电子电路基础：第6章 波形产生与整形电路

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1、第六章第六章 波形产生与整形电路波形产生与整形电路信号产生电路信号产生电路 ( (振荡器振荡器Oscillators) )分类：分类：正弦波振荡正弦波振荡:非正弦波振荡：非正弦波振荡：RC 振荡器振荡器( (1 kHz 数百数百 kHz) )LC 振荡器振荡器( (几百几百 kHz 以上以上) )石英晶体振荡器石英晶体振荡器( (频率稳定度高频率稳定度高) )方波、方波、三角波、三角波、 锯齿波等锯齿波等主要性主要性能要求：能要求：输出信号的输出信号的幅度准确稳定幅度准确稳定输出信号的输出信号的频率准确稳定频率准确稳定1第六章第六章 波形产生与整形电路波形产生与整形电路 6.1 正弦波振荡电路

2、的基本概念正弦波振荡电路的基本概念 6.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路 6.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 6.3 波形整形电路波形整形电路2 正正反反馈馈放放大大电电路路如如图图示示。（注注意意与与负负反反馈馈方方框框图图的的差别）差别）1. 振荡条件振荡条件若环路增益若环路增益则则去掉去掉仍有稳定的输出仍有稳定的输出又又所以振荡条件为所以振荡条件为振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件 6.1 6.1 正弦波振荡电路的基本概念正弦波振荡电路的基本概念一、正弦波振荡器的振荡条件一、正弦波振荡器的振荡条件3起振条件起振条件2. 起振过程起振过程 振振振振荡荡荡荡电电电电路路路

3、路是是是是单单单单口口口口网网网网络络络络，无无无无须须须须输输输输入入入入信信信信号就能起振，起振的信号源来自何处？号就能起振，起振的信号源来自何处？号就能起振，起振的信号源来自何处？号就能起振，起振的信号源来自何处？电路器件内部噪声电路器件内部噪声 当当输输出出信信号号幅幅值值增增加加到到一一定定程程度度时时，就就要要限限制制它它继继续续增增加，否则波形将出现失真。加，否则波形将出现失真。 噪噪声声中中，满满足足相相位位平平衡衡条条件件的的某某一一频频率率 0的的噪噪声声信信号号被被放大，成为振荡电路的输出信号。放大，成为振荡电路的输出信号。 稳稳幅幅的的作作用用就就是是，当当输输出出信信

4、号号幅幅值值增增加加到到一一定定程程度度时时，使振幅平衡条件从使振幅平衡条件从 回到回到 6.1 6.1 正弦波振荡电路的基本概念正弦波振荡电路的基本概念4起振条件起振条件放大器放大器Au反馈网络反馈网络FuUoUfUi 1/FuAu = 1/FuOuiuoAuuoAu Fu 1Au Fu 3，稳幅后稳幅后 Au = 3。正温度系数正温度系数负温度系数负温度系数二极管稳幅二极管稳幅12.4 k R2 8.1 k 起振时信号小，起振时信号小，二极管电阻大二极管电阻大Au 1 + (R2+ R3)/R1 3R2 2R1 R3起振后二极管电阻逐渐减小，起振后二极管电阻逐渐减小，Au 1 + R2/R

5、1 = 3为使失真小：为使失真小：R2 2R1f0 = 1.94 kHz 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路4.3 k 8R1R2V1V2R38.2 k 6.2 k 22 k 0.01 F8.2 k 0.01 F10类型：类型：变压器反馈式变压器反馈式 、 电感三点式、电感三点式、 电容三点式电容三点式LrCIs.L 的的等效等效损耗损耗电阻电阻( (一一) ) LC 并联回路的特性并联回路的特性Z 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路二、二、LC三点式振荡电路三点式振荡电路如如即即则则Z为纯电阻特性为纯电阻特性因因r很小很小,故有故有111. 谐振频率谐振频率 f02. 谐振阻

6、抗谐振阻抗 Z03. 回路品质因数回路品质因数 Q 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路124. 频率特性频率特性 0Z Z 0 Q 大大Q 小小 0 f90 90Q 增大增大幅频特性相频特性 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路当 时135. 并联谐振的本质并联谐振的本质 电流谐振电流谐振LuCr +iiLiC1)呈纯阻呈纯阻2) )形成形成环流环流，大小是总电流的，大小是总电流的 Q 倍倍 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路谐振时，谐振时，LC回路从外界吸取的电流极小，对外回路从外界吸取的电流极小，对外界的影响可以忽略。界的影响可以忽略。14( (二二) )变压器反馈式

7、振荡电路变压器反馈式振荡电路LC+VCCVRERB1RB2CECB2. 相位平衡条件相位平衡条件 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路1. 电路结构电路结构15 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 虽虽然然波波形形出出现现了了失失真真，但但由由于于LC谐谐振振电电路路的的Q值值很很高高，选选频特性好，所以仍能选出频特性好，所以仍能选出 0的正弦波信号。的正弦波信号。3. 幅值平衡条件幅值平衡条件4. 稳幅稳幅5. 选频选频 通通过过选选择择高高 值值的的BJT和和调调整整变变压压器器的的匝匝数数比比，可可以以满满足足，电路可以起振。，电路可以起振。 BJT进进入入非非线线性性区区

8、，波波形形出出现现失失真真，从从而而幅幅值值不不再再增增加加，达到稳幅目的。达到稳幅目的。16 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路(三）三点式三）三点式 LC 振荡电路振荡电路 把并联把并联LC回路中的回路中的C或或L分成两个，则分成两个，则LC回路就有三回路就有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形成了成了LC三点式正弦波发生电路。它们又分为电感三点式和三点式正弦波发生电路。它们又分为电感三点式和电容三点式两类。电容三点式两类。 电感三点式电感三点式电容三点式电容三点式三点的相位关系三点的相位关系A. 若中间点交流接地，

9、则首端与尾端相位相反。若中间点交流接地，则首端与尾端相位相反。B. 若首端或尾端交流接地，则其他两若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。端相位相同。171 1、电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路考毕兹振荡器考毕兹振荡器( (Colpitts) )+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路18为了提高频率为了提高频率稳定性，串联稳定性，串联小电容小电容C3 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路C3+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123L192 2、电感三点式电感三点式 振荡电路振荡电路C+VCCVRERB1RB2CEC

10、BL1L2C1M123 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路优点：优点：缺点：缺点：易起振易起振( (L 间耦合紧间耦合紧) )；易调节易调节( (C 可调可调) )。输出取自电感，对输出取自电感，对高次谐波阻抗大高次谐波阻抗大，输出波形差。输出波形差。20四、石英晶体四、石英晶体( (Crystal) )振荡电路振荡电路( (一一) )石英晶体谐振器的阻抗特性石英晶体谐振器的阻抗特性1. 结构和符号结构和符号化学成分化学成分 SiO2结构结构晶片晶片涂银层涂银层焊点焊点符号符号 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路212. 压电效应压电效应形变形变形变形变机械振动机械振动外力外力

11、外力外力压电谐振压电谐振外加交变外加交变电压的频率等电压的频率等于晶体固有频于晶体固有频率时，机械振率时，机械振动幅度急剧加动幅度急剧加大的现象。大的现象。 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路223. 等效电路等效电路rqC0CqLqLq 晶体的动态电感晶体的动态电感( (10 3 102 H) )( (大大) )Cq 晶体的动态电容晶体的动态电容( ( 0.1 pF) )( (小小) )rq 等效摩擦损耗电阻等效摩擦损耗电阻( (小小) )Co 晶片静态电容晶片静态电容( (几几 几十几十 pF) ) 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路大大大大小小小小小小小小大大大大234.

12、 频率特性和谐振频率频率特性和谐振频率fXfPfS容性容性感性 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路5. 使用注意使用注意2) )要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。1) )要要接接一定的负载电容一定的负载电容 CL( (微调微调) )，以以达标称频率。达标称频率。24( (二二) )石英晶体谐振电路石英晶体谐振电路1. 串联型串联型 f = fs，晶体晶体呈纯阻呈纯阻+VCCVRERB1RB2CBLC2. 并联型并联型fs f 11截止 uP 时时， uO =

13、 UZ当当 uI uP 时时， uO = +UZ 6.36.3 波形整形电路波形整形电路uIRR1UREFR2R3 UZP PuO34特点：特点：2) )传输特性传输特性OuIuOUT+UT UZ UZ当当 uI 逐渐增大时逐渐增大时 只要只要 uI UT+ ，则则 uO = UZ当当 uI 逐渐减小时逐渐减小时只要只要 uI U T ，则则 uO = UZ一旦一旦 uI UT ，则则 uO = UZ上门限下门限 U = UT+ UT U回差电压uI 上升时与上门限比上升时与上门限比,uI 下降时与下门限比。下降时与下门限比。 6.36.3 波形整形电路波形整形电路uIRR1UREFR2R3

14、UZP PuO352. 同相型同相型迟滞迟滞比较器比较器若若 UREF = 0 6.36.3 波形整形电路波形整形电路R1RuIUREFR2R3 UZN NP PuO36传输特性传输特性OuIuOUT+UT UZ UZ U = UT+ UT 6.36.3 波形整形电路波形整形电路37 6.36.3 波形整形电路波形整形电路3. 555定时器构成的施密特触发器电路定时器构成的施密特触发器电路38整整形形OuIt tUT+UT-OuOt tUOHUOL 6.36.3 波形整形电路波形整形电路应用应用整整形形及及抗抗干干扰扰OuIt tUT+UT-OuOt tUOHUOL39 6.36.3 波形整形

15、电路波形整形电路4. 单稳态触发器电路单稳态触发器电路/TRTHQ40一、矩形波振荡电路一、矩形波振荡电路1. 用电压比较器构成的矩形波振荡电路用电压比较器构成的矩形波振荡电路 UZ uO uCtUT+UT-UZ 6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路 滞回比较器滞回比较器积分积分电路电路 UZR2CTR1R3uORT（1）工作原理）工作原理41（2）振荡频率）振荡频率 6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路 UZ uO uCtUT+UT-UZ42 6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路2.2.占空比可调的矩形波振荡电路占空比可调的矩形波振荡电路要点要点：应改变应改变C

16、 C的充、放电时间常数的充、放电时间常数 C C放放电电时时，放放电电电电流流经经R RT T、二二极极管管VDVD2 2、电电位位器的下半部。器的下半部。 C C充充电电时时，充充电电电电流流经经电电位位器器的的上上半半部部、二二极极管管V VD1D1、R RT T；43 6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路3.3.单电源矩形波振荡电路单电源矩形波振荡电路44 6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路4.4.用用555555构成的矩形波振荡电路构成的矩形波振荡电路(1)(1)电路结构及工作原理电路结构及工作原理45 6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路(2)(2)振

17、荡频率振荡频率1 1）充电过程）充电过程2 2）放电过程）放电过程46二、三角形波振荡电路二、三角形波振荡电路 6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路（1）工作原理）工作原理A1比较器比较器 A2积分器积分器47 6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路(2)(2)三角波的幅度与频率三角波的幅度与频率当当UREF=0时，上下门限电压：时，上下门限电压：又三角波的周期又三角波的周期T=4t1，在，在0t1时有时有48三、锯齿波振荡电路三、锯齿波振荡电路 6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路（1）工作原理）工作原理要点要点：改变积分器的充、放电时间常数改变积分器的充、放电时间常数同三角波计算方法一样可得同三角波计算方法一样可得：49电子技术电子技术第六章 结束模拟电路部分模拟电路部分50