《劳动出版社精品课件 《电子电路基础（第四版）》 A052999电子电路基础（第四版）第五章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《劳动出版社精品课件 《电子电路基础（第四版）》 A052999电子电路基础（第四版）第五章（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 波形发生器,在电子电路中，常需要各种波形的信号作为测量、通信或控制信号，波形发生器就是用来产生一定频率、一定幅度和一定变化特性交流信号的电路，在测量、通信、自动控制领域有着广泛的应用。,波形发生器实物 a) 高频信号发生器 b) 低频信号发生器,波形发生器实物 c) 函数信号发生器 d) 电视信号发生器,51 选频放大器与,正弦波振荡器,. 理解LC并联电路的频率特性和选频放大器的特点。 . 了解正弦波振荡器的组成和类型。 . 掌握自激振荡产生的条件。,学习目标,选频放大器的特点是：能在频率众多的信号中选出某一频率的信号加以放大。正弦波振荡器的特点是：无需外加信号，自己就能产生一定频率
2、、一定幅度的正弦波信号。,当信号频率 时，电路发生谐振，LC并联电路呈纯电阻性，等效阻抗值达到最大，附加相移0= 0。当 f f0 时， 0 0 ，电路呈电感性；当 f f0时， 0 0 ，电路呈电容性。,一、LC 并联电路的频率特性,LC并联电路的选频特性 a) LC并联电路 b) 阻抗频率特性 c) 相位频率特性,在无线电通信设备中，要求放大器具有选频放大能力，即放大器能在频率众多的信号中选出某一频率的信号并加以放大。具有选频放大能力的放大器称为选频放大器。 用LC并联电路取代放大器中原负载电阻，则放大器即具有选频放大能力。它对于频率等于谐振频率 的信号，输出电压最大，即具有最大的电压放大
3、倍数Auo，一旦信号频率偏离 f0，则电压放大倍数明显下降。 由于选频放大器通常都是利用LC调谐回路的谐振特性来选频，所以也称调谐放大器。,二、选频放大器的特点,选频放大器及其幅频特性 a) 原理电路 b) 选频放大器幅频特性,当输入端开关接通1端时，电路按选频放大器的原理工作。 由于电路无需外加信号，自己就能产生正弦电压信号，所以称为自激正弦波振荡器，简称正弦波振荡器。,三、正弦波振荡器的组成,从调谐放大器到振荡器,正弦波振荡器应包括一个基本放大器和一个正反馈网络,为了产生单一频率的正弦波,还必须有选频网络,此外,还要有稳幅环节, 以保证输出信号的稳定。,正弦波振荡器的组成及各部分作用,自激
4、振荡条件应包含以下两个条件： . 相位平衡条件 . 振幅平衡条件 一般取AF1，这样做是为了便于电路起振。 振荡电路只有同时满足相位平衡条件和幅度平衡条件才有可能起振。,四、自激振荡的条件,当开关S接到2端时，便成为自激振荡器。在接通电源瞬间，电路受到扰动，这个扰动就是初始信号，它具有跳变的特性，包含丰富的交流谐波，经LC回路选出频率为 的信号，通过L1回送到输入端，形成 “放大选频正反馈再放大” 不断循环的过程，振荡便由弱到强地建立起来。当振荡信号幅度达到一定数值时，由于三极管非线性区的限制作用 (有些振荡器设有专门的稳幅环节) 使放大倍数降低，振幅也就不再增大，最终使电路维持稳幅振荡。,五
5、、自激振荡的过程,从调谐放大器到振荡器,自激振荡的过程,当正弦波振荡器常按选频网络组成元件来命名，可分为LC振荡器 (包括石英晶体振荡器) 和RC振荡器两大类。 LC振荡器的振荡频率多在1MHz以上， RC振荡器的振荡频率较低，一般在1MHz以下。石英晶体振荡器的特点是振荡频率非常稳定。,六、正弦波振荡器的类型,52 LC振荡器,. 熟悉LC振荡器的组成和特点，能判断电路能否产生自激振荡。 . 能安装和调试电容三点式振荡电路。 . 能使用示波器观测振荡波形，并使用数字频率计测试振荡频率。,学习目标,选频网络采用的是LC调谐回路，反馈信号是由变压器送到放大器的输入端，这样组成的振荡器称为变压器反
6、馈式LC振荡器。 由于LC振荡器的振荡频率较高，而普通集成运放的频带较窄，所以放大器多采用分立元件电路，必要时还常采用频带较宽的共基放大电路。,一、变压器反馈式LC振荡器,. 共射变压器反馈式LC振荡器 该电路振荡频率为,共射变压器反馈式LC振荡器功率增益高，容易起振，但由于共射电流放大系数随工作频率的增高而急剧降低，所以当改变频率时振荡幅度将随之变化，因此共射振荡器常用于固定频率的振荡器。,. 共基变压器反馈式LC振荡器,共基变压器反馈式LC振荡器输出波形较好，振荡频率调节方便，一般采用固定电感与可变电容配合调节。,共射变压器反馈式LC振荡器,共基变压器反馈式LC振荡器,在变压器反馈式LC振
7、荡器中，由于反馈信号与输出信号靠磁路耦合，因而损耗较大。为了克服这一缺点，加强谐振效果，可采用直接从LC选频网络引出反馈信号的三点式振荡电路。 三点式LC振荡器分电感三点式和电容三点式两种。,二、三点式LC振荡器,. 电感三点式振荡器,电感三点式振荡器 a) 分立元件组成的电路 b) 交流等效电路 c) 集成运放组成的电路,该电路振荡频率为 由于L1和L2之间耦合很紧，故电路容易起振，输出幅度较大。但因反馈电压取自电感，输出信号中含有高次谐波较多，波形较差，常用于对波形要求不高的振荡器中。,. 电容三点式振荡器,振荡频率为 由于C1和C2的电容量可以取得较小，所以振荡频率可以很高，一般可达10
8、0MHz以上。由于反馈信号取自电容，所以反馈信号中所含高次谐波少，输出波形较好。其缺点是调节频率不便。,电容三点式振荡器 a) 分立元件组成的电路 b) 交流等效电路 c) 集成运放组成的电路,. 改进型电容三点式振荡器,改进型电容三点式振荡电路 a) 原理电路 b) 交流等效电路,该电路的振荡频率为 振荡频率仅由电容C3决定，与三极管的极间电容无关，频率稳定性提高，缺点是调节C3时，输出信号幅度会随着频率的增大而降低。,53 石英晶体振荡器,. 理解石英晶体的谐振特性。 . 熟悉石英晶体振荡器的组成和工作原理,能判断电路能否产生振荡。,学习目标,环境温度变化、电源电压波动或元件老化等都可能导
9、致选频网络参数变化，使振荡器的频率稳定度下降。采用石英晶体组成的振荡电路可以产生高精度和高稳定度的正弦波信号，常用于标准信号发生器、脉冲计数器、计算机时钟信号发生器等。,石英晶体振荡器简称晶振，是将天然的石英晶体按一定方向切割成很薄的晶片，再将晶片的两个相对表面抛光、镀银，并引出两个电极，封装而成。,一、石英晶体的特性,石英晶体振荡器 a) 结构 b) 图形符号 c) 外形,. 压电效应和压电谐振 当在石英晶体两极间加上交变电场时，晶片将会产生相应频率的机械变形；反之，当施加机械力使晶片产生机械振动时，晶片两极间会出现相应的交变电场，这种物理现象称为压电效应。一般情况下，无论是机械振动还是交变
10、电场，其振幅都很小，但是当外加交变电场的频率与石英晶体的固有频率相当时，振幅会骤然增大，这就是石英晶体的压电谐振。,. 等效电路和振荡频率,石英晶体的等效电路和频率特性 a) 等效电路 b) 频率特性,分析石英晶体的等效电路可知，它有两个谐振频率。 () 当RLC支路发生串联谐振时，等效为纯电阻R，阻抗最小，串联谐振频率为,() 当外加信号频率高于 fs 时， RLC支路呈电感性，与C0支路发生并联谐振，并联谐振频率为 石英晶体在频率为 fs 时呈纯阻性，在 fs 和 fp 之间呈感性，在此区域之外均呈容性。,. 并联型石英晶体振荡器 用石英晶体取代电容三点式振荡器中的电感，就得到并联型石英晶
11、体振荡器，如图a所示。石英晶体在回路中起电感的作用，即振荡频率在 fs与 fp之间。频率的稳定度很高。,二、石英晶体振荡器,并联型石英晶体振荡器 a) 原理电路 b) 交流等效电路,. 串联型石英晶体振荡器 石英晶体接在由三极管构成的两个放大器之间，构成正反馈选频网络。只有在石英晶体呈纯阻性，即发生串联谐振时，电路才满足相位平衡条件。所以，电路的谐振频率即石英晶体的串联谐振频率。适当调节RP可控制反馈量的大小，使电路既满足振幅平衡条件，又不致因反馈过强而使输出波形失真。,第五章 波形发生器,串联型石英晶体振荡器,第五章 波形发生器,54 RC桥式振荡器,. 熟悉RC桥式振荡器的组成和工作原理。
12、 . 能正确安装和检测RC桥式振荡电路。 . 能正确使用示波器观测振荡波形，并使用数字频率计测试振荡频率。,学习目标,第五章 波形发生器,. RC串并联网络的等效电路 . RC串并联网络的选频特性 当输入信号的频率偏低或偏高时，输出信号的幅度都要减小，输出电压的相移向接近+90变化或接近-90变化。由于该频率特性曲线是连续的，在中间必然存在某一频率点 f0，在该频率点上，输出电压幅度最大 (uf / uo =1 / 3)，相移为零。,一、RC串并联网络,RC串并联网络及其高、低频等效电路,第五章 波形发生器,RC串并联网络的频率特性 a) 幅频特性 b) 相频特性,第五章 波形发生器,当R1
13、= R2 = R、C1 = C2 = C时，电路的谐振频率为,电路采用集成运放接成同相放大器，RC串并联网络既是正反馈网络，又是选频网络。 由于f = f0 时，RC串并联网络的附加相移为零，所以满足电路相位平衡条件。同时， RC串并联网络提供的反馈系数 ，只要同相放大器的电压放大倍数大于3，即可满足起振条件。,二、用集成运放组成的RC桥式振荡器,当振荡电路刚起振时，RT温度低，阻值大，引入负反馈量小，电压放大倍数大，AF 1，有利于电路起振。随着振幅增大，RT温度上升，阻值减小，负反馈增强，电压放大倍数也减小，直到振荡器进入平衡状态，保持等幅振荡。 除了采用热敏电阻外，利用二极管的非线性也能
14、实现自动稳幅，如图所 示。设两只二极管参数一致，正向交流电阻均为rd，则集成运放的闭环放大倍数为,电路刚起振时，输出电压幅值较小，二极管rd值较大，Af也较大，有利于起振。当输出电压幅值增大后，二极管电流增大，rd值变小，Af随之下降，从而达到自动稳幅的目的。R3 、RP 、R4引入电压串联负反馈，起稳幅作用。,利用二极管稳幅的RC桥式振荡器,第五章 波形发生器,用集成运放组成的RC桥式振荡器,采用两级放大器的目的是实现同相放大。 电路中RP、Rf 、R5构成电压串联负反馈，不仅可以降低放大器的放大倍数，提高放大器的稳定性，还能提高输入电阻，降低输出电阻，并起到稳幅的作用。,三、用分立元件组成
15、的RC桥式振荡器,分立元件组成的RC桥式振荡器,第五章 波形发生器,55 非正弦波发生,器,. 熟悉方波发生器、三角波发生器的组成和工作原理。 . 了解锯齿波发生器的组成和工作原理。 . 了解函数信号发生器专用集成电路ICL8038的特点和应用。,学习目标,第五章 波形发生器,由迟滞比较器和RC充放电回路两部分组成，双向稳压二极管对输出电压起稳幅作用。 . 工作原理 开始时 ，且 ，则门限电压为,一、方波发生器,当 时，输出电压 。当 时，输出电压uo发生翻转，由UZ跳变为-UZ ，门限电压随之变为 当uC（t）下降至UP2时，输出电压uo又从-UZ翻回到UZ。,方波发生器及其输出电压波形 a
16、) 输出端对电容充电 b) 电容向输出端放电,第五章 波形发生器,方波发生器及其输出电压波形 c) 电容电压 uC 波形及输出电压uo波形,第五章 波形发生器,. 振荡周期及其调节 方波周期与电容C的充放电时间有关，估算式为 改变Rf 、C或R1 、R2 ，即可改变方波的周期。若将电路做适当改动，使电容充、放电时间不等，则输出信号便为正半周和负半周宽度不等 (占空比1/2) 的矩形波。,由迟滞比较器和积分电路两部分组成。,二、三角波发生器,三角波发生器,设t = 0时IC1输出为高电平，即uo1 = +UZ ，积分电路上电压uC= 0，则uo = 0。IC1同相输入端电压uP= ，于是积分电路反向积分， uo向负方向增长， uP随之下降，当uP = uN = 0 时，uo1由+UZ
