学习-p波形发生器

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AU

o

A

U

i反馈网络FU

f

FU

O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：U

f

U

i即：Uf

FUo

FA

Ui

Ui所以产生正弦波振荡的条件是：A

F

1——幅度平衡条件A

F

1arg

A

F

A

F

2nπ——相位平衡条件n

0,1,2,8.1.2

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检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分；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；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8.2

RC

正弦波振荡电路8.2.1

RC

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Z1Z2)11

12

11

21222

211

2CR

CR2R

C(1

R1

)

j(R

C

1

jR

CR1

jC1

2

1

jR2C2F

U

f

U1

2

1

2取

R

=

R

=

R

，

C

=

C

=

C

，令RC10

则：3

j(

0

)

0

1F

得RC串并联电路的幅频特性为：0

0

)232

(

1F

3

0

F

arctg

0相频特性为：时1RC0当

1F

3最大，F

=0。00F

0F01/3+90º-90º图8.2.3二、振荡频率与起振条件2RC10振荡频率

f

起振条件A

F

13F

1f

=f0

时，

由振荡条件知：所以起振条件为：3A同相比例运放的电压放大倍数为RufA

1

RF即要求：RF

2R三、振荡电路中的负反馈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

F

R

RF

R。改变RF，可改变反馈深度增加负反馈深度，并且满足3A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。图8.2.48.2.2

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=180º，如果反馈网络再相移180º，即可满足产生正弦波振荡的相位平衡条件。当f

=f0

时，相移180º，满足正弦波振荡的相位条件。振荡频率为：

f

2

3RC100ff270º180º90º0起振条件：RF>12

R图8.2.6二、双T

选频网络振荡电路振荡频率约为：5RC10f

当f

=f0

时，双T

网络的相移为F

=180º；反相比例运放的相移A

=180º，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表8-1三种RC

振荡电路的比较名称RC

串并联网络振荡电路移相式振荡电路双T

网络选频振荡电路电路形式振荡频率f

1

0

2RCf

1

0

2

3RCf

10

5RC起振条件A

3RF

12RR

R，

A

F

13

2电路特点及应用场合可方便地连续调节振荡频率，便于加负反馈稳幅电路，容易得到良好的振荡波形。电路简单，经济方便，适用于波形要求不高的轻便测试设备中。选频特性好，适用于产生单一频率的振荡波形。8.3

LC

正弦波振荡电路8.3.1

LC

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。

j

C

0

LR2

(

L)21R

j

LY

j

C

22R

(

L)

LR

0202R

(

L)0

C

图8.3.1并联谐振角频率LCR0

L1)2

1(10

令：Q

0

LR当Q

>>1

时——谐振回路的品质因数LC10

2

LCf

10谐振频率：1

1R

j(

L

C

)

1

L1

j

(1

)R

2

LC

RC

C

C

j

C

R

jLL

j

1

(

R

jL)

(

j

1

)

jLZ

回路等效阻抗：Y

RCL00Z

1

LC

并联回路的阻抗：发生并联谐振时，LC10

在谐振频率附近，

2

21

jQ(1

0

)Z0Z

可见，Q

值不同，回路的阻抗不同。Z0不同Q

值时，LC

并联电路的幅频特性：相频特性：结论：Z01Z02Q1

>

Q2QQ2F

0-90ºQ1Q2+90º

Q1>

Q2感性

纯阻

容性01.

当

f

=

f

时，电路为纯电阻性，等效阻抗最大；当

f

<

f0

时，电路为感性；当f

>f0

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U0

LI0R2

(

L)20

C

U

C电容支路的电流：并联回路的输入电流：UR2

(

0

L)2RI

所以：

Q

IIC当Q

>>1

时，IC

L

C

LI

I

I

I

I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。-

二、振荡频率和起振条件2

LCf

10振荡频率起振条件M

rbe

RC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2

LC

2

(

L1

L2

2M

)Cf

1

1

0振荡频率起振条件RL2

M

L1

M

rbe图8.3.48.3.4

电容三点式振荡电路一、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。二、振荡频率和起振条件1

21

C202

LC2

LC C

C

1

1

f振荡频率起振条件C

rRC12

be

图8.3.58.3.5

电容三点式改进型振荡电路01

1

1C

C1

C22

L

11f

振荡频率选择C<<C1，C<<C2，则：

f

2

LC10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2名称变压器反馈式电感三点式电容三点式电容三点式改进型电路形式振荡频率f

10

2

LCf

10

2

(L

L

2M

)C1

2f0

1f

10

12

L

1

1

1

C

C1

C2

L

C1C2C1

C2起振条件

rbe

RCM

L1

M

rbeL2

M

R

C2

rbeC1

R同左频率调节方法及范围频率可调，范围较宽。同左频率可调，范围较小。同左振荡波形一般较差好好频率稳定度可达10-4同左可达10-4

~10-5可达10-5适用频率几千赫~几十兆赫同左几兆赫~

一百兆赫同左8.4

石英晶体振荡器8.4.1

石英晶体的基本特性和等效电路一、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。二、等效电路符号：串联谐振频率LC

1

fs

2并联谐振频率0sp1CC

f

1

CCL

0

C

C02f

电抗频率特性OfXf

fs

p容性容性感性图8.4.1图8.4.28.4.2

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f0

LC

C

C020C(C

C)

1

C

CC1

C2C

1

2

由于C

C

C

0s02

LCf

1

f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f0

fs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、电路组成回路RC

充放电 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ZR1

R2R1Uu

tOuCRR1

R2

1

U

ZRR1

R2

1

U

ZOuO

U

Z

U

Ztu+u当

u

=

uC

=

u+

时，t1t2RR1

R2u

1

U

Z则当u

=uC

=u+时，输出又一次跳变，uO

=+UZ输出跳变，uO

=

UZ图8.5.3T2T2三、振荡周期电容的充放电规律：t

uC

(t

)

uC

(0)

uC

()e对于放电，C

u

()ZR1

R2R1uC

(0)

UuC

()

U

Z

RCR22R1解得：

T

2RC

ln(1

)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。t1t2T2T2tOuCU

Z

R

1R1

R2U

ZR1

R2R1OuO

U

ZZ

Utt3图8.5.3四、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。OuCuOtOT1

T2T充电时间T1放电时间T2t

占空比D))C

ln(1

21W1R2RT