,8.3.3 电感三点式振荡电路,一、电路组成,用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。,二
7、、振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,图 8.3.4,8.3.4 电容三点式振荡电路,一、电路组成,用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。,二、振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,图 8.3.5,8.3.5 电容三点式改进型振荡电路,振荡频率,选择 C C1， C C2，,则：,减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于产生高频振荡。,图 8.3.6,表 8 - 2 各种 LC 振荡电路的比较,8.4 石英晶体振荡器,8.4.1 石英晶体的基本特性和等效电路,一、基本特性,压电效应：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产生机械变形；若在晶片上施加机械压力，在晶片相应的方
8、向上会产生一定的电场。,压电谐振：晶片上外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅突然增加。,二、等效电路,符号：,串联谐振频率,并联谐振频率,电抗频率特性,fs,fp,容性,容性,感性,图 8.4.1,图 8.4.2,8.4.2 石英晶体振荡电路,一、并联型石英晶体振荡电路,交流等效电路,振荡频率,由于,图 8.4.3,二、串联型石英晶体振荡电路,图 8.4.4 串联型石英晶体振荡电路,当振荡频率等于 fS 时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。,振荡频率,调节 R 可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。,8.5 非正弦波发生电路,8.5.1 矩形波发生
9、电路,一、电路组成,RC 充放电回路,滞回 比较器,图 8.5.1,图 8.5.2,滞回比较器：集成运放、R1、R2；,充放电回路：R、C；,钳位电路：VDZ、R3。,二、工作原理,设 t = 0 时，uC = 0，uO = + UZ,则,u+,u-,当 u- = uC = u+ 时，,t1,t2,则,当 u- = uC = u+ 时，输出又一次跳变， uO = + UZ,输出跳变， uO = - UZ,图 8.5.3,三、振荡周期,电容的充放电规律：,对于放电，,解得：,结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。,四、占空比可调的矩形波发生电路,图 8.5.4,使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。,充电时间 T1,放电时间 T2,占空比 D,图 8.5.5,图 8.5.6,一、电路组成,8.5.2 三角波发生电路,二、工作原理,当 u+ = u- = 0 时，滞回比较器的输出发生跳变。,图 8.5.7,三、输出幅度和振荡周期,解得三角波的输出幅度,当 u+ = u- = 0 时，uO1 跳变为 -UZ， uO 达到最大值 Uom 。,振荡周期,图 8.5.8,8.5.3 锯齿波发生电路,一、电路组成,二、输出幅度和振荡周期,图 8.5.9,
