西安交通大学-模拟电子技术基础.pptx

<p>上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础8 信号发生器信号发生器 发生器发生器按产生的波形特点可分为按产生的波形特点可分为正弦波信号发生器正弦波信号发生器非正弦波信号发生器非正弦波信号发生器8.1 正弦波信号发生器正弦波信号发生器 上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.1.1 正弦波自激振荡的基本原理正弦波自激振荡的基本原理 正弦波信号发生器是按照自激振荡原理构成的正弦波信号发生器是按照自激振荡原理构成的信号发生器常称为振荡器信号发生器常称为振荡器1产生正弦波自激振荡的平衡条件产生正弦波自激振荡的平衡条件 .正正反馈网络反馈网络放大环节放大环节.XoAF.XidXf自自激激振振荡荡原原理方框图理方框图上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础输入输入Xid.反馈反馈Xf=FXo.输出输出Xo=AXid.放大环节放大环节 A正正反馈网络反馈网络 F如果如果Xf=Xid.可在输出端继续维持原有的输出信号可在输出端继续维持原有的输出信号正反馈正反馈工作原理工作原理上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础由由.及及知电路产生自激振荡的平衡条件为知电路产生自激振荡的平衡条件为 输入输入Xid.反馈反馈Xf=FXo.输出输出Xo=AXid.放大环节放大环节 A正正反馈网络反馈网络 F如果如果Xf=Xid.上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1)幅度平衡条件幅度平衡条件 (2)相位平衡条件相位平衡条件 上式可分解为上式可分解为 式式中中上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础一个振荡器，只在振荡频率一个振荡器，只在振荡频率f0时时满足相位平衡条件。满足相位平衡条件。平衡条件讨论平衡条件讨论a.相位平衡条件相位平衡条件在电路中应包含选频网络在电路中应包含选频网络放大环节放大环节 A正正反馈网络反馈网络 F.Xf.Xid.Xo上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础若若 ,则电路减幅振荡，最后停止振荡。则电路减幅振荡，最后停止振荡。若若 ，电路增幅振荡。，电路增幅振荡。b.幅度平衡条件幅度平衡条件AF=1是是维持等幅振荡的唯一条件维持等幅振荡的唯一条件放大环节放大环节 A正正反馈网络反馈网络 F.Xf.Xid.Xo上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2振荡的建立与稳定振荡的建立与稳定 振荡电路的起振条件：振荡电路的起振条件：AF1AF 1 AF=1只能只能维持振荡，但不能建立振荡。维持振荡，但不能建立振荡。AF1输出幅值越来越大，最后出现非线性失真。输出幅值越来越大，最后出现非线性失真。放大电路中还应包含稳幅环节放大电路中还应包含稳幅环节上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础A反馈特性反馈特性幅度特性幅度特性F太小太小自激振荡电路的建立过程（自激振荡电路的建立过程（线性反馈）线性反馈）上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础幅度特性幅度特性B幅度特性幅度特性非线性反馈非线性反馈非线性反馈非线性反馈上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础AF=1AF 1起振起振维持振荡维持振荡自激振荡电路的起振过程自激振荡电路的起振过程上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础3正弦波信号发生器组成正弦波信号发生器组成放大环节放大环节正反馈网络正反馈网络选频网络选频网络稳幅环节稳幅环节组成组成4.正弦波信号发生器的分类正弦波信号发生器的分类 根据选频网络所用元件分为根据选频网络所用元件分为RC型振荡器型振荡器LC型振荡器型振荡器晶体振荡器晶体振荡器上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器文氏电桥振荡电路文氏电桥振荡电路移相式振荡电路移相式振荡电路主要类型主要类型双双T网络式振荡电路网络式振荡电路选频网络选频网络反馈网络反馈网络放大电路放大电路8.1.2 RC型正弦波信号发生器型正弦波信号发生器UoRRCCAR1R2+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2RC串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性图中图中选频网络选频网络选频网络选频网络Z1Z2RRCCUoUf+UoRRCCAR1R2+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础反馈系数反馈系数Z1Z2RRCCUoUf+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础令令由此可得由此可得F 的幅频特性与相频特性的幅频特性与相频特性即即上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础幅频特性幅频特性当当 0 0时，时，F0当当 时时,F0 0当当=0 0时时,F=Fmax=1/3f031/Ff0幅频特性曲线幅频特性曲线幅频特性分析幅频特性分析上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础相频特性相频特性当当 0 0时，时，F 90 当当 时时,F 90 当当=0 0时时,F 0 0 ff0相相频频特特性性曲曲线线f031/Ff0幅幅频频特特性性曲曲线线 F=0，且，且反馈最强反馈最强可见，当可见，当=0 0时时相频特性分析相频特性分析上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础3工作原理工作原理 (1)当当f=时时(3)振荡频率振荡频率与与同相位同相位UoUf 的幅值最大的幅值最大Uf=/3UoUf(2)当当3时，满足振荡条件。时，满足振荡条件。UoRRCCAR1R2+A上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础4稳幅措施稳幅措施 (1)利用二极管稳幅利用二极管稳幅RRCCARWD1D2R1Uo+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础Rt为负温度系数的热敏电阻为负温度系数的热敏电阻(2)利用非线性热敏电阻稳幅利用非线性热敏电阻稳幅RRCCARWUoRt+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础a.用用LC并联谐振回路作为选频网络并联谐振回路作为选频网络8.1.3 LC型正弦波信号发生器型正弦波信号发生器b.主要用来产生主要用来产生1MHz以上的高频信号以上的高频信号主要特点主要特点c.频率稳定性较好频率稳定性较好上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础按照反馈方式分为按照反馈方式分为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LC型正弦波信号发生器类型型正弦波信号发生器类型上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1LC并联谐振回路并联谐振回路RCLZ+O|Z|ff0O ff0Q大大Q小小Q大大Q小小阻抗频率特性阻抗频率特性相频特性相频特性上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1)谐振频率谐振频率 (2)谐振时的等值电阻谐振时的等值电阻R0(3)电路的品质因数电路的品质因数RCLZ+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2选频放大电路选频放大电路 当当f=f0（LC并联谐振频率）时并联谐振频率）时(1)输出电压幅值最大输出电压幅值最大(2)输出与输入电压反相输出与输入电压反相工作原理工作原理放大电路只对谐振频率放大电路只对谐振频率f0的信号有放大作用的信号有放大作用LC并联谐振电路并联谐振电路C+LT+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础3变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路 +T+N1N2N3上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础正反馈的判断正反馈的判断(1)相位条件相位条件判断的方法判断的方法瞬时极性法瞬时极性法判断的步骤判断的步骤b.断开反馈回路断开反馈回路a.假设谐振回路假设谐振回路发生谐振发生谐振+T+N1N2N3上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础c.加入瞬时极性加入瞬时极性为为 输入电压输入电压Uid.输出电压输出电压Uo极性为极性为 UiUo+T+N1N2N3上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础e.反馈反馈电压电压极极性性Uf为为 f.判断是否满足相判断是否满足相位平衡条件位平衡条件构成正反馈构成正反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件 UiUo+T+N1N2N3Uf+_上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)起振条件起振条件因为因为+T+N1N2N3合合理理地地选选择择电电路路参参数数，及及变变压压器器的的变变比比，可可使使AF1,满满足足起起振振条条件。件。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)振荡频率振荡频率(4)电路的特点电路的特点a.调节调节N2方便，起振容易。方便，起振容易。LL+T+N1N2N3上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础g.受受变变压压器器分分布布参参数数的的限限制制，振振荡荡频频率率不不能能很很高。高。b.振荡频率高。振荡频率高。c.电路的品质因数电路的品质因数高。高。e.频率稳定性高。频率稳定性高。d.输出波形好。输出波形好。f.体积、重量大。体积、重量大。LL+T+N1N2N3上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础4电感三点式正弦振荡电路电感三点式正弦振荡电路 C+T+N2N1L1L2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础振荡电路的交流通路振荡电路的交流通路C+T+N2N1L1L2TL1RB1/RB2L2C上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础TL1L2C忽略忽略RB1/RB2简化的交流通路简化的交流通路线线圈圈的的三三个个端端子子分分别别与与T的的三三个个电电极极B、C、E相相连接，故称之为电感三点式振荡电路。连接，故称之为电感三点式振荡电路。TL1RB1/RB2L2C上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1)相位平衡条件的判断相位平衡条件的判断b.断开反馈回路断开反馈回路a.假设谐振回路假设谐振回路发生谐振发生谐振TL1L2C上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础 UiUo相量图相量图c.加入瞬时极性加入瞬时极性为为 输入电压输入电压Uid.输出电压输出电压Uo极性为极性为UoTL1L2C+_+_上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础UiUo相量图相量图ICLf.电压电压Uf超超前前ICL90ICLUfUf与与Ui同相，同相，满足相位平衡条件满足相位平衡条件e.电流电流ICL超超前前Uo90Uf+_UoTL1L2C+_+_上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)幅度条件幅度条件Uf+_TL1L2C由由于于反反馈馈信信号号Uf取取自自电电感感L2，改改变变电电感感中中间间抽抽头头位位置置，调调整整反反馈馈强强弱弱，容容易易满足幅度条件。满足幅度条件。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础M为线圈为线圈L1与与L2之间的互感之间的互感 (3)谐振频率谐振频率式中式中TL1L2C上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(4)电路特点电路特点 a.电感电感L1与与L2之间耦合很紧，容易起振。之间耦合很紧，容易起振。b.输出波形中含有高次谐波，波形较差。输出波形中含有高次谐波，波形较差。UfTL1L2C上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础5.电容三点式正弦波振荡电路电容三点式正弦波振荡电路 +T+L电电容容器器的的三三个个端端子子分分别别与与T的的三三个个电电极极相相连连接接，故故称称之之为为电电容容三三点点式振荡电路。式振荡电路。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础交流通路交流通路+T+LTL上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础TL简化的交流通路简化的交流通路TL上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础b.断开反馈回路断开反馈回路a.假设谐振回路假设谐振回路发生谐振发生谐振(1)相位平衡条件的判断相位平衡条件的判断TL上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础c.加入瞬时极性加入瞬时极性为为 输入电压输入电压Ui 相量图相量图UiUoTLUod.输出电压输出电压 Uo极性为极性为上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础UiUoILCILCf.电压电压Uf滞后滞后ILC90UfUf与与Ui同相，同相，满足相位平衡条件满足相位平衡条件e.电流电流ILC滞滞后后Uo90相量图相量图Uf TLUo+_上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)幅度条件幅度条件反馈电压取自反馈电压取自C2，改变改变C1/C2，调整反馈强弱，调整反馈强弱和电路的放大倍数，容和电路的放大倍数，容易易满足幅度条件。满足幅度条件。UfTL上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)谐振频率谐振频率TL上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(4)电路特点电路特点a.容易起振。容易起振。c.输出波形中高次谐波少，波形好。输出波形中高次谐波少，波形好。c.改变电容时，容易停振。改变电容时，容易停振。TLb.振荡频率高。振荡频率高。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础改进的电容三点式振荡电路改进的电容三点式振荡电路谐振频率谐振频率L+T+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的基本特性与等效电路(a)各向异性各向异性(b)具有具有压电效应压电效应8.1.4 晶体振荡器晶体振荡器(1)压电效应压电效应a.石英晶体的基本特性石英晶体的基本特性上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础当当交交变变电电压压的的频频率率等等于于晶晶片片的的固固有有机机械械振振动动频频率率时，振幅急剧增加，这种现象称为压电谐振。时，振幅急剧增加，这种现象称为压电谐振。当当在在晶晶片片的的两两电电极极之之间间加加交交变变电电压压时时，晶晶片片就就会会产生机械变形振动。产生机械变形振动。压电谐振压电谐振压电效应压电效应在晶片的两侧施加压力，又会产生电场。在晶片的两侧施加压力，又会产生电场。在晶片的两面之间加电场，就会产生机械变形。在晶片的两面之间加电场，就会产生机械变形。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础b.石英晶体谐振器的结构石英晶体谐振器的结构适当地切片适当地切片涂上银层涂上银层涂上银层涂上银层引出两个电极引出两个电极引出两个电极引出两个电极加装上外壳加装上外壳上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础电路符号电路符号上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)等效电路和谐振频率等效电路和谐振频率R 等效晶片振动时内部的摩擦损耗等效晶片振动时内部的摩擦损耗等效电路等效电路C0 两金属电极间形成的静电电容两金属电极间形成的静电电容L 等效晶片振动时的惯性等效晶片振动时的惯性C 等效晶片振动时的弹性等效晶片振动时的弹性RCLC0上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础电路特点电路特点a.L很大，很大，C和和R很小。很小。b.Q很高，很高，达达104106。c.频率稳定度（频率稳定度（f/f0）很高。）很高。三种振荡电路的频率稳定度三种振荡电路的频率稳定度RC振荡振荡器器 102LC振荡振荡103104石英晶体振荡石英晶体振荡1091011RCLC0上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础当忽略当忽略R时，电抗时，电抗XRCLC0上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础串联谐振频率串联谐振频率 当当ffs时，时，Xfs时，时，X0，电路呈感性。电路呈感性。a.当当 1 2LC =0时时，X=0电路发生串联谐振电路发生串联谐振XRCLC0讨论讨论上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础并联谐振频率并联谐振频率X=b.当当j (C0+C 2LCC0)=0时时电路发生并联谐振电路发生并联谐振XRCLC0上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础由于由于CC0故故XRCLC0上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础电抗电抗频率特性频率特性fXO感感性性容容性性fsfp由式由式画画出出石石英英晶晶体体振振荡荡器器的的电抗电抗频率特性频率特性可见可见a.当当 fsffp时，电路呈感性。时，电路呈感性。b.当当 f fp时，电路呈容性。时，电路呈容性。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 (1)并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器 晶体呈感性晶体呈感性谐振频率谐振频率T+C1C2RCRE+VCCRB1RB2CB上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础交流等效电路交流等效电路T+C1C2RCRE+VCCRB1RB2CBCTRLREC1C2C0RC上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础谐振频率谐振频率式中式中由于由于故故CTRLREC1C2C0RC上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器谐振频率谐振频率CBC+R+T1T2RE2RC1RB1RB2uo+VCCRE1+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础思思 考考 题题1.在在正正弦弦波波发发生生器器中中，如如果果没没有有选选频频网网络络或或没没有有稳稳幅幅环节，那么电路将分别会出现什么情况？环节，那么电路将分别会出现什么情况？2.电电容容三三点点式式与与电电感感三三点点式式正正弦弦波波振振荡荡电电路路相相比比，哪哪个电路输出的波形更好，为什么？个电路输出的波形更好，为什么？上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.2 非正弦波信号发生器非正弦波信号发生器主要组成部分主要组成部分(1)具有开关特性的器件（如具有开关特性的器件（如电压比较器、电压比较器、BJT等）等）(2)反馈网络反馈网络主要作用主要作用产生高、低电平。产生高、低电平。主要作用主要作用将输出电压适当地反馈给开关器件将输出电压适当地反馈给开关器件使之改变输出状态。使之改变输出状态。(3)延时环节延时环节主要作用主要作用实现延时，以获得所需要的振荡频率。实现延时，以获得所需要的振荡频率。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础主要特点主要特点振振荡荡条条件件比比较较简简单单，只只要要反反馈馈信信号号能能使使比比较较电电路路状状态态发发生生变变化化，即即能能产产生生周周期期性的振荡。性的振荡。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.2.1 方波发生器方波发生器 1.电路组成电路组成RAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础延迟延迟环节环节迟滞比迟滞比较器较器RAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2工作原理工作原理设设t=0时时uC(0)=0 uO=+UZ则则=+FUZRAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础uC按指数规律上升按指数规律上升a.当当t0时时电容电容C充电充电uOuCOtuO,uC+UZ UZ FUZ+FUZiCuO、uC波波形图形图 uO=+UZRAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础b.当当uCFUZ时时uOuCuR=FUZ uO=UZ FUZ+FUZOtuO,uC+UZ UZuO、uC波波形图形图iCRAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础c.当当uO=UZ时时uR=FUZuOuCOtuO,uC+UZ UZ FUZ+FUZuO、uC波波形图形图uC按指数规律下降按指数规律下降电容电容C放电放电iCRAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础d.当当uCR，输出，输出波形的占空比是大于波形的占空比是大于还是小于还是小于50%？答答如如果果电电阻阻R+R，那那么么，电电容容C的的充充电电时时间间将将大大于于放放电电时时间间，输输出出波波形形 的的 占占 空空 比比 大大 于于50%。AuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+R+RD1D2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.2.2 三角波和锯齿波发生器三角波和锯齿波发生器1电路组成电路组成迟滞比较器迟滞比较器积分器积分器uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础图中图中2工作原理工作原理 uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1)当当时时输出电压输出电压电容电容C充电充电uO随时间线性下降随时间线性下降设设uC(0)=0波形图波形图tuO,uO1OuOuO1UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+uC+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)当当时时令令tuO,uO1OuOuO1UZUZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+uC+得得uO1翻转时的输出电压翻转时的输出电压波形图波形图上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)当当uB0时时tuO,uO1OuOuO1UZUZ波形图波形图得得uO1翻转时的输出电压翻转时的输出电压uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+uC+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础tuO,uO1OuOuO1UZUZ波形图波形图uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+uC+uO1方波方波uO三角波三角波输出波形输出波形上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1)输出电压幅值输出电压幅值3.主要参数计算主要参数计算(a)三角波幅值三角波幅值(b)方波幅值方波幅值tuO,uO1OuOuO1UZUZ上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)振荡频率振荡频率三角波从零上升到三角波从零上升到Uom的时间是的时间是T/4由图可知由图可知uO1t+UZOuOO+UomtUomUZ由于由于上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础故电路的振荡周期故电路的振荡周期振荡频率振荡频率上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础R+RD1D2(a)(b)答答输出波形上升和下降的斜率不等。输出波形上升和下降的斜率不等。uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+uC+例例3如如果果用用图图(a)示示电电路路替替代代图图(b)示示电电路路的的电电阻阻R，那那么输出电压么输出电压uO的波形如何变化？的波形如何变化？上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础tOuO替代替代RR+RD1D2例例4在上图示电路中，如果电阻在上图示电路中，如果电阻R+R，画出输出，画出输出电压的波形。电压的波形。解解输出输出信号的波形如右图示。信号的波形如右图示。uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+uC+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.2.3 压控振荡器压控振荡器uO1RCA2A1R1R2R3uODZB+U+US1.原理图原理图图中模拟开关图中模拟开关S受控于受控于uOa.当当uO=+UZ时，开关时，开关S接通接通+U。b.当当uO=UZ时，开关时，开关S接通接通U。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1)工作原理工作原理图中图中uO1RCA2A1R1R2R3uODZB+U+US上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(a)当当时时U通过通过R向向C充电充电S接电源接电源+UuO1随时间线性下降随时间线性下降设设uC(0)=0+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+U+US上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b)当当uB0时时电容电容又正向充电又正向充电S又接又接UCuO1又随时间线性下降又随时间线性下降+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+U+US上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础uOC+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+-U+USuO1三角波三角波uO输出方波输出方波输出波形输出波形上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)振荡波形图振荡波形图(3)振荡频率振荡频率tt0 0uO0+UZt1t2-UZuO1t1t2振荡波形图振荡波形图而而由波形图知由波形图知当当时时故故上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础由由得得f0U，实现了电压控制振荡频率的目的。，实现了电压控制振荡频率的目的。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础一种压控振荡电路一种压控振荡电路电子模电子模拟开关拟开关UD1RFuO3RRD2uO1RA2A1R1R3uODZ+A3+A4+uO4CR2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例1电电路路如如图图所所示示，图图中中运运放放A和和二二极极管管D1、D2都都是是理理想想器器件件，稳稳压压管管DZ的的稳稳压压值值为为UZ。试试证证明明调调节节电电位位器器RW改变矩形波占空比时，周期改变矩形波占空比时，周期T将保持不变。将保持不变。练练习习题题A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuC上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础解解由由题题意意，画画出出uO和和uC的的波形如下图示。波形如下图示。其中其中波形图波形图T1T2TUZUZUFUFtuOuCOuO,uCA+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuC上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础当当uO=UZ时，时，uO通过通过D1对电容充电对电容充电当当uO=UZ时，电容通过时，电容通过D2放电放电 可见，在改变可见，在改变RW滑动端位置时，滑动端位置时，T保持不变。保持不变。振荡周期振荡周期 为常数为常数 A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuC上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例2在在图图示示矩矩形形波波发发生生电电路路中中，理理想想运运放放的的最最大大输输出出电压电压Uomax=12V，最小的输出电压，最小的输出电压Uomin=0V。(a)画出输出电压画出输出电压uO和电和电容电压容电压uC的波形；的波形；(b)求出求出uC的最大值和最的最大值和最小值小值;(c)当当UR的大小超出什么的大小超出什么范围时，电路将不再产范围时，电路将不再产生矩形波？生矩形波？uOCA+R4R5100kW W+15V100kW W0.01m mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础解解(a)方方波波发发生生器器的的输输出出电电压压只只有有高高、低低两两种种电电平平，电电容容C随随输输出出电电压压的的极极性性进进行行充充电电或或放放电电。当当uC大大于于运运放放同同相相端端电电位位u+时时，输输出出为为低低电电平平；反反之之，输输出出为为高电平。高电平。uOCA+R4R5100kW W+15V100kW W0.01m mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础t015012uO/VuC/Vt输出电压输出电压uO和电容和电容电压电压uC的波形图的波形图uOCA+R4R5100kW W+15V100kW W0.01m mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b)由图可知，运放同相端由图可知，运放同相端电位的最大值和最小值，即电位的最大值和最小值，即为为uC的最大值和最小值。的最大值和最小值。对于同相端，由对于同相端，由KCL得得当当时时当当时时uOCA+R4R5100kW W+15V100kW W0.01m mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)如果如果UcmaxU+min，电路不能产生，电路不能产生方波。方波。Ucmax=Uomax/2=6VUcmin=Uomin/2=0V由图可知由图可知由由知知当当UR3U+maxUOmax=6V或或UR3U+minUOmin=0V时时电路不能产生方波电路不能产生方波uOCA+R4R5100kW W+15V100kW W0.01m mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例3图图示示电电路路为为一一压压控控振振荡荡器器。设设输输入入电电压压0UI6V，运运放放A1、A2为为理理想想器器件件；二二极极管管D的的正正向向压压降降为为0.6V，稳稳压压管管DZ的的稳稳定定电电压压为为6V，它它们们的的其其它它性性能能理想。理想。+_+_A1A2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(a)运算放大器运算放大器A1、A2各组成什么电路？各组成什么电路？(b)画出画出uO1和和uO波形；波形；(c)写出振荡频率写出振荡频率f0与输入电压与输入电压UI的函数关系式。的函数关系式。+_+_A1A2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础解解(a)A1构构成成反反相相输输入入积积分分电电路路，A2构构成成同同相相输输入入比较电压比较器。比较电压比较器。+_+_A1A2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b)当当uO6V时时，二二极极管管D截截止止，电电容容C充充电电，uO1随随时时间负向线性增大。间负向线性增大。当运放当运放A2的同相端电位的同相端电位u2+过零时，比较器翻转，过零时，比较器翻转，uO=6V。+_+_A1A2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础当当uO=6V时，时，D导通，导通，uO被强制为被强制为0.6V。C迅迅速放电，速放电，uO1快速正向增大。快速正向增大。当当u2+再次过零时，比较器翻转，再次过零时，比较器翻转，uO=6V，二极管截，二极管截止，电容止，电容C充电，充电，uO1随时间线性下降。随时间线性下降。周而复始，形成周期性振荡。周而复始，形成周期性振荡。+_+_A1A2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础由图可知，运放由图可知，运放A2同相端电位同相端电位令令u2+=0得得+_+_A1A2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础由式由式知知当当uO6V时，时，uO15V，比较器状态翻转。，比较器状态翻转。当当uO0.6V时，时，uO10.5V，比较器状态翻转。，比较器状态翻转。tt0050.60.56uO1/VT1uO/VTuO1和和uO的波形的波形上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(c)由由于于二二极极管管的的导导通通电电阻阻很很小小，电电容容放放电电时时间间极极短短，所以，所以，T T1。tt00-5-0.60.56uO1/VT1uO/VT上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+_+_A1A2由于由于当当时，电容充电结束，此时时，电容充电结束，此时上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础故电路的振荡频率故电路的振荡频率上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础9.1 功率放大电路的特点及分类功率放大电路的特点及分类 1特点特点 (1)要有尽可能大的输出功率要有尽可能大的输出功率 (2)效率要高效率要高 (3)非线性失真要小非线性失真要小 (4)要加装散热和保护装置要加装散热和保护装置 (5)要用图解法分析要用图解法分析 9 功率放大电路功率放大电路上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2工作状态分类工作状态分类 (1)甲类放大电路甲类放大电路 根据晶体管的静态工作点的位置不同分根据晶体管的静态工作点的位置不同分b.能量转换效率低能量转换效率低特点特点c.放大管的导通角放大管的导通角=2静态工作静态工作点位置点位置iC1ICQt=2 O2 集电极电集电极电流波形流波形大大a.静态功耗静态功耗uCEiCOQA上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)乙类放大电路乙类放大电路 b.能量转换效率高能量转换效率高c.输出失真大输出失真大特点特点d.放大管的导通角放大管的导通角=tiC22 =O3集电极电集电极电流波形流波形a.静态功耗静态功耗静态工作静态工作点位置点位置uCEiCOQA上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)甲乙类放大电路甲乙类放大电路 a.静态功耗较小静态功耗较小b.能量转换效率较高能量转换效率较高c.输出失真较大输出失真较大特点特点d.放大管的导通角放大管的导通角2tiC32O3ICQ 0时时T1导通导通T2截止截止输入信号输入信号ui输出信号输出信号uo电流电流io方向方向uoui+RLT1ui+_+VCC_iC1iC2T2VCCuo_A上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础c.ui|2VCC(3)ICMVCC/RC9.3 功率器件与散热功率器件与散热在在互互补补推推挽挽功功率率放放大大电电路路中中,功功率率管管的的极极限限参参数数应应满足以下关系满足以下关系上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2二次击穿的影响二次击穿的影响 iCuCEOBA二次击穿二次击穿一次击穿一次击穿S/B曲线曲线二次击穿现象二次击穿现象二次击穿临界曲线二次击穿临界曲线iCuCEO上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.V型型NMOS管的结构管的结构 结构剖面图结构剖面图9.3.2 功率功率MOSFET s源极源极 g栅极栅极 金属金属 源极源极SiO2沟道沟道沟道沟道外延层外延层衬底衬底d漏极漏极_ _N+PPNN+N+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2.V型型NMOS管的主要特点管的主要特点(1)开关速度高开关速度高 (2)驱动电流小驱动电流小 (3)过载能力强过载能力强 (4)易于并联易于并联 上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础IGBT等等效电路效电路dT1gsRT2IGBT电电路符号路符号gsdT9.3.3 绝缘栅双极型晶体管（绝缘栅双极型晶体管（IGBT）上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的主要特点：的主要特点：(1)输入阻抗高输入阻抗高(2)工作速度快工作速度快(3)通态电阻低通态电阻低(4)阻断电阻高阻断电阻高(5)承受电流大承受电流大兼兼顾顾了了MOSFET和和BJT的的优优点点，成成为为当当前前功功率率半半导导体器件发展的重要方向。体器件发展的重要方向。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础外壳外壳c集电结集电结j散热器散热器sR(th)jcR(th)csR(th)sa环境环境a9.3.4 功率器件的散热功率器件的散热晶体管的散热示意图晶体管的散热示意图上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础导电回路（电路）导电回路（电路）散热回路（热路）散热回路（热路）参参 量量 符符 号号 单单 位位参参 量量符符 号号 单位单位电电 压压UV温温 差差ToC电电 流流IA最大允最大允许功耗许功耗PCMW电电 阻阻R热热 阻阻RToC/W 功率器件的散热分析方法功率器件的散热分析方法导电回路和散热回路参数对照表导电回路和散热回路参数对照表电电热热模模拟拟</p>