《计算机电路基础》PPT课件.ppt

波形发生电路,第7章,7.1正弦波振荡电路,7.2非正弦波信号产生电路,小结,7.1正弦波振荡电路,7.1.1正弦波振荡电路的工作原理,7.1.2RC正弦振荡,7.1.3LC正弦振荡,引言,信号产生电路,(振荡器Oscillators),分类：,正弦波振荡:,非正弦波振荡：,RC振荡器(1kHz数百kHz),LC振荡器(几百kHz以上),石英晶体振荡器(频率稳定度高),方波、,三角波、,锯齿波等,主要性要求能：,输出信号的幅度准确稳定,输出信号的频率准确稳定,引言,7.1.1正弦波振荡电路的工作原理,一、振荡条件,微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。,振幅平衡条件,相位平衡条件,n=0,1,2,二、起振条件,起振条件,1/Fu,Au=1/Fu,O,ui,uo,Au,uo,AuFu1,AuFu3，稳幅后Au=3。,正温度系数,负温度系数,二极管稳幅,12.4kR28.1k,起振时信号小，二极管电阻大,Au1+(R2+R3)/R13,R22R1-R3,起振后二极管电阻逐渐减小，,Au1+R2/R1=3,为使失真小：,R22R1,f0=1.94kHz,8.2k,6.2k,22k,4.3k,0.01F,8.2k,0.01F,二、RC移相式振荡电路,一节RC环节,移相90,二节RC环节,移相180,三节RC环节,移相270,满足相位平衡条件,优点：,结构简单,缺点：,选频特性差，输出波形差,7.1.3LC振荡电路,类型：变压器反馈式、电感三点式、电容三点式,一、变压器反馈式LC振荡电路,L的等效损耗电阻,(一)LC并联回路的特性,Z,1.谐振频率f0,2.谐振阻抗Z0,3.回路品质因数Q,4.频率特性,Q大,Q小,Q增大,幅频特性,相频特性,5.并联谐振的本质,电流谐振,1)Z=Z0,呈纯阻,2)形成环流，大小是总电流的Q倍,(二)变压器反馈式振荡电路,满足相位平衡条件,1、电感三点式和电容三点式LC正弦波发生器,把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC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，就形成了LC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。,LC三点式正弦波发生电路图,a）电感三点式,b）电容三点式,二、三点式LC振荡电路,2、组成LC三点式正弦波发生电路的规律,LC三点式正弦波发生电路的一般结构如下图所示。,图LC三点式正弦波发生电路的一般结构,a）反相放大,b）同相放大,若考虑到a中的负载阻抗,运放输出电阻为,，,无反馈时的,因此,其中，,为了使电路振荡，应有,，上式应为实数，,分母的需不应为零，即：,进而可得,、,而,必须与它们异号。,由因为：,所以得：,为了产生振荡，由上式可得：,和,所以必然有,结论：在LC三点式正弦波发生电路中，为了满足产生振荡的相位平衡条件，同性质电抗的中间点必须接集成运放的同相输入端。,3、电感三点式振荡电路,M,优点：,缺点：,易起振(L间耦合紧)；,易调节(C可调)。,输出取自电感，对高次谐波阻抗大，输出波形差。,4、电容三点式振荡电路,考毕兹振荡器(Colpitts),C3,优点：波形较好,缺点：,2)V极间电容影响f0,1)调频时易停振,C3的改进,三、石英晶体(Crystal)振荡电路,(一)石英晶体谐振器的阻抗特性,1.结构和符号,化学成分SiO2,结构,晶片,符号,2.压电效应,形变,形变,机械振动,外力,压电谐振外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。,3.等效电路,Lq晶体的动态电感(10-3102H)(大),Cq晶体的动态电容(0.1pF)(小),rq等效摩擦损耗电阻(小),Co晶片静态电容(几几十pF),大,小,小,大,4.频率特性和谐振频率,容性,容性,感性,5.使用注意,2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。,1)要接一定的负载电容CL(微调)，以达标称频率。,(二)石英晶体谐振电路,1.串联型,f=fs，晶体呈纯阻,2.并联型,fsfU2，比较器采用单电源,UOmax,截止导通,UZ,0,UOmax,0,导通截止,UZ,0,0,截止截止,0,UZ,U1,U2,应用举例,三极管值分选电路,3CG,50100，LED不亮。,分析电路是否满足要求：100，LED亮，,解,IB=(15-0.7)/1430,=0.01mA,当50时，IC1mA，UC5VV1导通，LED亮,当50100时，2.5VUCuP时，uO=-UZ,当uIUT-，则uO=-UZ,一旦uII01,1.原理,当Q=0，S断开，,C充电(I01)至2/3VCC,Q=1,当Q=1，S闭合，,C放电(I02-I01)至1/3VCC,Q=0,当I02=2I01，引脚9输出方波，引脚3输出三角波；,当I022I01，引脚9输出矩形波，引脚3输出锯齿波。,2.应用,调占空比和正弦波失真,1.获得三角波的基本方法,方波,积分电路,三角波,2.锯齿波发生电路,在三角波发生电路中，如果电容的充电、放电时间常数不相等，则可使积分电路的输出为锯齿波。,7.2.4三角波发生电路,小结,第7章,一、信号产生电路的分类：,正弦波振荡:,非正弦波振荡：,RC振荡器(低频),LC振荡器(高频),石英晶体振荡器(振荡频率精确),方波、,三角波、,锯齿波等。,二、正弦波振荡条件、电路结构和选频电路,1.振荡条件,振幅平衡条件,相位平衡条件,n=0,1,2,判断电路是否起振采用瞬时极性法，即断开反馈网络，加一信号，如果信号极性逐级变化后，返回后与原信号同极性，则满足相位平衡条件。,2.振荡电路的两种结构,3.选频电路及其特性,1)RC串并联式,幅频特性,相频特性,当=0=1/RC时,=0,电路,2)LC并联谐振回路,阻抗幅频特性,电路,阻抗相频特性,谐振频率,谐振阻抗,回路品质因数,三、正弦波振荡电路,1.RC桥氏振荡电路,振荡频率,振荡条件,即,自动稳幅措施：,使电Au成为非线性,Rf串接二极管(图略),Rf串接负温度系数热敏电阻,R1采用正温度系数热敏电阻,3.LC振荡电路,变压器反馈式,电感三点式,电容三点式,四、石英晶体振荡电路,1.等效电路和频率特性,符号,等效电路,频率特性,串联谐振频率,并联谐振频率,2.石英晶体谐振电路,串联型,f=fs，晶体呈纯阻,并联型,fsffp，晶体呈感性,五、比较器,1.单限电压比较器,传输特性,特点：,1)工作在非线性区,2)不存在虚短(除了uI=UREF时),3)存在虚断,门限电压UT=UREF,六、非正弦波振荡电路,1.产生方波振荡的基本原理,当施密特触发器输出高(低)电平时，电容C的充电方向不同，每当uC超过上(下)门限电压时，施密特触发器的输出电平就发生跳变，使电容改变充电方向，于是形成uO周而复始的高、低电平跳变，即方波振荡。,施密特触发器的构成：,迟滞比较器(运放接成正反馈),555定时器的施密特触发器形