第八章-波形发生电路

本章重点和考点 1 重点掌握RC正弦波振荡电路的工作原理 振荡频率 起振条件以及电路的特点 2 理解各种非正弦波发生电路 矩形波 三角波和锯齿波 的工作原理 8 1正弦波振荡电路的分析方法 8 1 1产生正弦波振荡的条件 放大电路 反馈网络 如果反馈电压uf与原输入信号ui完全相等 则即使无外输入信号 放大电路输出端也有一个正弦波信号 自激振荡 图8 1 1反馈放大电路产生自激振荡的条件 由此知放大电路产生自激振荡的条件是 即 所以产生正弦波振荡的条件是 幅度平衡条件 相位平衡条件 8 1 2正弦波振荡电路的组成和分析步骤 组成 放大电路 反馈网络 选频网络和稳幅环节 分析步骤 一 判断能否产生正弦波振荡 1 检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分 2 检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作 3 分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件和振幅平衡条件 判断相位平衡条件的方法是 瞬时极性法 二 估算振荡频率和起振条件 振荡频率由相位平衡条件决定 3 令f f0时的 即得起振条件 2 令 即可求得满足该条件的f0 此频率即为振荡频率 8 2RC正弦波振荡电路 文氏电桥 8 2 1RC串并联网络振荡电路 电路组成 放大电路 集成运放A 选频与正反馈网络 R C串并联电路 稳幅环节 RF与R 组成的负反馈电路 图8 2 1 图8 2 2 一 RC串并联网络的选频特性 Z1 Z2 取R1 R2 R C1 C2 C 令 则 得RC串并联电路的幅频特性为 相频特性为 最大 F 0 1 3 90 90 图8 2 3 二 振荡频率与起振条件 1 振荡频率 2 起振条件 f f0时 由振荡条件知 所以起振条件为 同相比例运放的电压放大倍数为 即要求 三 振荡电路中的负反馈 自动稳幅 引入电压串联负反馈 可以提高放大倍数的稳定性 改善振荡电路的输出波形 提高带负载能力 反馈系数 改变RF 可改变反馈深度 增加负反馈深度 并且满足 则电路可以起振 并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号 采用具有负温度系数的热敏电阻RT代替反馈电阻RF 可实现自动稳幅 还有什么措施自动稳幅 RT 图8 2 4 四 振荡频率的调节 调节电阻R或电容C的值 即可调节振荡频率 电路图 P417图8 2 5 利用波段开关换接不同容量的电容 对频率进行粗调 利用同轴电位器 对振荡频率进行细调 8 2 2其他形式的RC振荡电路 一 移相式振荡电路 集成运放产生的相位移 A 180 如果反馈网络再相移180 即可满足产生正弦波振荡的相位平衡条件 振荡频率为 270 180 90 当f f0时 相移180 满足正弦波振荡的相位条件 起振条件 RF 12R 图8 2 6 二 双T选频网络振荡电路 振荡频率约为 当f f0时 双T网络的相移为 F 180 反相比例运放的相移 A 180 因此满足产生正弦波振荡的相位平衡条件 如果放大电路的放大倍数足够大 同时满足振幅平衡条件 即可产生正弦波振荡 图8 2 8 起振条件 表8 1三种RC振荡电路的比较 8 3LC正弦波振荡电路 8 3 1LC并联电路的特性 当频率变化时 并联电路阻抗的大小和性质都发生变化 并联电路的导纳 当 电路发生并联谐振 图8 3 1 并联谐振角频率 令 谐振回路的品质因数 当Q 1时 谐振频率 回路等效阻抗 LC并联回路的阻抗 发生并联谐振时 在谐振频率附近 可见 Q值不同 回路的阻抗不同 不同Q值时 LC并联电路的幅频特性 相频特性 Z01 Z02 Q1 Q2 Q1 Q2 Q1 Q2 Q1 Q2 感性 纯阻 容性 结论 1 当f f0时 电路为纯电阻性 等效阻抗最大 当ff0时 电路为容性 所以LC并联电路具有选频特性 2 电路的品质因数Q愈大 选频特性愈好 图8 3 2 谐振时LC回路中的电流 电容支路的电流 并联回路的输入电流 所以 当Q 1时 结论 谐振时 电容支路的电流与电感支路的电流大小近似相等 而谐振回路的输入电流极小 8 3 2变压器反馈式振荡电路 一 电路组成 用瞬时极性判断为正反馈 所以满足自激振荡的相位平衡条件 瞬时极性法 二 振荡频率和起振条件 振荡频率 起振条件 图8 3 3变压器反馈式振荡电路 8 3 3电感三点式振荡电路 Hartley 一 电路组成 用瞬时极性判断为正反馈 所以满足自激振荡的相位平衡条件 二 振荡频率和起振条件 振荡频率 起振条件 图8 3 4 电感三点式振荡电路的特点 1 由于二线圈之间耦合很紧 因此容易起振 2 调节频率方便 3 一般用于产生几十兆赫以下的频率 4 输出波形中含有较大的高次谐波 故波形较差 5 频率稳定度不高 8 3 4电容三点式振荡电路 Colpitts 一 电路组成 用瞬时极性判断为正反馈 所以满足自激振荡的相位平衡条件 二 振荡频率和起振条件 振荡频率 起振条件 图8 3 5 8 3 5电容三点式改进型振荡电路 振荡频率 选择C C1 C C2 则 减小了三极管极间电容对振荡频率的影响 适用于产生高频振荡 图8 3 6 表8 2各种LC振荡电路的比较 复习 1 正弦波振荡电路的组成部分 2 文氏振荡电路 3 LC正弦波振荡电路 变压器反馈式 电感三点式 电容三点式 电容三点式改进型 品质因素愈大 选频特性愈好 频率稳定度愈高 8 4石英晶体振荡器 一 基本特性 压电效应 在石英晶片的两极加一电场 晶片将产生机械变形 若在晶片上施加机械压力 在晶片相应的方向上会产生一定的电场 压电谐振 晶片上外加交变电压的频率为某一特定频率时 振幅突然增加 8 4 1石英晶体的基本特性和等效电路 二 等效电路 符号 串联谐振频率 并联谐振频率 电抗频率特性 fs fp 容性 容性 感性 图8 4 1 图8 4 2 静电电容 C0机械振动惯性 L晶片弹性 C磨擦损耗 R 8 4 2石英晶体振荡电路 一 并联型石英晶体振荡电路 交流等效电路 振荡频率 由于 图8 4 3 二 串联型石英晶体振荡电路 图8 4 4串联型石英晶体振荡电路 当振荡频率等于fS时 晶体阻抗最小 且为纯电阻 此时正反馈最强 相移为零 电路满足自激振荡条件 振荡频率 调节R可改变反馈的强弱 以获得良好的正弦波 8 5非正弦波发生电路 8 5 1矩形波发生电路 一 电路组成 RC充放电回路 滞回比较器 图8 5 1 图8 5 2 滞回比较器 集成运放 R1 R2 充放电回路 R C 钳位电路 VDZ R3 二 工作原理 设t 0时 uC 0 uO UZ 则 u u 当u uC u 时 t1 t2 则 当u uC u 时 输出又一次跳变 uO UZ 输出跳变 uO UZ 图8 5 3 三 振荡周期 电容的充放电规律 对于放电 解得 结论 改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻 即可改变振荡周期 矩形波的幅度与R1 R2和UZ有关 四 占空比可调的矩形波发生电路 图8 5 4 使电容的充 放电时间常数不同且可调 即可使矩形波发生器的占空比可调 充电时间T1 放电时间T2 占空比D 图8 5 5 图8 5 6 一 电路组成 8 5 2三角波发生电路 二 工作原理 当u u 0时 滞回比较器的输出发生跳变 图8 5 7 A1滞回比较器A2反向积分电路 设t 0时 uO1 UZuC 0 三 输出幅度和振荡周期 解得三角波的输出幅度 当u u 0时 uO1跳变为