第8章 波形发生电路.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,8,章 波形发生电路,8.1,正弦波振荡电路的组成和分析方法,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,非正弦波发生器,8.1,正弦波振荡电路的组成和分析方法,8.1.1,正弦波振荡电路的组成,正弦波振荡电路由,放大电路、反馈网络、选频和稳幅环节,组成，选频是为了获得单一频率的正弦波振荡，稳幅是为了达到稳幅振荡。选频有时在放大部分构成选频放大；选频有时在反馈部分，构成选频反馈网络。,选频电路由电阻和电容元件组成，称为,RC,正弦波振荡电路,用于产生,1MH,以下的低频正弦波信号,。,选频若由电感和电容元件组成，则称为,LC,正弦波振荡电路，用于产生高频正弦波信号。,返回章,8.1.2,产生正弦波振荡的条件,分析正弦波振荡的条件：,将开关,S,接在,1,端，电路的输入端加正弦波电压,u,i,，,则：,2,端将得到一个同样频率的正弦电压，,图,8.1,产生振荡的条件,若,u,f,与,u,i,相同，则若将开关,S,倒向,2,端，放大电路的输出信号,u,0,将仍与原来完全相同，没有任何改变。此时电路未加任何输入信号，输出端却得到了一个正弦波信号。没有输入信号却有一定幅度的输出信号，即放大电路产生了正弦波振荡。,则放大电路产生振荡的条件可表示为：,因为有,产生正弦波振荡的条件是：,用幅度平衡条件和相位平衡条件来表示：,使放大电路产生振荡，要人为地将反馈电路接成,正反馈,，即反馈信号与输入信号的极性相同。,8.1.3,正弦波振荡电路的分析方法,1,判断能否产生正弦波振荡 检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分，即是否具有放大电路、反馈网络、选频和稳幅环节 检查电路的静态工作点是否保证电路正常工作。分析电路是否满足振荡条件。幅度条件，一般较易满足。若不满足幅度条件，在测试调整时，可以改变放大电路的放大倍数,|,或反馈系数,|,使电路满足,|=1,的幅度条件。,主要是检查相位平衡条件,即判断是否为正反馈。若是,正反馈,则,能振荡,，不是,正反馈,则,不能振荡。,2,.,估算振荡频率和起振条件 振荡频率由相位平衡条件所决定，而,起振条件,可,由,幅度平衡条件,|,1,的关系式求得。为了计算振荡频率，需要画出断开反馈信号至放大电路的输入端点后的交流等效电路，写出回路增益 的表示式。令，即可求得满足该条件的频率,f,0,此,f,0,即为振荡频率,；然后令,f,=,f,o,时的,|,值大于,1,，即得起振条件。下面结合具体电路进行分析。,1.RC,串并联网络的选频特性,为了调节振荡频率的方便，通常取,R,1,R,2,R,，,C,1,C,2,C,。,此时如令，则上式可简化为,8.2.1,RC,串并联网络振荡电路,8.2 RC,正弦波振荡电路,由此可知，当 时，的幅值最大，此时,|,max,=1/3,，,这就是说，当 时，的值达到最大，等于 幅值的,1/3,，同时 与 同相。,相频特性为,其幅频特性为,图,8.3,RC,串并联的频率特性,RC,串并联网络的幅频特性、相频特性如图,8.3,所示。,2.,RC,串并联网络振荡电路,RC,串并联网络振荡电路原理图如图,8.4,所示。其中，运放,A,作为放大电路，选频环节由,R,、,C,组成的串并联网络，,R,F,和,R,路引入一个负反馈。由图可见，串并联网络中的,R,1,、,C,1,和,R,2,、,C,2,以及负反馈支路中的,R,F,和,R,可组成一个电桥，故电路又称为文氏电桥振荡电路。,图,8.4,RC,串并联网络振荡电路,返回章,用运放组成的,RC,振荡器：,只有在,f,0,处,满足相位条件：,因为：,AF,=1,3,1,=,F,1,f,F,+,=,R,R,A,u,o,_,+,+,R,F,R,C,R,C,R,f,A=3,u,o,u,o,3,A=3,同相放大器,输出正弦波频率：,f,F,2,R,R,=,所以,例题,:,R=1k,，,C=0.1,F,，,R,f,=10k,。,R,F,为多大时才能振荡？振荡频率,f,0,=,？,u,o,_,+,+,R,F,R,C,R,C,R,f,AF,=1，,3,1,=,F,1,f,F,+,=,R,R,A,A=3,=2,10=20,k,=1592 Hz,起振条件：,f,F,2,R,R,=,能自行起振的电路,半导体,热敏电阻,起振时,R,T,2R,f,使,A3,易起振。,R,T,是具有负温度系数的热敏电阻，温度升高电阻值减小。,u,o,幅度自激增长，电流增大，,R,T,减小达某一值时，,R,T,=2R,f,，,A=3,。,因此,u,o,幅度自动稳定于某一幅值,。,_,+,+,R,T,R,C,R,C,R,f,T,u,o,移相式振荡电路由一个反相输入比例电路和三节,RC,移相电路组成，如图,8.5,所示。,振荡频率,起振条件为,R,F,12R,8.2.2,其他形式的,RC,振荡电路,1.,移相式振荡电路,图,8.5,移相式振荡电路,R,R,R,R,2,U,0,R,F,C,C,2,C,图,8.6,双,T,型网络振荡电路,2,双,T,型选频网络振荡电路,振荡频率为,图,8.9,LC,并联电路,8.3 LC,正弦波振荡电路,8.3.1,LC,并联电路的特性,LC,并联电路如图,8.9,所示，在中间某一个频率,f,f,o,时，并联阻抗为纯电阻性，且等效阻抗接近达到最大值。频率即是,LC,电路的并联谐振频率。,返回章,并联谐振频率的数值决定于电路的参数。设并联谐振的角频率为,0,，,由图,8.9,可求得,说明不仅与,L,、,C,有关，还与,R,有关。,通常令,Q,称为谐振回路的品质因数，一般,Q,值约为几十到几百。当,Q,l,时,有,或,LC,选频网络,(LC,并联谐振电路),C,L,R,u,i,L,i,c,i,(,阻性,),LC,并联谐振,特点：,谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。用于选频电路。,R,为电感线圈中的电阻,8.3.2,变压器反馈式振荡电路,1,.,电路组成,正弦波振荡电路如图,8.10,所示，由放大、选频和反馈部分等组成。选频网络由,LC,并联电路组成，反馈由变压器绕组,N,2,来实现，故称为变压器反馈式振荡电路。,图,8.10,变压器反馈式振荡电,路,a,采用瞬时极性法分析电路满足产生振荡的相位平衡条件。,例,1,：,+,+,正反馈,LC,正弦波振荡器举例,判断是否是正反馈,:,用,瞬时极性法,判断,振荡频率,:,+,U,CC,C,C,1,L,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。,互感线圈的同极性端电位变化相位相同。,8.3.3,电感三点式振荡电路,电感三点式振荡电路如图,8.11,所示。,图,8.11,电感三点式振荡电路,8.3.4,电容三点式振荡电路,电容三点式振荡电路如图,8.12,所示，假设将电路从,a,点处断开，则不难分析当,LC,回路谐振,.,与 同相，电路满足相位平衡条件。同理，振荡频率基本上等于,LC,回路的谐振频率,。,图,8.12,电容三点式振荡电路,+,U,CC,C,1,C,2,例,4,：,下图电路是否能振荡？,+,能振荡,正反馈,+,+,+,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,1,基本特性,当在晶片的两极加上交变电压时，晶片将会产生机械变形振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅会突然增加，比一般情况下的振幅要大得多，这种现象称为压电谐振。这和,LC,回路的谐振现象十分相似，因此，石英晶体又称为石英谐振器。上述特定频率称为晶体的固有频率或谐振频率。,返回章,图,8.13,石英晶体的结构和符号,图,8.14,石英晶体的等效电路与频率特性,从石英谐振器的等效电路可知，这个电路有两个谐振频率，当,L,、,C,、,R,支路串联谐振时，等效电路的阻抗最小（等于,R,），,串联谐振频率为,当等效电路并联谐振时，并联谐振频率为,由于,C,C,0,，因此和两个频率非常接近,f,s,f,p,。图,8.14,中示出了石英谐振器的电抗,频率特性,(,设,R=0),。由图可见，在,f,s,与,f,p,之间，石英谐振器呈现出感性,，而在此之外则呈现出容性。,在,f,s,处石英谐振器呈现纯阻性。,图,8.15,并联型石英晶体振荡电路,(a),电路图,(b),交流等效电路,8.4.2,石英晶体振荡电路,并联型石英晶体振荡电路,(,石英晶体等效为电感）,振荡频率为,8.5,非正弦波产生电路,8.5.1,矩形波发生电路,1,电路组成,可以利用一个滞回比较器和一个,RC,充放电回路组成矩形波发生电路，如图,8.16,所示。,图,8.16,矩形波发生器的一般组成,2,工作原理,返回章,图,8.17,矩形波发生电路,图,8.18,电路的波形图,矩形波发生器的电路如图,8.17,所示，其中，集成运放与电阻,R,1,，,R,2,组成滞回比较器，电阻,R,和电容,C,构成充放电回路，稳压管,VDz,和电阻,R,3,的作用是限幅，将滞回比较器的输出电压限制在稳压管的稳定电压值,U,Z,。,3,振荡周期,占空比可调的矩形波发生器,-,+,+,+,R,W,R,1,R,2,C,u,c,u,o,D,1,D,2,a,b,c,设R,wa,R,wc,U,OM,u,o,0,t,-U,OM,8.5.2,三角波产生电路,1,电路组成及工作原理,图中集成运放,A,1,组成滞回比较器，,A,2,组成积分电路，滞回比较器输出的矩形波加在积分电路的反相输入端，而积分电路输出的三角波又接到滞回比较器的同相输入端，控制滞回比较器输出端的状态发生跳变，从而在,A,2,的输出端得到周期性的三角波。,图,8.19,三角波发生电路,图,8.20,波形图,2.,输出幅度和振荡周期,三角波输出的幅度为,三角波的振荡周期为,8.5.3,锯齿波产生电路,1.,电路组成及工作原理,如图,8.19,所示的三角波产生电路的基础上，用二极管,VD,1,、,VD,2,和电位器,R,W,代替原来的积分电阻，使积分电容的充电和放电回路分开，即成为锯齿波产生电路，如图,8.21,所示。假设调节电位器,R,W,滑动端的位置，使 ，则电容充电的时间常数将比放电时间常数小得多，于是充电过程很快，而放电过程很慢，此时积分电路的输出波形如,图,8.26,所,示。由图可见，成为锯齿波。,图,8.21,锯齿波发生电路,图,8.22,波形图,2.,输出幅度和振荡周期,根据与前面类似的分析方法，可求得锯齿波的幅度为,当忽略二极管,VD,1,、,VD,2,的导通电阻时，电容充电和放电的时间、以及锯齿波的振荡周期分别为,小结,1.,正弦波振荡电路的组成：,放大电路、反馈网络、选频和稳幅环节,2.,正弦波振荡电路的分类,3.,正弦波振荡的条件,正反馈,4.,正弦波振荡的起振条件：,|,1,典型题型：若能自行起振，求热敏电阻是正温度还是负温度系数？,解：若能自行起振，则,A,由大于,3,变为等于,3,。,RC,振荡电路：,1MH,以下低频,LC,振荡电路：,1MH,以上高频,石英振荡器：频率精准,5.,RC,振荡器,3,1,=,F,u,o,_,+,+,R,F,R,C,R,C,R,f,u,o,u,o,3,A=3,输出正弦波频率：,且 于 同相,6.LC,振荡器,变压器反馈式,电感三点式,电容三点式,7.,石英振荡器石英晶体符号,串联型：石英晶体相当于电阻,并联型：石英晶体相当于电感,8.,正弦波振荡的判断：若是,正反馈则能振荡,。,注：正反馈的判断,关键是找到反馈引回到输入端,的点，断开后加入对地为正的信号,。,