波形发生电路

波形发生电路1第一页，共七十一页，2022年，8月28日§9.1

正弦波振荡电路的分析方法9.1.1产生正弦波振荡的条件放大电路反馈网络+–改成正反馈+第二页，共七十一页，2022年，8月28日放大电路反馈网络++如果：则去掉，仍有信号输出。放大电路反馈网络反馈信号代替了放大电路的输入信号。第三页，共七十一页，2022年，8月28日放大电路产生自激振荡的条件放大电路反馈网络产生自激振荡的条件是振幅平衡条件相位平衡条件第四页，共七十一页，2022年，8月28日相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。对照第五章中所讨论的负反馈放大电路产生自激振荡的条件：与本节得到的自激振荡条件相比，两者相差一个负号，这是由于两者反馈极性不同所致。+-(a)负反馈（相减）++(a)正反馈（相加）反馈放大电路输入信号和反馈信号的符号关系：第五页，共七十一页，2022年，8月28日问题1：如何起振？Uo

是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：，且A+F=2n，即可起振。第六页，共七十一页，2022年，8月28日问题2：如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅措施，这时若仍大于1，则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数调整为

，即可稳幅。起振并能稳定振荡的条件：时，时，时，稳幅由电路中的非线性元件实现第七页，共七十一页，2022年，8月28日9.1.2正弦波振荡的组成和分析步骤组成：放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅环节分析步骤：一、判断能否产生正弦波振荡1.是否具备正弦波振荡的组成部分；2.静态工作点是否能保证放大电路正常工作；3.是否满足自激振荡条件（相位条件和幅度条件）。二、估算振荡频率和起振条件振荡频率由相位平衡条件决定，起振条件由幅度条件决定。第八页，共七十一页，2022年，8月28日§9.2

RC正弦波振荡电路9.2.1RC串并联网络振荡电路+-AR1R2R’C1RFC2选频网络反馈网络R1、C1

，R2、C2

，RF

，R’

组成电桥的四个臂——文氏电桥电路。一、RC串并联网络的选频特性R1R2C1C2+-+-Z1Z2低频时，1/C1>>R1，1/C2>>R2，此时可将R1和1/C2忽略。低频等效电路为：第九页，共七十一页，2022年，8月28日R1R2C1C2+-+-Z1Z2低频R2C1+-+-高频时，1/C1<<R1，1/C2<<R2，此时可将1/C1和R2忽略。高频等效电路为：越低，1/C1越大，的幅度越小，且其相位超前越多。当0时，0，F+90。第十页，共七十一页，2022年，8月28日R1R2C1C2+-+-Z1Z2高频C2R1+-+-越高，1/C2越小，的幅度越小，且其相位滞后越多。当时，0，F-

90。只有当为某一中间值时，才有可能得到的值较大，且与同相。第十一页，共七十一页，2022年，8月28日频率特性R1R2C1C2+-+-Z1Z2第十二页，共七十一页，2022年，8月28日取R1=R2=R，C1=C2=C则第十三页，共七十一页，2022年，8月28日令则幅频特性相频特性第十四页，共七十一页，2022年，8月28日当时，，即当时，，且与同相0f1/3f0(a)幅频特性(b)相频特性0ff0+90–90第十五页，共七十一页，2022年，8月28日二、振荡频率与起振条件+-AR1R2R’C1RFC2相位平衡条件要求：时而放大电路部分是集成运放，采用同相输入，在中频范围内时可见电路的振荡频率为1.振荡频率第十六页，共七十一页，2022年，8月28日2.起振条件+-AR1R2R’C1RFC2时起振条件要求而同相比例运放的电压放大倍数为为使电路起振，振荡电路中负反馈支路的参数必须满足第十七页，共七十一页，2022年，8月28日三、振荡电路中的负反馈+-AR1R2R’C1RFC2电压串联负反馈电路中电压串联负反馈的作用：(1)提高放大倍数的稳定性;(2)改善振荡电路的输出波形;(3)进一步提高放大电路的输入电阻，降低输出电阻;(4)减小放大电路对RC串并联网络选频特性的影响(5)提高振荡电路的带负载能力。负反馈系数：改变RF或R’的阻值大小可以调节负反馈的深度，使振荡电路产生比较稳定而失真又较小的正弦波信号。第十八页，共七十一页，2022年，8月28日能自行启动的电路（1）+-AR1R2R’C1RTC2t半导体热敏电阻tRTA负反馈系数：F起振时，RT略大于2R’，使|AF|>1，以便起振；起振后，uo逐渐增大，则RT逐渐减小，使得输出uo为某值时，|AF|=1，从而稳幅。第十九页，共七十一页，2022年，8月28日+-ARRCCVD1VD2R22R21R1能自行启动的电路（2）负反馈系数：R22为一小电阻，使(R21+R22)略大于2R1，|

AF

|>1，以便起振；随着uo的增加，R22逐渐被短接，A自动下降到使|

AF

|=1，使得输出uo稳定在某值。第二十页，共七十一页，2022年，8月28日RFRCCRR1R1R2R2R3R3+-AKKuo四、振荡频率的调节通过调整

R

或

C

来调整频率。K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。C：双联可调电容，

改变C，用于细

调振荡频率。第二十一页，共七十一页，2022年，8月28日RF1R1CC+-A+uoRF2D1D2RR21R22R23R24R25R26R27R28电子琴的振荡电路：第二十二页，共七十一页，2022年，8月28日例：一台由文氏电桥振荡电路组成的正弦波信号发生器，采用如图方法调节输出频率。切换不同的电容作为频率粗调，调节同轴电位器作为细调。已知C1、C2、C3、分别为0.25F、0.025F

、0.0025F

，固定电阻R=3k，电位器RW=30k。试估算该仪器三挡频率的调节范围。RWRRWRC1C2C3C1C2C3解：(1)在低频挡，C=0.25F，当电位器调至最大时，

R+RW=(3+30)k=33k当电位器调至零时，R+RW=3k第二十三页，共七十一页，2022年，8月28日(2)在中频挡，C=0.025F。当电位器调至最大时，当电位器调至零时，(3)在高频挡，C=0.0025F。当电位器调至最大时，当电位器调至零时，第二十四页，共七十一页，2022年，8月28日该仪器三挡频率的调节范围是：19Hz～212Hz，190Hz～2.12kHz，1.9kHz～21.2kHz，三挡频率均在音频范围内，且三挡之间互相有一部分覆盖，故能在19Hz～21.2kHz的全部范频率围内连续可调，是一台频率可调的音频信号发生器。第二十五页，共七十一页，2022年，8月28日五*、用分立元件组成的RC振荡器RCRC+VCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF++++–+++–––+ubeRC网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。第二十六页，共七十一页，2022年，8月28日9.2.2*其他形式的RC

振荡电路一、移相式振荡电路+-AR’RFR1R2C1C2C3反相输入比例电路三节RC移相电路放大电路，采用反相输入方式，A=180。正反馈网络，采用三节RC移相电路，每节RC移相范围为0～90，三节总相移0～270，故必存在一频率，使移相电路的相移为180。即此时AF=A+F=360，满足振荡相位平衡条件。第二十七页，共七十一页，2022年，8月28日三节RC电路的相频特性0ff0+90+180+270+-AR’RFR1R2C1C2C3通常选C1=C2=C3=C，R1=R2=R，此时，电路的振荡频率为：起振条件为：第二十八页，共七十一页，2022年，8月28日二、双T选频网络振荡电路+-AR’RFR3C2CCRR双T

选频网络反相输入比例电路R3略小于R/2，此时电路的振荡频率为：当f=f0

时，双T网络的相位移F=180，而反相输入比例电路的相位移F=180，AF=A+F=360，满足振荡相位平衡条件。放大电路的放大倍数必须足够大，以满足三种RC振荡电路的比较（课本表8

-

1）第二十九页，共七十一页，2022年，8月28日LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分立元件组成放大电路。本节只对LC振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。§9.3*

LC

正弦波振荡电路首先介绍LC选频网络的特性。第三十页，共七十一页，2022年，8月28日9.3.1LC

并联电路的特征CLR+-Z电路的复数导纳为：当回路导纳的虚部等于0时，回路呈现纯电阻，回路电流与电压同相，电路发生并联谐振。谐振角频率为0，则：第三十一页，共七十一页，2022年，8月28日令谐振回路的品质因数则当Q>>1时，当LC回路发生并联谐振时，第三十二页，共七十一页，2022年，8月28日LC并联回路阻抗的一般表达式在谐振频率附近，即当0时，第三十三页，共七十一页，2022年，8月28日不同Q值时LC并联回路的幅频特性和相频特性（Q1>Q2）

：Q1Q20Z0Z+90-90Q1Q2感性容性纯阻LC并联回路具有选频特性；谐振频率f0的数值与电路参数有关；Q值越大，选频特性越好，谐振时的阻抗值Z0也越大。第三十四页，共七十一页，2022年，8月28日CLR+-Z谐振时回路中的电流谐振时电容中电流的幅值：LC并联回路的输入电流为：即当Q>>1时谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！第三十五页，共七十一页，2022年，8月28日例1：LC并联谐振电路中,L=1mH,C=0.1F,R=10，U=1V。求谐振时的f0、I0、IC、IL。=15924Hz=1000I0=U/Z0=1/1000=1mAIC=U/ZC=10mA1CZC==100

IL=U/ZLR=9.95mA结论:并联谐振电路中IC

IL>>I0谐振信号通过互感线圈引出CRUI0ICILL第三十六页，共七十一页，2022年，8月28日互感线圈的极性判别1234磁棒初级线圈次级线圈同极性端1234+–+–第三十七页，共七十一页，2022年，8月28日++––+例1：正反馈+VCCCC1C2频率由LC谐振网络决定。

9.3.2LC正弦波振荡器举例振荡频率:判断是否是正反馈:用瞬时极性法判断利用晶体管共射极放大器集电极电位变化与基极反相，发射极与基极同相；利用互感线圈的同极性端电位变化相位相同。第三十八页，共七十一页，2022年，8月28日例2：正反馈+VCCCC1L1L2C2uL1uL2uC设uBuCuDuBuL2

ubeuL1

D瞬时极性法判断：+––+–+反相+正反馈振荡频率由C、

L1、

L2谐振网络决定。(L+L+2M)Cfp210»12M为两线圈的互感第三十九页，共七十一页，2022年，8月28日例3：正反馈设uBuCuC1

uC2

uB频率由L、

C1、

C2组成的谐振网络决定。+VCCC1LC2ABC+––+uLuC1

uC1减小时，uC2如何变化？设L、

C1、

C2组成的谐振网络中的电流为i，则

ii第四十页，共七十一页，2022年，8月28日+VCCC1C1LC2+––+反相例3：瞬时极性法判断：正反馈振荡频率:其中：第四十一页，共七十一页，2022年，8月28日例4：正反馈+VCCC1C2设uBuCuEubeuAAECBubeuC1

用瞬时极性法判断：ube+–++–––ube增加正反馈频率由L、

C1、

C2组成的谐振网络决定。第四十二页，共七十一页，2022年，8月28日§9.4*石英晶体振荡器

Q越大，LC

振荡电路的幅频特性曲线越尖锐，选频特性越好；相频特性在f0附近也越陡，频率的稳定度越高。石英晶体的Q值高，选频特性好，频率稳定高第四十三页，共七十一页，2022年，8月28日

9.4.1石英晶体的基本特性和等效电路一、基本特性压电效应、压电谐振，固有频率（谐振频率）二、等效电路C0CLR静电电容C0等效电感L：表示机械振动的惯性等效电容C：表示晶片的弹性串联谐振频率：并联谐振频率：第四十四页，共七十一页，2022年，8月28日石英晶体的电抗-频率特性：Xf0fsfp容性感性容性

9.4.1石英晶体振荡电路一、并联型+VCCC2C1CERERB1RB2RC第四十五页，共七十一页，2022年，8月28日振荡频率：+VCCC2C1CERERB1RB2RC此时晶体呈感性第四十六页，共七十一页，2022年，8月28日二、串联型RE1RB1RB2RC+VCCC1RE2R第四十七页，共七十一页，2022年，8月28日一、电路结构上下门限电平：下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端。－++RR1R2C+ucuo–§9.5非正弦波形发生电路

9.5.1矩形波发生电路第四十八页，共七十一页，2022年，8月28日二、工作原理1.设uo

=

+UOM此时，输出给C充电!则：u+=UH0tuoUOM-UOMU+HuC0t一旦uC>UH

,就有u->u+,在uC<UH

时，u-

<u+,uo

保持+UOM

不变；uo

立即由＋UOM

变成－UOM

－++RR1R2C+ucuo–第四十九页，共七十一页，2022年，8月28日此时，C

经输出端放电。2.当uo

=

-UOM时，u+=ULuC降到UL时，uo上翻。UHuCtUL当uo

重新回到＋UOM

以后，电路又进入另一个周期性的变化。－++RR1R2C+ucuo–第五十页，共七十一页，2022年，8月28日0UHuCtULUOMuo0t-UOMT输出波形：－++RR1R2C+ucuo–第五十一页，共七十一页，2022年，8月28日RC电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。下行迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。－++RR1R2C+ucuo–矩形波发生器各部分的作用：第五十二页，共七十一页，2022年，8月28日三、周期与频率的计算f=1/TuC上升阶段表示式:uC下降阶段表示式:uC0UHtULT1T2第五十三页，共七十一页，2022年，8月28日矩形波发生器电路的改进：－++RR1R2C+ucuo–－++RR1R2C+ucuoUZ–第五十四页，共七十一页，2022年，8月28日思考题：点b是电位器RW

的中点，点a

和点c

是b的上方和下方的某点。试定性画出点电位器可动端分别处于

a、b、c

三点时的uo-uC

相对应的波形图。－-+++RWR1R2CucuoD1D2abc占空比可调的矩形波发生电路第五十五页，共七十一页，2022年，8月28日反向积分电路方波发生器电路一：方波发生器矩形波积分电路三角波9.5.2三角波发生器－++RR1R2C+uc-++RR2Cuo此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。第五十六页，共七十一页，2022年，8月28日－++RR1R2C+uc-++RR2Cuouo1uo三角波的周期由方波发生器确定，其幅值也由周期T和参数R、C决定。0uo1tUom-Uom第五十七页，共七十一页，2022年，8月28日电路二：电路一的改型－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1反向积分电路上行迟滞比较器特点：由上行的迟滞比较器和反相积分器级联构成，迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入。第五十八页，共七十一页，2022年，8月28日－++uoRR2R1ui上行的迟滞比较器回顾:上下门限电平：uoui0Uom-UomULUH第五十九页，共七十一页，2022年，8月28日回顾:反相积分器ui-++RR2Cuoui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uom第六十页，共七十一页，2022年，8月28日－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R100uo1t＋UOM－UOMuotUHUL第六十一页，共七十一页，2022年，8月28日周期和频率的计算：tuoUHULT－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1T1T2第六十二页，共七十一页，2022年，8月28日电路三：是电路二的改型电路调整电位器RW可以使三角波上下移动。即给纯交流的三角波叠加了一个直流分量。+E-ERW－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1第六十三页，共七十一页，2022年，8月28日tuoT1T2-－++R2R1++R´R2CuoR+–T1

时间段，电容C通过R´

放电T2

时间段，电容C通过R充电充放电的时间T1、T2可通过R、R'调整。当R'=0时，则为