波形发生与变换电路学习教案

1、会计学1波形波形(b xn)发生与变换电路发生与变换电路第一页，共56页。一、正弦波振荡的条件一、正弦波振荡的条件(tiojin)(tiojin)和电路的组成和电路的组成二、二、RCRC正弦波振荡电路正弦波振荡电路(zhn dn din (zhn dn din l)l)三、三、LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路第1页/共56页第二页，共56页。1. 正弦波振荡的条件 无外加信号，输出一定频率(pnl)一定幅值的信号。 与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率(pnl)可控。在电扰动下，对于在电扰动下，对于(d

2、uy)某一特定频率某一特定频率f0的信号形成正的信号形成正反馈：反馈：oioXXX 由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到到动态平衡动态平衡，稳定在一定的幅值。，稳定在一定的幅值。第2页/共56页第三页，共56页。211FAnFAFA 一旦产生稳定的振荡，则一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即电路的输出量自维持，即ooXFAX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： 要产生正弦波振荡，必须有满足相位(xingwi)条件的f0，且在合闸通电时对于f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足

3、起振条件。第3页/共56页第四页，共56页。幅值很小幅值很小频率频率(pnl)丰丰富富第4页/共56页第五页，共56页。上图上图部分部分频率趋频率趋于单一于单一幅幅(y f)值逐值逐渐增大渐增大第5页/共56页第六页，共56页。逐渐变为逐渐变为单一频率单一频率(pnl)的稳幅的稳幅振荡振荡第6页/共56页第七页，共56页。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f0，保证电路产生正弦波振荡，保证电路产生正弦波振荡(zhndng)4) 非线性环节（稳幅环节）：稳幅非线性环节（稳幅环节）：稳幅1) 是否存在主

4、要组成部分；是否存在主要组成部分；2) 放大电路能否正常工作放大电路能否正常工作(gngzu)，即是否有合适的，即是否有合适的Q点，点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路；信号是否可能正常传递，没有被短路或断路；3) 是否满足相位条件，即是否存在是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡，是否可能振荡 ；4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。是否满足幅值条件，即是否一定振荡。常合二为常合二为一一4、分析方法第7页/共56页第八页，共56页。 在多数(dush)正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。 iU极性？极性？第8页/共56页第九页，共56页。常用常用(chn

5、yn)选频网络所用元件分类。选频网络所用元件分类。1) RC正弦波振荡电路：正弦波振荡电路：1兆赫以下兆赫以下2) LC正弦波振荡电路：几百千赫几百兆赫正弦波振荡电路：几百千赫几百兆赫3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定第9页/共56页第十页，共56页。1. RC串并联选频网络(wnglu)低频低频(dpn)段段高频段高频段900 0Ff，Uf900 Ff，UfUo.Uf.I.Uo.Uf.I. 在频率从在频率从0中必有一个频率中必有一个频率f0，F0。第10页/共56页第十一页，共56页。CRCRCRUUF j1 j1 j1of ) 1 ( j31RC

6、RCF当当 f=f0时，不但时，不但=0，且，且 最大，为最大，为1/3。F)( j31 21000ffffFRCf，则令第11页/共56页第十二页，共56页。1)是否是否(sh fu)可用共射放大电路？可用共射放大电路？2)是否是否(sh fu)可用共集放大电路？可用共集放大电路？3)是否是否(sh fu)可用共基放大电路？可用共基放大电路？4)是否是否(sh fu)可用两级共射放大电路可用两级共射放大电路？ 应为RC 串并联网路配一个电压放大(fngd)倍数略大于3、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大(fngd)电路。不符合相位条件不符合相位条件不符合幅值条件不符合幅值条件输入电阻小

7、、输出电输入电阻小、输出电阻大，影响阻大，影响f0 可引入电压串联负反馈，使电可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于压放大倍数大于3，且，且Ri大、大、Ro小小，对，对f0影响小影响小第12页/共56页第十三页，共56页。用同相比例运算电路用同相比例运算电路(dinl)作放大作放大电路电路(dinl)。 因同相比例运算电路有非常(fichng)好的线性度，故 R 或 Rf 用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。文氏桥振荡文氏桥振荡器的特点？器的特点？1f2RR 以以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入电压串串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入电压串联负反馈，两个网络构成桥路，一对

8、顶点作为输出电压，一对联负反馈，两个网络构成桥路，一对顶点作为输出电压，一对顶点作为放大电路的净输入电压，就构成文氏桥振荡器。顶点作为放大电路的净输入电压，就构成文氏桥振荡器。第13页/共56页第十四页，共56页。 改变电容改变电容(dinrng)以粗调，以粗调，改变电位器滑动端以微调。改变电位器滑动端以微调。 加稳压管可以限制输出加稳压管可以限制输出(shch)电压的峰电压的峰-峰值。峰值。同轴同轴电位器电位器第14页/共56页第十五页，共56页。第15页/共56页第十六页，共56页。RC 移项移项(y xin)式电路式电路RC 双双T选频网络选频网络(wnglu)iU 选频网络和正反馈选频

9、网络和正反馈网络是两个网络。网络是两个网络。1) RC 移相电路有几级才可移相电路有几级才可能产生正弦波振荡？能产生正弦波振荡？2) 若若R 和和C 互换呢？互换呢？正反馈正反馈网络网络选频选频网络网络第16页/共56页第十七页，共56页。试将图T8.3所示电路(dinl)合理连线，组成RC桥式正弦波振荡电路(dinl)。 +-+第17页/共56页第十八页，共56页。8.8 电路如图电路如图P8.8所示，所示， 稳压管稳压管DZ起稳幅作用，其稳定电压起稳幅作用，其稳定电压UZ6V。试估算：。试估算： （1）输出）输出(shch)电压不失真情况下的有效值；电压不失真情况下的有效值； （2）振荡频

10、率。）振荡频率。解：（解：（1）输出电压不失真情况）输出电压不失真情况(qngkung)下的峰值是稳压管的稳定电下的峰值是稳压管的稳定电压，故其有效值压，故其有效值V36. 62 5 . 1ZoUU（2）电路）电路(dinl)的振荡频率的振荡频率 Hz95. 9210RCf第18页/共56页第十九页，共56页。LCfCLRQ 2110 ， 理想理想LC并联网络并联网络(wnglu)在谐振时呈纯阻在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。性，且阻抗无穷大。LCf 210谐振频率为谐振频率为在损耗在损耗(snho)较小时，品质因数及谐较小时，品质因数及谐振频率振频率损耗损耗 在在ff0时，电容和电感中电流各

11、约为多少？网络的电阻为多少？时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？第19页/共56页第二十页，共56页。 构成正弦波构成正弦波振荡电路最简振荡电路最简单单(jindn)的的做法是通过变做法是通过变压器引入反馈。压器引入反馈。附加附加(fji)相相移移 当当 f=f0时，电压时，电压放大倍数的数值最放大倍数的数值最大，且附加相移为大，且附加相移为0。放大电路放大电路反馈网络反馈网络Uo共射电路共射电路A=-第20页/共56页第二十一页，共56页。)(0iffUfUC1是必要是必要(byo)的的吗？吗？特点：特点： 易振，波形较好；耦合不紧密，易振，波形较好；耦合不紧密，损耗损耗(sn

12、ho)大，频率稳定性不高。大，频率稳定性不高。分析电路是否可能产生正弦分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：波振荡的步骤：1) 是否存在四个组成部分是否存在四个组成部分2) 放大电路是否能正常工作放大电路是否能正常工作3) 是否满足相位条件是否满足相位条件4) 是否可能满足幅值条件是否可能满足幅值条件 为使为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。路。必须有合适的同铭端！必须有合适的同铭端！为什么用分立元件放大电路为什么用分立元件放大电路如何组成？如何组成？第21页/共56页第二十二页，共56页。反馈电压取自哪个反馈电压取自哪个(n

13、ge)线圈？线圈？反馈电压的极性？反馈电压的极性？)(0iffUfU必要必要(byo)吗吗？ 电感的三个抽头分别接晶体电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三管的三个极，故称之为电感三点式电路。点式电路。 特点：耦合紧密，易振，振特点：耦合紧密，易振，振幅大，幅大，C 用可调电容可获得较用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。常含有高次谐波。 为使振荡波形好，采用电为使振荡波形好，采用电容反馈式电路容反馈式电路第22页/共56页第二十三页，共56页。iUfU)(2121210CCCCLf 若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。

14、当电容(dinrng)减小到一定程度时，晶体管的极间电容(dinrng)将并联在C1和C2上，影响振荡频率。LCfCCCC21 021，则且若特点：波形好，振荡特点：波形好，振荡(zhndng)频率调整范围小，适于频率固定的频率调整范围小，适于频率固定的场合。场合。C与放大电路参数无关与放大电路参数无关作用？作用？第23页/共56页第二十四页，共56页。SiO2结晶体按一定结晶体按一定(ydng)方向切割的晶片。方向切割的晶片。压电效应压电效应(y din xio yng)和压电振荡：机械和压电振荡：机械变形和电场的关系变形和电场的关系固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。固有频率只决定于其

15、几何尺寸，故非常稳定。容性容性感性感性阻阻性性LCffCC21 ps0，故因 一般一般LC选频网络的选频网络的Q为几百，石英晶体的为几百，石英晶体的Q可达可达104106；前者前者f/f为为105，后者可达，后者可达10101011。1. 石英晶体的特点第24页/共56页第二十五页，共56页。 石英晶体工作在哪个石英晶体工作在哪个(n ge)区？区？ 是哪种典型的正弦波振荡电路？是哪种典型的正弦波振荡电路？ 石英晶体工作在哪个区？石英晶体工作在哪个区？ 两级放大电路分别两级放大电路分别(fnbi)为为哪种基本接法？哪种基本接法？ C1的作用？的作用？（1）并联型电路）并联型电路（2）串联型电路

16、）串联型电路第25页/共56页第二十六页，共56页。同名端对吗？同名端对吗？放大放大(fngd)电路能放电路能放大大(fngd)吗？各电容吗？各电容的作用？的作用？第26页/共56页第二十七页，共56页。同铭端？同铭端？iU能产生正弦能产生正弦波振荡吗？波振荡吗？“判振判振”时的注意事项：时的注意事项：1. 放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；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(diny)；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(diny)，是否能取代输，是否能取代输入电压

17、入电压(diny)。三个电路三个电路(dinl)有什么相同之处？这样的电路有什么相同之处？这样的电路(dinl)形式有什么好处？形式有什么好处？第27页/共56页第二十八页，共56页。电路如下电路如下(rxi)图所示，试用相位平衡条件判断哪个能振荡，哪个不能，说图所示，试用相位平衡条件判断哪个能振荡，哪个不能，说明理由。明理由。静态静态(jngti)满满足要求足要求+-有瞬时有瞬时(shn sh)极性法极性法得，电路引入的是负反馈，得，电路引入的是负反馈，所以电路不能发生振荡。所以电路不能发生振荡。第28页/共56页第二十九页，共56页。静态静态(jngti)满满足要求足要求+-有瞬时极性法得

18、，电路引入有瞬时极性法得，电路引入的是正反馈，所以的是正反馈，所以(suy)电路能发生振荡。电路能发生振荡。第29页/共56页第三十页，共56页。静态静态(jngti)满满足要求足要求-+-+有瞬时有瞬时(shn sh)极性法极性法得，电路引入的是负反馈，得，电路引入的是负反馈，所以电路不能发生振荡。所以电路不能发生振荡。第30页/共56页第三十一页，共56页。静态静态(jngti)满满足要求足要求+-+有瞬时有瞬时(shn sh)极性法得极性法得，电路引入的是正反馈，电路引入的是正反馈，所以电路能发生振荡。所以电路能发生振荡。第31页/共56页第三十二页，共56页。+-不能振荡不能振荡(zh

19、ndng)+-+能振荡能振荡(zhndng)+-+-不能振荡不能振荡(zhndng)第32页/共56页第三十三页，共56页。一、常见一、常见(chn jin)的非正的非正弦波弦波二、矩形二、矩形(jxng)波发生波发生电路电路三、三角波发生电路三、三角波发生电路四、锯齿波发生电路四、锯齿波发生电路五、压控振荡器五、压控振荡器第33页/共56页第三十四页，共56页。矩形矩形(jxng)波波三角三角(snjio)波波锯齿波锯齿波尖顶波尖顶波阶梯波阶梯波矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。通过什么电路可将矩形波变为其它几种波形？通过什么电路可将

20、矩形波变为其它几种波形？第34页/共56页第三十五页，共56页。1. 基本组成部分 （1）开关电路：因为输出只有高电平和低电平两种情况，即两个暂态；故采用电压比较器。 （2）反馈网络：因需自控，在输出为某一暂态时孕育翻转成另一暂态的条件(tiojin)，故应引入反馈。 （3）延迟环节：要使两个暂态均维持一定的时间，故采用RC环节实现，从而决定振荡频率 。第35页/共56页第三十六页，共56页。Z211TURRRU正向正向(zhn xin)充电：充电： uO（+UZ）RC地地反向反向(fn xin)充电：充电： 地地C R uO（UZ）RC 回路回路ZU滞回比较器滞回比较器ZU第36页/共56页

21、第三十七页，共56页。 设合闸通电时电容上电压为设合闸通电时电容上电压为0，uO上升，则产生正反馈过程上升，则产生正反馈过程(guchng)： uO uP uO ，直至，直至 uOUZ， uP+UT，为第一，为第一暂态。暂态。第37页/共56页第三十八页，共56页。 电容(dinrng)正向充电，t uN，t ， uN UZ；但当uN +UT时，再增大， uO从+ UZ跃变为UZ， uPUT，电路进入第二暂态。 电容(dinrng)反向充电，t uN，t ， uN UZ；但当uN UT时，再减小， uO从 UZ跃变为+UZ， uP+UT，电路返回第一暂态。第一暂态第一暂态：uOUZ， uP+U

22、T。第38页/共56页第三十九页，共56页。求出、终了值、时间常数，根据三要素，即起始值)21ln(2213RRCRT%50kTTq占空比脉冲脉冲(michng)宽度宽度第39页/共56页第四十页，共56页。为了占空比调节范围为了占空比调节范围(fnwi)大，大，R3应如何取值？应如何取值？ 正向充电和反向正向充电和反向(fn xin)充电时充电时间常数可调，占空比就可调。间常数可调，占空比就可调。第40页/共56页第四十一页，共56页。两个两个RC环节环节实际电路将两个实际电路将两个(lin )RC 环节合环节合二为一二为一为什么采用同相输入为什么采用同相输入的滞回比较器？的滞回比较器？ZU

23、uO要取代要取代uC，必须改变输入端。，必须改变输入端。集成运放应用电路的分析方法：集成运放应用电路的分析方法：化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算。化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算。第41页/共56页第四十二页，共56页。滞回比较滞回比较(bjio)器器积分运算积分运算(yn sun)电路电路求滞回比较器的电压传输特性：三要素求滞回比较器的电压传输特性：三要素 UOH =UOL =UZ ，uI作用于集成运放的同相输入端，求作用于集成运放的同相输入端，求 UT： )()(11O12O13OtuttuCRu代入，求出，将令ZO1N1P1O212O1211P

24、10UuuuuRRRuRRRuZ21TURRU第42页/共56页第四十三页，共56页。)()(11O12O13OtuttuCRu 合闸通电(tng din)，通常C 上电压为0。设uO1 uP1 uO1，直至uO1 UZ（第一暂态）；积分电路反向积分，t uO，一旦uO过 UT ，uO1从 UZ跃变为 UZ （第二暂态） 。 积分电路正向积分，t uO， 一旦uO过 UT ， uO1从 UZ跃变为 UZ ，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。 O212O1211P1uRRRuRRRu电路状态翻转电路状态翻转(fn zhun)时，时，uP1=?第43页/共56页第四十四页，共5

25、6页。)(21TZ3TUTUCRU2314RCRRT 如何调整三角(snjio)波的幅值和频率？怎样修改怎样修改(xigi)可获得锯齿波可获得锯齿波？ “理性地调试理性地调试”：哪些：哪些参数与幅值有关？哪些参参数与幅值有关？哪些参数与频率有关？先调哪个数与频率有关？先调哪个参数？参数？T/2第44页/共56页第四十五页，共56页。1. R3应大些？小些？应大些？小些？2. RW的滑动端在最上的滑动端在最上端端(shn dun)和最下和最下端时的波形？端时的波形？T3. R3短路短路(dunl)时的波时的波形？形？若由输入电压确定，则将电压转换为频率若由输入电压确定，则将电压转换为频率第45页

26、/共56页第四十六页，共56页。15RR ZI213121UuCRRRTf若若uI0，则如何，则如何(rh)改动？改动？单位时间内脉冲个数单位时间内脉冲个数表示电压的数值，故表示电压的数值，故实现实现(shxin)A/D转转换换第46页/共56页第四十七页，共56页。500Ou( b )iA1C0.02FuO1R1R2( a )UZ10kR3R5R4uO2A2DZD1D2已知已知uO1和和uO2的峰的峰-峰值均为峰值均为10V，二极管为理想二极管。，二极管为理想二极管。1. 求出稳压求出稳压(wn y)管的稳压管的稳压(wn y)值值UZ和和R4的阻值；的阻值；2. 定性画出定性画出uO1、u

27、O2的波形图；的波形图；3. 求解求解q的表达式。的表达式。第47页/共56页第四十八页，共56页。1. 晶体管什么情况下导通？什么情况下截止？晶体管什么情况下导通？什么情况下截止？2. 晶体管饱和导通和截止晶体管饱和导通和截止uO1和和uI的运算关系的运算关系(gun x)？3. uI的极性？的极性？ 4. uO1、 uO2的波形？的波形？5. uI与振荡频率的关系与振荡频率的关系(gun x)？A1A2TR1R2R2R2R2R1R3CR1 =2R2uIuO1uO2R4第48页/共56页第四十九页，共56页。一、利用基本一、利用基本(jbn)电路实现波形电路实现波形变换变换二、三角波变锯齿二、三角波变锯齿(jch)波电路波电路三、三角波变正弦波电路三、三角波变正弦波电路四、精密整流电路四、精密整流电路第49页/共56页第五十页，共56页。 正弦波变方波、变矩形正弦波变方波、变矩形(jxng)波、变二倍频，方波变波、变二倍频，方波变三角波，三角波， 三角波变方波，固定频率的三角波变正弦波三角波变方波，固定频率的三角波变正弦波如何如何(rh)得到？得到？利用利用电子电子开关开关改变改变比例比例系数系数二. 三角波变锯齿波：二倍频：二倍频第50页/共56页第五十一页，共56页。 三角三角(snjio)(snjio)波用傅立叶级数展开，除基波外，还波用傅立叶级数展开，除基波外，还含有含