波形发生及变换电路

1、第9章 波形的发生和变换电路9.1 9.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.1.1 9.1.1 概述概述 振荡电路：无外加交流信号，能输出一定振荡电路：无外加交流信号，能输出一定频率一定幅值的信号。频率一定幅值的信号。 振荡条件：在振荡电路中引入正反馈，振荡条件：在振荡电路中引入正反馈，且振荡频率可控。且振荡频率可控。 1 1，产生正弦波振荡的条件，产生正弦波振荡的条件 振荡原因：在电扰动下，对于某一特定频率振荡原因：在电扰动下，对于某一特定频率的信的信号形成正反馈号形成正反馈，使干扰不断增大由于半导体器件的非，使干扰不断增大由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳线性

2、特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。定在一定的幅值。 振荡平衡条件：振荡平衡条件：211FAnFAFA幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件1FA 起振条件：起振条件：2， 基本组成部分1) 放大电路：放大作用放大电路：放大作用2) 正反馈网络：满足相位条件正反馈网络：满足相位条件3) 选频网络：确定选频网络：确定f04) 非线性环节：稳幅非线性环节：稳幅常合二常合二为一为一3、分类：RC、LC、石英晶体。、石英晶体。相位条件的判断方法：瞬时极性法瞬时极性法Ui的极性的极性 Uo的极性的极性 Uf的极性的极性若若Uf与与Ui极性相同，则电路可能振荡；极性相同，则

3、电路可能振荡；否则不能振荡。否则不能振荡。 iU9.1.2 RC 正弦波振荡电路1. RC串并联选频网络CRCRCRUUF j1 j1 j1of ) 1 ( j31RCRCF ) 1 ( j31RCRCF当当 f=f0时不但时不但=0，且，且 最大，为最大，为1/3。F)( j31 21000ffffFRCf，则令 2 f2. 2. RC 桥式正弦波振荡电路1f2RR 起振要求：起振要求：3VA1f1RRAV稳幅措施：采用非线性元件1）热敏元件）热敏元件稳幅原理：稳幅原理： oV oI 功功耗耗 fR 温度温度 fR 阻阻值值 fR3 VA1 VVFA稳幅稳幅 VARf 用负温度系数热敏电阻用

4、负温度系数热敏电阻 ； 或或R用正温度系数热敏电阻用正温度系数热敏电阻 ；2）二极管）二极管 稳幅原理：稳幅原理：电流增大时，电流增大时，二极管动态电二极管动态电阻减小。阻减小。稳幅环节稳幅环节例例 1 1 ：电路如图所示，试用相位平衡条件判断电路是电路如图所示，试用相位平衡条件判断电路是否可能振荡。否可能振荡。RCRC1RdR2eRCCVT1T21 23vivfvo45T1为共源放大电路，为共源放大电路，设从设从T1栅极断开，栅极断开，并加入并加入(+)(+)信号，信号，则经过则经过RCRC串并联串并联网络反馈回来的网络反馈回来的为为(-)(-)信号，不满信号，不满足相位平衡条件足相位平衡条

5、件, ,不能振荡不能振荡. .解：解：RCRC1RdR2eRCCVT1T2例例2： 将电路合理连接，使之产生正弦波振荡将电路合理连接，使之产生正弦波振荡知识点：本题考查是否掌握知识点：本题考查是否掌握RC桥式振荡电路的结构特桥式振荡电路的结构特点。其特点是以点。其特点是以RC串并联网络为选频网络和正反馈网串并联网络为选频网络和正反馈网络，并且放大电路要引入电压串联负反馈。因此本题络，并且放大电路要引入电压串联负反馈。因此本题的关键是合理引入两路反馈的关键是合理引入两路反馈例例 3 ：.试分析试分析D1、D2自动稳幅原理自动稳幅原理；.估算输出电压估算输出电压V0m；(VD=0.6V).试画出若

6、试画出若R2短路时，输出电压短路时，输出电压V0的波形的波形；.试画出若试画出若R2开路时，输出电压开路时，输出电压V0的波形；的波形；解：解：.稳幅原理稳幅原理 当当v v0 0幅值很小时，幅值很小时， D1、D2接近开路接近开路，R3=2.7K。3 . 3/1132RRRRAV 当当v v0 0幅值较大时，幅值较大时， D1或或D2导通导通，R3减小减小，AV下降下降。幅值趋于稳定。幅值趋于稳定。. .估算输出电压估算输出电压V V0m0m (V (VD D=0.6V)=0.6V)31 . 5/1 . 51 . 93KKRKAV稳幅时：KR1 . 13IKVI1 . 16 . 0KKKVm

7、1 . 91 . 51 . 10KVKVm1 . 16 . 03 .150V35. 8. .若若R R2 2短路时短路时(4). 若若R2开路，开路， 增益增益AV无穷大无穷大，输出电压峰值过大，被削波，输出电压峰值过大，被削波，输出波形极象方波。输出波形极象方波。AV3，电路停振电路停振，输出电压输出电压V V0 0=0=01132/ RRRRAV9.1.3、LC 正弦波振荡电路 1. LC并联网络的选频特性LCf 2102，LC选频放大电路3. 变压器反馈式LC正弦波振荡电路必须有合适的同铭端！必须有合适的同铭端！4. 电感反馈式正弦波振荡电路 电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，电感的三

8、个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三点式电路。故称之为电感三点式电路。5. 电容反馈式（电容三点式）电路9.1.4石英晶体正弦波振荡电路1. 石英晶体简介2. 石英晶体正弦波振荡电路（1）并联型）并联型（感性区）（感性区）（2）串联型）串联型（纯电阻）（纯电阻）例例 1 1 ： 已知已知电路如图，电路如图，试分析它们试分析它们是否有可能是否有可能产生正弦波产生正弦波振荡，若不振荡，若不可能，则改可能，则改正错误使它正错误使它们有可能产们有可能产生正弦波振生正弦波振荡。荡。分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：1) 1) 是否存在四个组成部分是否存在四

9、个组成部分: :放大电路、选频放大电路、选频网络、正反馈网络、限幅环节。网络、正反馈网络、限幅环节。2) 2) 放大电路是否能正常工作放大电路是否能正常工作：一是能够建一是能够建立起合适的静态工作点，即放大管既不会截立起合适的静态工作点，即放大管既不会截止也不会饱和；二是动态信号能够正常传输，止也不会饱和；二是动态信号能够正常传输，即交流通路中的输入回路和输出回路既没有即交流通路中的输入回路和输出回路既没有被短路又没有被断路的地方。被短路又没有被断路的地方。3) 3) 是否满足相位条件是否满足相位条件：正反馈。正反馈。(1)(1)存在四个组成部分存在四个组成部分: : 放大电路为放大电路为T;

10、 ;选频网络为选频网络为N1 C；反馈网络为反馈网络为N1N2 ；限幅环节为限幅环节为T，其增益其增益A随随输出电压增大而减小。构输出电压增大而减小。构成互感耦合振荡器。成互感耦合振荡器。解解: (: (a)a)(2)(2)放大电路不能正常工放大电路不能正常工作：因为作：因为N2在直流通路中在直流通路中可视为短路，导致放大管可视为短路，导致放大管基极直流电位为零，使之基极直流电位为零，使之截止。截止。1 23 应在输入端加耦合电容。应在输入端加耦合电容。(3)(3)满足相位条件：是正反馈满足相位条件：是正反馈如果不满足，可改变同名端使之满足。如果不满足，可改变同名端使之满足。4 解解: (:

11、(b)b)(1)(1)存在四个组成部分存在四个组成部分: : 放大电路为放大电路为T; ;选频网络为选频网络为N1 N2 C；反馈网络为反馈网络为N1N2 ；限幅环节为限幅环节为T。构构成电感三点式耦合振荡器。成电感三点式耦合振荡器。(2)(2)放大电路不能正常工作：放大电路不能正常工作：因为在直流通路中因为在直流通路中N1和和N2可视为短路，放大管的基可视为短路，放大管的基极与集电极直流电位相等，极与集电极直流电位相等，使之处于临界饱和状态。使之处于临界饱和状态。应在输入端加耦合电容。应在输入端加耦合电容。(3)(3)满足相位条件：是正反馈满足相位条件：是正反馈1 23 解解: (: (c)

12、c)(1)(1)存在四个组成部分存在四个组成部分: : 放大电路为放大电路为T; ;选频网络为选频网络为C1 C2 L；反馈网络为反馈网络为C1C2 ；限幅环节为限幅环节为T。构成电容构成电容三点式耦合振荡器。三点式耦合振荡器。(2)(2)放大电路不能正常工作：放大电路不能正常工作：因为因为VCC和和Ce在交流通路中在交流通路中可视为短路，放大管的输可视为短路，放大管的输出电压恒为零。出电压恒为零。应在集电极加电阻应在集电极加电阻Rc 。(3)(3)满足相位条件：是正反馈满足相位条件：是正反馈1 3 2注意事项：注意事项：1 1、放大电路必须能够正常工作、放大电路的、放大电路必须能够正常工作、

13、放大电路的基本接法；基本接法；2 2、断开反馈，在断开处加、断开反馈，在断开处加 f=f0的输入电压；的输入电压；3 3、找出在哪个元件上获得反馈电压、找出在哪个元件上获得反馈电压. .1.方波发生电路Z211TURRRURC 回路回路滞回比较器滞回比较器9.2.1 矩形波发生电路9.2 非正弦波发生电路假设刚开始有：假设刚开始有： uc 0， uO=+ UZ(1)uO=+ UZ( uP+UT ),C充电充电, uc升高升高,升升高到高到+UT ,则则uO跃变为跃变为UZ(2)uO=+-UZ( uP-UT ),C放电放电, uc下降下降,下下降到降到-UT ,则则uO跃变为跃变为+UZ%50k

14、TTq脉冲宽度脉冲宽度主要参数：（1）占空比：（2 2）振荡周期）振荡周期/)()0()()(teffftf 根据电容上电压波形可知，在根据电容上电压波形可知，在二分之一周期内，起始值二分之一周期内，起始值f(0)为为-FUZ( (即即-UT),),终值终值f(T/2)为为+FUZ( (即即+UT),),时间常数为时间常数为R3C ，时间，时间t趋于趋于无穷大时，无穷大时，uC趋于趋于+ +UZ ，利用一阶，利用一阶RC电路的三要素公式：电路的三要素公式：有：有：CRTZTZTeUUUU32/)21ln(2)21ln(221213RRRRCRT2.矩形波发生电路 正向充电和反向充电时间常数可调，正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。占空比就可调。)21ln()()21ln()(2123221131RRCRRTRRCRRTww9.2.2 三角波发生电路 1. 电路组成 用积分运算电路可将方波变为三角波。用积分运算电路可将方波变为三角波。两个两个RC环节环节