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1、信号的发生和转换一、正弦波振荡的条件和电路的组成一、正弦波振荡的条件和电路的组成1. 正弦波振荡的条件正弦波振荡的条件 无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。 在电扰动下，对于某一特定频率在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：的信号形成正反馈： 由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。正弦波振荡电路正弦波振荡电路1. 正弦波振荡的条件正弦波振荡的条件 一旦产生稳定的振荡，则一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即电路的
2、输出量自维持，即幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件起振条件：起振条件： 要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合且在合闸通电时对于闸通电时对于f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。足起振条件。2. 基本组成部分基本组成部分1) 放大电路：放大作用放大电路：放大作用2) 正反馈网络：满足相位条件正反馈网络：满足相位条件3) 选频网络：确定选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡保证电路产生正弦波振荡4) 非线性环节（稳幅环节）：稳幅非线性环节（稳幅环节）：稳幅1) 是否存在主要组成
3、部分；是否存在主要组成部分；2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是点，信号是 否可能正常传递，没有被短路或断路否可能正常传递，没有被短路或断路；3) 是否满足相位条件，即是否存在是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡是否可能振荡 ；4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。是否满足幅值条件，即是否一定振荡。常合二为一常合二为一3 3、分析方法、分析方法相位条件的判断方法：相位条件的判断方法：瞬时极性法瞬时极性法 断开反馈，在断开处给放大电路加断开反馈，在断开处给放大电路加 ff0的信号的信号Ui，且规且规定其极性，然后根据定其极性，然
4、后根据 Ui的极性的极性 Uo的极性的极性 Uf的极性的极性若若Uf与与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。可能产生自激振荡。 在多数正弦波振荡电路在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。反馈量均为电压量。极性？极性？4. 分类分类常用选频网络所用元件分类。常用选频网络所用元件分类。1) RC正弦波振荡电路：几百正弦波振荡电路：几百千赫千赫以下以下2) LC正弦波振荡电路：几百正弦波振荡电路：几百千赫千赫几百几百兆赫兆赫3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定石英晶体正弦波振荡
5、电路：振荡频率稳定二、二、RC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路1. RC串并联选频网络串并联选频网络低频段低频段高频段高频段 在频率从在频率从0中必有一个频率中必有一个频率f0，F0。RC串并联选频网络的频率响应串并联选频网络的频率响应当当 f=f0时，不但时，不但=0，且且 最大，为最大，为1/3。1)是否可用共射放大电路？是否可用共射放大电路？2)是否可用共集放大电路？是否可用共集放大电路？3)是否可用共基放大电路？是否可用共基放大电路？4)是否可用两级共射放大电路？是否可用两级共射放大电路？2. 电路组成电路组成 应应为为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于串并联网路配一个电压放大倍数
6、略大于3、输入电、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。的放大电路。不符合相位条件不符合相位条件不符合相位条件不符合相位条件输入电阻小、输出输入电阻小、输出电阻大，影响电阻大，影响f0 可引入电压串联负反馈，使可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于电压放大倍数大于3，且，且Ri大、大、Ro小，对小，对f0影响小影响小3. RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）用同相比例运算电路作放大电路。用同相比例运算电路作放大电路。 因同相比例运算电路有非常好的线因同相比例运算电路有非常好的线性度，故性度，故R或或Rf可用热敏电阻，或加可
7、用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。二极管作为非线性环节。文氏桥振荡文氏桥振荡器的特点？器的特点？频率可调的文氏桥振荡器频率可调的文氏桥振荡器 改变电容以粗调，改变电改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。位器滑动端以微调。 加稳压管可以限制输出电加稳压管可以限制输出电压的峰压的峰-峰值。峰值。同轴同轴电位器电位器讨论一：讨论一：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路合理连接电路，组成文氏桥振荡电路三、三、LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 1. LC并联并联网络的选频特性网络的选频特性 理想理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。阻抗无穷大。谐振频率为谐振频率
8、为在在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗损耗 在在ff0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？阻为多少？ 构成正弦波构成正弦波振荡电路最简振荡电路最简单的做法是通单的做法是通过变压器引入过变压器引入反馈。反馈。附加相移附加相移LC选频放大电路选频放大电路正弦波振荡电路正弦波振荡电路 当当f=f0时，时，电压放大倍电压放大倍数的数值最数的数值最大，且附加大，且附加相移为相移为0。2. 变压器反馈式变压器反馈式电路电路C1是必要的吗？是必要的吗？特点：特点： 易振，波形较好；耦合不紧密，易振，波形较好；耦合不紧密，损
9、耗大，频率稳定性不高。损耗大，频率稳定性不高。分析电路是否可能产生正弦分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：波振荡的步骤：1) 是否存在组成部分是否存在组成部分2) 放大电路是否能正常工作放大电路是否能正常工作3) 是否满足相位条件是否满足相位条件 为为使使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。式电路。必须有合适的同铭端！必须有合适的同铭端！3. 电感反馈式电路电感反馈式电路反馈电压取自哪个线圈？反馈电压取自哪个线圈？反馈电压的极性？反馈电压的极性？必要吗？必要吗？ 电感的三个抽头分别接晶电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电体管
10、的三个极，故称之为电感三点式电路。感三点式电路。3. 电感反馈式电路电感反馈式电路特点：耦合紧密，易振，振特点：耦合紧密，易振，振幅大，幅大，C 用可调电容可获得用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。较差，常含有高次谐波。 由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。4. 电容反馈式（电容三点式）电路电容反馈式（电容三点式）电路 若要振荡频率高，则若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当的取值就要小。当电
11、容电容减减小到一定程度小到一定程度时时，晶体管的极间电容将并联在，晶体管的极间电容将并联在C1和和C2上，影上，影响振荡频率。响振荡频率。特点：特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。与放大电路参数无关与放大电路参数无关作用作用？四、石英晶体正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路 1. 石英晶体的特点石英晶体的特点SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。结晶体按一定方向切割的晶片。压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳
12、定。容性容性感性感性阻性阻性 一般一般LC选频网络的选频网络的Q为几百，石英晶体的为几百，石英晶体的Q可达可达104106；前者；前者f/f为为105，后者可达，后者可达10101011。2. 电路电路 石英晶体工作在哪个区？石英晶体工作在哪个区？ 是哪种典型的正弦波振荡是哪种典型的正弦波振荡电路？电路？ 石英晶体工作在哪个区？石英晶体工作在哪个区？ 两级放大电路分别为哪种两级放大电路分别为哪种基本接法？基本接法？ C1的作用？的作用？（1）并联型电路）并联型电路（2）串联型电路）串联型电路讨论三讨论三同铭端？同铭端？能产生正弦能产生正弦波振荡吗？波振荡吗？注意事项：注意事项：1. 放大电路必
13、须能够正常工作，放大电路的基本接法；放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；2. 断开反馈，在断开处加断开反馈，在断开处加 f=f0的输入电压；的输入电压；3. 找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。一、常见的非正弦波一、常见的非正弦波矩形波矩形波三角波三角波锯齿波锯齿波尖顶波尖顶波阶梯波阶梯波矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。非正弦波发生电路非正弦波发生电路二、矩形波发生电路 输出无稳态，有两个暂态；若输出为高电平时输出无稳态，有两个暂态；若输出为高电平时定义为第一暂
14、态，则输出为低电平为第二暂态。定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。1. 基本组成部分基本组成部分 （1）开关电路：输出只有高电平和低电平两种）开关电路：输出只有高电平和低电平两种情况，称为两种状态；因而采用电压比较器。情况，称为两种状态；因而采用电压比较器。 （2）反馈网络：自控，在输出为某一状态时孕）反馈网络：自控，在输出为某一状态时孕育翻转成另一状态的条件。应引入反馈。育翻转成另一状态的条件。应引入反馈。 （3）延迟环节：使得两个状态均维持一定的时）延迟环节：使得两个状态均维持一定的时间，决定振荡频率。间，决定振荡频率。利用利用RC电路实现。电路实现。2. 电路组成电路组成正向充电：
15、正向充电： uO（+UZ）RC地地反向充电：反向充电： 地地C R uO（UZ）RC 回路回路滞回比较器滞回比较器3. 工作原理：分析方法工作原理：分析方法方法一：方法一：方法一：方法一： 设电路已振荡，且在某一暂态，看是否能自动翻设电路已振荡，且在某一暂态，看是否能自动翻转为另一暂态，并能再回到原暂态。转为另一暂态，并能再回到原暂态。方法二：方法二：方法二：方法二： 电路合闸通电，分析电路是否有两个暂态，而无电路合闸通电，分析电路是否有两个暂态，而无稳态。稳态。 设合闸通电时电容上电压为设合闸通电时电容上电压为0，uO上升，则产生正反馈过程：上升，则产生正反馈过程： uO uN uO ，直至
16、直至 uOUZ， uP+UT，第一暂态。第一暂态。3. 工作原理：分析工作原理：分析 电容正向充电，电容正向充电，t uN，t ， uN UZ；但当但当uN +UT时，再时，再增大，增大， uO从从+ UZ跃变为跃变为-UZ， uPUT，电路进入第二暂态。电路进入第二暂态。 电容反向充电，电容反向充电，t uN，t ， uN - UZ；但当但当uN UT时，再减小，时，再减小， uO从从- UZ跃变为跃变为+UZ， uP+UT，电路返回电路返回第一暂态。第一暂态。第一暂态：第一暂态：uOUZ， uP+UT。脉冲宽度脉冲宽度4. 波形分析波形分析 正向充电和反向充电时间常数可正向充电和反向充电时
17、间常数可调，占空比就可调。调，占空比就可调。5. 占空比可调电路占空比可调电路为了占空比调节范围大，为了占空比调节范围大，R3应如何取值？应如何取值？三、三角波发生电路 1. 电路组成电路组成 用积分运算电路可将方波变为三角波。用积分运算电路可将方波变为三角波。两个两个RC环节环节实际电路将两个实际电路将两个RC 环节合二为一环节合二为一为什么采用同相输为什么采用同相输入的滞回比较器？入的滞回比较器？uO要取代要取代uC，必须改变输入端。必须改变输入端。集成运放应用电路的分析方法：集成运放应用电路的分析方法：化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算化整为零（分块），分析功能（每块
18、），统观整体，性能估算2. 工作原理工作原理滞回比较器滞回比较器积分运算电路积分运算电路求滞回比较器的电压传输特性：三要素求滞回比较器的电压传输特性：三要素 UOH 、 UOL ， UT， uI过过UT时曲线的跃变方向。时曲线的跃变方向。 合闸通电，通常合闸通电，通常C 上电压为上电压为0。设。设uO1 uP1 uO1，直至直至uO1 UZ（第一暂态）；积分电路反向积分，第一暂态）；积分电路反向积分，t uO，一旦一旦uO过过 UT ，uO1从从 UZ跃变为跃变为 UZ （第二暂态）第二暂态） 。 积分电路正向积分，积分电路正向积分，t uO， 一旦一旦uO过过 UT ， uO1从从 UZ跃变
19、为跃变为 UZ ，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。变化，即振荡。 电路状态翻转时，电路状态翻转时，uP1=?三角波发生电路的振荡原理三角波发生电路的振荡原理3. 波形分析波形分析 如何调整三角波的幅值和频率？如何调整三角波的幅值和频率？为什么为三角波？怎样获得锯齿波？为什么为三角波？怎样获得锯齿波？ “理性地调试理性地调试”：哪：哪些参数与幅值有关？哪些参数与幅值有关？哪些参数与频率有关？先些参数与频率有关？先调哪个参数？调哪个参数？四、锯齿波发生电路四、锯齿波发生电路1. R3应大些？小些？应大些？小些？2. RW的滑动端在最上的
20、滑动端在最上端和最下端时的波形？端和最下端时的波形？T3. R3短路时的波形？短路时的波形？五、波形变换电路五、波形变换电路1. 利用基本电路实现波形变换利用基本电路实现波形变换 正弦波变方波、变矩形波，方波变三角波，正弦波变方波、变矩形波，方波变三角波， 三角波变方波，固定频率的三角波变正弦波三角波变方波，固定频率的三角波变正弦波如何得到？如何得到？利用利用电子电子开关开关改变改变比例比例系数系数2. 三角波变锯齿波：二倍频三角波变锯齿波：二倍频3. 三角波变正弦波三角波变正弦波若输入信号的频率变化不大，则可用滤波法实现。若输入信号的频率变化不大，则可用滤波法实现。范围是什么范围是什么？若输入信号的频率变化较大，则可用折线法实现若输入信号的频率变化较大，则可用折线法实现。 三角波用傅立叶级数展开，除基波外，还含有三角波用傅立叶级数展开，除基波外，还含有3 3次、次、5 5次次谐波。谐波。
