模拟电子技术PPT电子课件教案-第6章_波形发生与变换电路.ppt

模拟电子技术,第六章 波形发生与变换电路,主要内容,6.1 正弦波振荡电路 6.2 非正弦波发生器 6.3 波形变换电路,一. 产生自激振荡的条件,只有正反馈电路才能产生自激振荡。,6.1 正弦波振荡电路,6.1.1概 述,反馈信号代替了放大 电路的输入信号。,xd=xf,所以，自激振荡条件也可以写成：,自激振荡的条件：,（1）振幅条件：,xo=afxo,1.放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出信号，实现能量的控制 2.正反馈网络：使放大电路的输入信号等于反馈信号 3.选频网络：确定电路的振荡频率，为了使电路产生单一频率的正弦波输出 ；常用的选频网络有rc选频和lc选频 4.稳幅模块：使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小,二.正弦波振荡电路的组成,6.1.2 rc正弦波振荡电路,在 f0 处,满足相位条件：,因为：,af=1,只需：a=3,振幅条件：,引入负反馈：,选：,一、rc桥式振荡电路的组成,二、rc串并联选频网络的选频特性,r1c1 串联阻抗：,r2c2 并联阻抗：,选频特性：,通常，取r1r2r，c1c2c，则有：,式中：,可见：当 时， f最大，且 =0,fmax=1/3,rc串并联网络完整的频率特性曲线：,当 时， f= fmax=1/3,6.1.3 lc正弦波振荡电路,一、lc并联回路的频率特性,(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。,r为电感和回路中的损耗电阻,当 时，,并联谐振。,谐振时，电路呈阻性：,(1) 谐振角频率：,(2) 品质因数q：,谐振时lc并联谐振电路相当一个大电阻。,q为谐振回路的品质因数，q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好,二、变压器反馈式振荡电路,变压器反馈式振荡电路 变压器反馈式振荡电路的交流通路,(a) 交流等效电路 (b) 变压器部分等效电路,变压器原边,副边电流,当1时，振荡频率为,三、电感反馈式振荡电路,电感反馈式振荡电路,电感反馈式振荡电路的交流通路,当谐振回路的q值很高时，振荡频率基本上等于lc回路的谐振频率,该谐振回路的起振条件,四、电容反馈式振荡电路,振荡频率：,电容反馈式,若要振荡频率高，则l、c1、c2的取值就要小。当电容减小到一定程度，晶体管的极间电容将并联在c1和c2上，影响振荡频率。,特点：波形好，振荡频率调整范围小，适用于频率固定的场合。,改进选频网络，加很小的c,改进型电容反馈式振荡电路,(a) 电容反馈式振荡电路的改进 (b)等效电路,振荡频率,6.1.4 石英晶体正弦波振荡电路,q值越高，选频特性越好，频率越稳定。,频率稳定问题：,频率稳定度一般由 来衡量,频率偏移量。,振荡频率。,lc振荡电路 q 数百,石英晶体振荡电路 q 10000 500000,一. 石英晶体,2. 基本特性,1. 结构：,极板间加电场,极板间加机械力,压电效应：,交变电压,机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。,当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大,3. 石英晶体的等效电路与频率特性,等效电路：,（1）串联谐振,频率特性：,晶体等效纯阻且阻值0,（2）并联谐振,通常,所以,二. 石英晶体正弦波振荡电路,利用石英晶体的高品质因数的特点，构成lc振荡电路。,1. 并联型石英晶体振荡器,石英晶体工作在fs与fp之间，相当一个大电感，与c1、c2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的q值很高，可达到几千以上，所以电路可以获得很高的振荡频率稳定性。,2. 串联型石英晶体振荡器,石英晶体工作在fs处，呈电阻性，而且阻抗最小，正反馈最强，相移为零,满足振荡的相位平衡条件。 对于fs以外的频率，石英晶体阻抗增大,且相移不为零，不满足振荡条件，电路不振荡。,6.2非正弦波发生器,(a) 矩形波 (b)三角波 (c)锯齿波 (d)尖顶波 (e) 阶梯波,矩形波是非正弦波的基础波形，可通过波形变换得到其他波形,6.2.1 矩形波发生器,1.电路结构,由滞回比较电路和rc定时电路构成,上下限:,2.工作原理：,(1) 设 uo = + uz ,此时，uo给c 充电, uc ，,则：u+=ut+,一旦 uc ut+ , 就有 u- u+ , uo 立即由uz变成uz 。,在 uc ut+ 时，,u- u+ ,设uc初始值uc(0+)= 0,uo保持+uz不变,此时，c向uo放电,再反向充电,(2) 当uo = -uz 时，,u+=ut-,uc达到ut-时，uo上跳。,当uo 重新回到uz 后，电路又进入另一个周期性的变化。,完整的波形：,计算振荡周期t,周期与频率的计算：,t= t1 + t2 =2 t2,t2阶段uc(t)的过渡过程方程为:,f = 1/t,可推出:,3、占空比可调的矩形波发生器,改变电位器 rw 的滑动端，就改变了冲放电的时间，从而使矩形波的占空比可调,6.2.2三角波发生器,电路结构：迟滞比较器+反相积分器,工作原理：,若uo1=+uz， uo2， u+ 。,当u+ 0时， uo1翻转为-uz。,若uo1=-uz， uo2， u+ 。,当u+ 0时， uo1翻转为+uz。,波形图,振荡周期：,6.2.3锯齿波发生器,改变积分器的正反向充电时间常数,uo1=+uz，d截止，充电时间常数：r4c。,uo1=-uz，d导通，充电时间常数：(r6r4)c。,r6r4,波形图,6.3波形变换电路,一、三角波变锯齿波,二、三角波变正弦波电路,在三角波电压为固定频率或频率变化范围很小的情况下，可以用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波,三角波按傅里叶级数展开,本章小结,2正弦波振荡电路主要有rc振荡电路和lc振荡电路两种。rc振荡电路主要用于中低频场合，lc振荡电路主要用于高频场合。石英晶体振荡电路是一种特殊的lc振荡电路，其特点是具有很高的频率稳定性。 3当运放开环工作或引入正反馈时，运放工作在非线性状态。其分析方法为： 若u+u- 则uo=+uom； 若u+u- 则uo=-uom。 虚断（运放输入端电流=0） 4.非正弦波发生器：由于滞回比较器引入了正反馈，从而加速了输出电压的变化；延时电路使比较器输出电压周期性地从高电平跃变为低电平，再从低电平跃变为高电平，而不停留在某一状态，从而使电路产生自激振荡,5比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路。迟滞比较器具有回差特性。它们是运放非线性工作状态的典型应用。 6在方波、锯齿波和三角波等非正弦波信号发生器中，运放一般也工作在非线性状态。电路由比较器、