模拟电子技术-波形产生与变换电路

1、第七章第七章 波形的产生与变换电路波形的产生与变换电路7.1 正弦波振荡的基本原理正弦波振荡的基本原理7.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路7.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路7.5 方波发生器方波发生器7.6 三角波及锯齿波发生器三角波及锯齿波发生器7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路7.1 正弦波振荡器的基本原理正弦波振荡器的基本原理一一. 产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件fidXXX-=改成正反馈改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自激振荡。+Xi f基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FX+doXX所有的正反馈电路都能产生自激振荡么？所有的正

2、反馈电路都能产生自激振荡么？如果：如果：,ifXX=则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。Xi +f基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FX+doXXXdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXXidXX=AF=1Xd=Xf=XdAF所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成：自激振荡的条件：自激振荡的条件：（1）振幅条件：）振幅条件：1|=AF（2）相位条件：）相位条件：pjjnFA2=+n是整数是整数1.=FAAAAj=|因为：因为：FFFj=|.动画演示动画演示Xdof基本放大器基本放大器

3、A反馈网络反馈网络FXX二二.起振条件和稳幅原理起振条件和稳幅原理起振条件：起振条件：结果：产生增幅振荡结果：产生增幅振荡1|FA（略大于）（略大于）1 1、被动：非线性器件自动起到稳幅作用、被动：非线性器件自动起到稳幅作用( (半导体热敏电阻半导体热敏电阻) )2 2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节调节放大电路的放大电路的增益增益稳幅过程：稳幅过程：起振时，起振时，1|FA稳定振荡时，稳定振荡时，1|=FA稳幅措施：稳幅措施：起振过程起振过程Xdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXX1.1.放大电路放大电路: :放大作用，

4、将直流电能转换成振荡放大作用，将直流电能转换成振荡信号的交流能量信号的交流能量2.2.正反馈网络：满足相位平衡条件正反馈网络：满足相位平衡条件3.3.选频网络选频网络只对一个频率满足振荡条件，从只对一个频率满足振荡条件，从而获得单一频率的正弦波输出。而获得单一频率的正弦波输出。 常用的选频网络有常用的选频网络有RC选频选频和和LC选频选频4.4.稳幅环节稳幅环节使电路易于起振又能稳定振荡，使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小。波形失真小。三三. .正弦波振荡器的一般组成正弦波振荡器的一般组成7 . 2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路一一. RC 串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性R1

5、C1 串联阻抗：串联阻抗：212ofZZZUUF+=)j/1 (111CRZ+=222222j1 )j/1/(CRRCRZ+=R2C2 并联阻抗：并联阻抗：选频特性：选频特性：+Ru+-o-fu+12RC12C)1j()1(1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRCRCRRF - -+ + + += =+ + + + += = 通常，取通常，取R1R2R，C1C2C，则有：，则有：)RC1-RCj(31+=F 当当 时，时，RCRC1=3/1=uF为满足为满足 pjjnFA2=+上式的虚部为零上式的虚部为零 ，即，即 此时此时RC10=则有，则有，RC串并联正弦波振

6、荡电路的振荡频率为串并联正弦波振荡电路的振荡频率为RCfp210=pjjnFA2=+3/1=uF3/1=uF为满足为满足 pjjnFA2=+二二.RC桥式振荡器的工作原理：桥式振荡器的工作原理：满足相位条件：满足相位条件：要使电路产生自要使电路产生自激振荡，应激振荡，应AF=131=F11f+=RRA1f2RR =只需：只需：A=3输出正弦波频率输出正弦波频率：RCfp210=pjjnFA2=+振幅条件：振幅条件：uRf1RRRCCufA+o同相比例放大器：同相比例放大器：选：选：1.=FA例题例题: :R=1k=1k ，C=0.1=0.1 F F，R1 1=10k=10k 。Rf f为多大时

7、才为多大时才能使电路产生振荡？振荡频率能使电路产生振荡？振荡频率f0 0= =？ AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=2 10=20k k RCfp210=1592 Hz振荡条件：振荡条件：uRf1RRRCCufA+o能自动稳幅的振荡电路能自动稳幅的振荡电路半导体热敏电阻半导体热敏电阻(负温度系数）负温度系数）起振时起振时Rt较大较大 使使A3,易起振。易起振。 当当uo幅度自激幅度自激增长时，增长时， Rt减减小，小，A减小。减小。 当当uo幅度达某幅度达某一值时，一值时， A3。 当当uo进一步增进一步增大时，大时， RT再减再减小小 ,使使A UT+ , 就有就有 u-

8、 u+ , uo 立即由立即由UZ变成变成UZ 。在在 uc UT+ 时，时，u- u+ , 设设uC初始值初始值uC(0+)= 0方波发生器方波发生器uo保持保持+UZ不变不变+UZu+A+-u+u1RfRZRZDORCuC此时，此时，C向向u uO O放电放电, ,再反向充电再反向充电(2) 当当uo = -UZ 时，时， u+=UT-uc达到达到UT-时，时，uo上跳。上跳。UT+uctUT-当当uo 重新回到重新回到UZ 后，电路又进入另一个周期性的变化。后，电路又进入另一个周期性的变化。-UZu+A+-u+u1RfRZRZDORCuC0UT+uctUT-+UZuo0t - UZT完整

9、的波形：完整的波形：计算振荡周期计算振荡周期T。u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC周期与频率的计算：周期与频率的计算：0 UT+uct UT- +UZ -UZT1T2TT= T1 + T2 =2 T2 uc(t)=UC ( )+ UC (0+) -UC ( ) e , =RC可得可得 UT+=UZ+(UT-UZ)e-T2/RC-t T2阶段阶段uc(t)的过渡过程方程为的过渡过程方程为:)21ln(2f1RRRCT+ += =f = 1/T可推出可推出:u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC3 3、占空比可调的方波发生器占空比可调的方波发生器UZuo0t- UZ 改变电位器改变电位

10、器 RW 的滑动端，就改变了充放电的的滑动端，就改变了充放电的时间，从而使方波的占空比可调。时间，从而使方波的占空比可调。u+A+-u+u1RfRZRZD1D2DORWRCuC 积分电路积分电路 uouiiCi1RRPCoi1dtuuRC= = - - 方波转化为三角波方波转化为三角波 uituotOO7.5 三角波及锯齿波信号发生器三角波及锯齿波信号发生器电路结构：迟滞比较器电路结构：迟滞比较器+反相积分器反相积分器一一. 三角波发生器三角波发生器u+R+A1+RZ-2ZDu4Ro2+R1R35RCuuo1A2工作原理工作原理：若若uo1=+UZ， uo2， u+ 。)(0dt12o01o4

11、2o+ + +- -= = uuCRut2o2121o211uRRRuRRRu+ + + += =+ + 当当u+ 0时，时， uo1翻转为翻转为-UZ。若若uo1=-UZ， uo2， u+ 。 当当u+ 0时，时， uo1翻转为翻转为+UZ。波形图波形图0UT+uo2tUT-+UZuo10t - UZuR-+Z+uRR+12A1u4R+CA2RZD5+uo1o2 二二.锯齿波发生器锯齿波发生器改变积分器的正反向改变积分器的正反向充电时间常数充电时间常数uZo1Ro23Zu+RR5+Du4uRA1-R+1A2+2C+RD6Ruo1=+UZ，D截止，截止，充电充电时间常数：时间常数：R4C。uo

12、1=-UZ，D导通，导通，充电时充电时间常数：间常数：(R6R4)C。 R6R4uotuct本章小结本章小结1正弦波振荡的条件：正弦波振荡的条件： AF=1 （振幅条件）（振幅条件） （相位条件）（相位条件）pjjn2FA=+正弦波振荡电路由正弦波振荡电路由放大器放大器、反馈网络反馈网络、选频网络选频网络和和稳幅环稳幅环节节构成。构成。2正弦波振荡电路主要有正弦波振荡电路主要有RC振荡电路和振荡电路和LC振荡电路两种振荡电路两种。RC振荡电路主要用于振荡电路主要用于中低频中低频场合，场合，LC振荡电路主要用振荡电路主要用于于高频高频场合。场合。石英晶体石英晶体振荡电路是一种特殊的振荡电路是一种

13、特殊的LC振荡电路振荡电路，其特点是具有，其特点是具有很高的频率稳定性很高的频率稳定性。3在方波、锯齿波和三角波等非正弦波信号发生器中，电在方波、锯齿波和三角波等非正弦波信号发生器中，电路由比较器、积分器等环节组成。路由比较器、积分器等环节组成。7、产生正弦波振荡的幅值平衡条件是_ ，相位平衡条件是_ 。13、正弦波振荡器的基本组成是（） A.基本放大器和反馈网络 B.基本放大器和选频网络 C.基本放大器,正反馈网络和选频网络15、振荡电路中,若没有选频网络,电路（ ） A.不能起振 B.能起振,不能形成正弦波 C.能起振,并能输出正弦波4.标准低频正弦信号发生器中的振荡器通常选用（）A.LC振荡器 B.RC桥式振荡 C.RC移相式振荡器5.石英晶体振荡器的最大优点是（）A.振荡频率高 B