第十章波形产生电路.

1、第10章 波形产生电路1第10章 波形产生电路n 10. 1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 10.1.1 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件 10.1.2 RC文氏桥正弦波振荡电路文氏桥正弦波振荡电路 10.1.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 10.1.4 石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路n 10.2 非正弦波产生电路非正弦波产生电路 10.2.1 电压比较器电压比较器 10.2.2 方波发生器方波发生器 10.2.3 三角波发生器三角波发生器 10.2.4 锯齿波发生器锯齿波发生器 21. 正弦波振荡的条件正弦波振荡的条件 无外加信号，输出一定频率一定幅值的信

2、号。无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。 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，且振荡频率可控。正反馈，且振荡频率可控。在电扰动下，对于某一特定频率在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：的信号形成正反馈：oioXXX 由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平动态平衡衡，稳定在一定的幅值。，稳定在一定的幅值。10.1.1 正弦波振荡电路的振荡条件10. 1 正弦波振荡电路3211FAnFAFA显然，要使电路维持振荡，必须有显然

3、，要使电路维持振荡，必须有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，必须有满足相位条件的要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电时且在合闸通电时对于对于f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。10.1.1 正弦波振荡电路的振荡条件fiXX ofoi1XXAFXX ofoi,XXAFXX1. 正弦波振荡的条件正弦波振荡的条件4幅值很小幅值很小频率丰富频率丰富频率趋于单一频率趋于单一幅值逐渐增大幅值逐渐增大逐渐变为单一频逐渐变为单一频率的稳幅振荡率的稳幅振荡2. 起振与

4、稳幅：输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到仅有一种频率起振与稳幅：输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。且幅值由小逐渐增大直至稳幅。10.1.1 正弦波振荡电路的振荡条件51) 放大电路放大电路(包括负反馈放大电路包括负反馈放大电路)：放大作用：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，即是否有合适的放大电路能否正常

5、工作，即是否有合适的Q点，信号是否可能正常传递，点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路没有被短路或断路；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。常合二为一常合二为一4 4、分析方法、分析方法3. 基本组成部分基本组成部分10.1.1 正弦波振荡电路的振荡条件6相位条件的判断方法相位条件的判断方法：瞬时极性法瞬时极性法断开反馈，在断开处给放大电路加断开反馈，在断开处给放大电路加 ff0的信号的信号Ui，且规且规定其极性，然后根据定其极性，然后根据 Ui的极性的极

6、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，则电路可能产生自激振荡；否则电路不极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。可能产生自激振荡。 在多数正弦波振荡电路在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。反馈量均为电压量。 iU极性？极性？7常用选频网络所用元件分类。常用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：1兆赫兆赫以下以下2) LC正弦波振荡电路：几百正弦波振荡电路：几百千赫千赫几百几百兆赫兆赫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5. 分类分类1

7、0.1.1 正弦波振荡电路的振荡条件81. RC串并联选频网络串并联选频网络低频段低频段高频段高频段 900 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。10.1.2 RC文氏桥正弦波振荡电路 900 0Ff ，Uf9CRCRCRUUF j1 j1 j1of ) 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，则令令RC串并联选频网络的频率响应10.1.2 RC文氏桥正弦波振荡电路101)是否可用共射放大电路？是否可用共射放大电路？2)是否可

8、用共集放大电路？是否可用共集放大电路？3)是否可用共基放大电路？是否可用共基放大电路？4)是否可用两级共射放大电路？是否可用两级共射放大电路？应应为为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电阻、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。的放大电路。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、输出输入电阻小、输出电阻大，影响电阻大，影响f0 可引入电压串联负反馈，使可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于电压放大倍数大于3，且，且Ri大、大、Ro小，对小，对f0影响小影响小2.RC文氏桥正弦波振荡电路

9、10.1.2 RC文氏桥正弦波振荡电路11用同相比例运算电路作放大电路。用同相比例运算电路作放大电路。 因同相比例运算电路有非常好的因同相比例运算电路有非常好的线性度，故线性度，故 R1 或或 Rf 用热敏电阻，或用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。加二极管作为非线性环节。文氏桥振荡器的特点？文氏桥振荡器的特点？1f2RR 以以RC串并联网络串并联网络为选频网络和正为选频网络和正反馈网络、并引反馈网络、并引入电压串联负反入电压串联负反馈，两个网络构馈，两个网络构成桥路，一对顶成桥路，一对顶点作为输出电压，点作为输出电压，一对顶点作为放一对顶点作为放大电路的净输入大电路的净输入电压，就构成文电

10、压，就构成文氏桥振荡器。氏桥振荡器。2.RC文氏桥正弦波振荡电路文氏桥正弦波振荡电路10.1.2 RC文氏桥正弦波振荡电路12用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件电路可以输出频率为 的正弦波RCf210 当当RC10 时，时，F0 AF2 n 此时若放大电路的电压增益为fu113RAR则振荡电路满足振幅平衡条件u1313A F 振荡电路工作原理振荡电路工作原理10.1.2 RC文氏桥正弦波振荡电路13采用非线性元件采用非线性元件稳幅措施稳幅措施4热敏元件热敏元件热敏电阻热敏电阻即即热敏电阻的作用热敏电阻的作用起振时，起振时，f113uRARf11,2uA FRR oofUIR功功耗耗Rf

11、温度温度fuoARU 阻阻值值10.1.2 RC文氏桥正弦波振荡电路14 改变电容以粗调，改变电改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。位器滑动端以微调。 加稳压管可以限制输出电加稳压管可以限制输出电压的峰压的峰-峰值。峰值。同轴同轴电位器电位器012 fRC 频率可调的文氏桥振荡器15RC 双双T选频网络选频网络iU 选频网络和正反馈选频网络和正反馈网络是两个网络。网络是两个网络。正反馈正反馈网络网络选频选频网络网络讨论：判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？16LRCLRCZ jj1)j(j1 等效损耗电阻等效损耗电阻)1j(CLRCLZ 一般有一般有R u-时，时， uOUOH u+0，则

12、应如何修改电路？则应如何修改电路？（2）若要改变曲线跃变方向，则应如何修改电路？）若要改变曲线跃变方向，则应如何修改电路？（3）若要改变）若要改变UOL、UOH呢？呢？门限电压门限电压2THIREF1()RUuUR 例40应为高电平应为高电平错误电平错误电平简单电压比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力较差。因此提出了另简单电压比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力较差。因此提出了另一种抗干扰能力较的强迟滞电压比较器。一种抗干扰能力较的强迟滞电压比较器。10.2.1 电压比较器电压比较器412. 迟滞比较器迟滞比较器（1）电路组成）电路组成（2）门限电压为）门限电压为U+上门限电压上门限电压下

13、门限电压下门限电压回差电压回差电压10.2.1 电压比较器电压比较器12THREFZ1212RRUUURRRR 12TH+REFZ1212RRUUURRRR 2THZ122RUURR 而而U+与与uo有关，对于有关，对于uo的两个值可得的两个值可得U+的两个门限电压的两个门限电压IOOL UUuu ，IOOHUUuu ，422. 迟滞比较器迟滞比较器（3 3）传输特性）传输特性10.2.1 电压比较器电压比较器 迟滞宽度表示抗干扰能力的强弱，迟滞宽度越宽，抗干扰能力越强，同时灵敏度越低。并且输入电压的峰值必须大于迟滞宽度，否则输出电压不可能跳变。迟滞宽度迟滞宽度 2THZ122RUURR 设设

14、uiUTH-，则，则 u- u+， uO+UZ。此时此时u+ UTH+，增大，增大 ui，直至，直至+UTH+，再，再增大，增大， uO才从才从+UZ跃变为跃变为 UZ。 设设 ui+UTH+，则，则 u- u+， uOUZ。此时此时u+UTH-，减小，减小 ui，直至，直至UTH-，再减，再减小，小， uO才从才从UZ跃变为跃变为+UZ。43解：解：（1）门限电压）门限电压（3）输出电压波形）输出电压波形例电路如图所示，试求门限电压，画出传输特性和如图所示输入信号下的输出电压波形。（2）传输特性）传输特性REF0 U O U10V 2OH1REFT1212U5V R UR URRRR 2OL

15、1REFT1212U5VR UR URRRR 44（1 1）写出写出 u+、u-的表达式，的表达式，令令u+ u-，求解出求解出的的 uI即为即为UTH；（2 2）根据集成运放的输出电压幅值或输出端限根据集成运放的输出电压幅值或输出端限幅电路决定输出的高、低电平；幅电路决定输出的高、低电平；电压比较器的分析方法（三要素）电压比较器的分析方法（三要素）（3 3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输入端决定输出电压输出电压的跃变方向。的跃变方向。451. 若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路

16、？讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性2. 若要电压传输特性曲线上若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？下移动，则应如何修改电路？3. 若要改变输入电压过若要改变输入电压过 阈阈值电压时输出电压的值电压时输出电压的 跃变跃变方向，则应如何修方向，则应如何修 改电路？改电路？向左右移多少？向左右移多少？改变输出改变输出限幅电路限幅电路46讨论二讨论二：从电压传输特性识别电路，画波形：从电压传输特性识别电路，画波形 已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它们各为哪种已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它们各为哪种电压比较器；输入电

17、压如图所示，画出各电路输出电压的波形。电压比较器；输入电压如图所示，画出各电路输出电压的波形。同相输入同相输入单限比较器单限比较器反相输入反相输入滞回比较器滞回比较器窗口窗口比较器比较器你能分别组成具有图示电压传输你能分别组成具有图示电压传输特性的电压比较器电路吗？特性的电压比较器电路吗？47 输出输出无稳态无稳态，有两个暂态有两个暂态；若输出为；若输出为高电平时定义为第一暂态，则输出为低电高电平时定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。平为第二暂态。1. 1. 基本组成部分基本组成部分 （1）开关电路）开关电路：因为输出只有高电平和低电平：因为输出只有高电平和低电平两种情况，即两个暂态；故

18、采用电压比较器。两种情况，即两个暂态；故采用电压比较器。 （2）反馈网络）反馈网络：因需自控，在输出为某一暂态：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，故应引入反馈。时孕育翻转成另一暂态的条件，故应引入反馈。 （3）延迟环节）延迟环节：要使两个暂态均维持一定的时：要使两个暂态均维持一定的时间，故采用间，故采用RC环节环节实现实现，从而决定振荡频率，从而决定振荡频率 。10.2.2 方波发生器482. 2. 电路组成电路组成Z211TURRRU 正向充电：正向充电： uO（+UZ）R3C地地反向充电：反向充电： 地地C R3 uO（UZ）RC 回路回路ZU滞回比较器滞回比较器ZU1

19、0.2.2 方波发生器493. 3. 工作原理工作原理 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： uO u+ uO ，直至直至 uOUZ， u+UT，为，为第一暂态。第一暂态。10.2.2 方波发生器第一暂态第一暂态：uOUZ， u+UT。503. 3. 工作原理工作原理 电容正向充电，电容正向充电，t u-，t ， u- UZ；但当但当u- +UT时，再增时，再增大，大， uO从从+ UZ跃变为跃变为UZ， u+UT，电路进入电路进入第二暂态第二暂态。 电容电容放电放电，t u- ，t ， u- UZ；但当但当u- UT时，再减

20、小，时，再减小， uO从从 UZ跃变为跃变为+UZ， u+ +UT，电路电路返回第一暂态返回第一暂态。10.2.2 方波发生器51求出、终了值、时间常数，根据三要素，即起始值4. 4. 波形分析波形分析10.2.2 方波发生器21322ln(1)RTR CR 50%q 占占空空比比525. 5. 占空比可调电路占空比可调电路 正向充电和反向充电时间常数可正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。调，占空比就可调。10.2.2 方波发生器5310.2.3 三角波发生器三角波发生器 1. 1. 电路组成电路组成 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

21、节环节实际电路将两个实际电路将两个RC 环节合二为一环节合二为一为什么采用同相输为什么采用同相输入的滞回比较器？入的滞回比较器？ZUuO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：化整为零（分块），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。分析功能（每块），统观整体，性能估算。542. 2. 工作原理工作原理滞回比较器滞回比较器积分运算电路积分运算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 Z21TURRU 10.2.3 三角波发生器三角波发生器12+1O1O1212+11O1Z_0RRuuuRRRRuuuU 令令，代代入入，求求出出5