波形的产生与变换电路

PAGE92第八章波形发生电路PAGEPAGE124山东理工大学教案第二十四次课教学课型：理论课□√实验课□习题课□实践课□技能课□其它□主要教学内容（注明：*重点#难点）：8.1正弦波振荡器的分析方法8.1.1产生正弦波振荡的条件8.1.2正弦波振荡电路的组成与分析步骤8.2RC正弦波振荡电路8.2.1RC串并联网络的振荡电路重点：1.振荡电路组成及分析方法2.RC正弦波振荡电路组成、振荡频率及起振条件难点：RC串并联网络的选频特性教学目的要求：1.掌握振荡电路的概念稳定振荡条件及起振条件的确定2.熟练掌握稳定振荡条件及起振条件的确定3.掌握RC正弦波振荡电路的电路组成、起振频率、起振条件教学方法和教学手段：板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。讨论、思考题、1.自激振荡产生的过程是什么？2.如何判断RC电路能产生自激振荡作业：8.1;8.3参考资料：童诗白主编《模拟电子技术基础》北京高等教育出版社2001年康华光主编《电子技术基础》模拟部分北京高等教育出版社2001年8.1正弦波振荡器的分析方法正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。8.1.1产生正弦波振荡的条件1．产生正弦波振荡的条件产生正弦波的条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。只不过负反馈放大电路中是由于信号频率达到了通频带的两端，产生了足够的附加相移，从而使负反馈变成了正反馈。在振荡电路中加的就是正反馈，振荡建立后只是一种频率的信号，无所谓附加相移。(a)负反馈放大电路(b)正反馈振荡电路图06.01振荡器的方框图比较图06.01(a)和(b)就可以明显地看出负反馈放大电路和正反馈振荡电路的区别了。由于振荡电路的输入信号=0，所以=。由于正、负号的改变，有反馈的放大倍数为：振荡条件=1幅度平衡条件=1相位平衡条件AF=A+F=2n2正弦波振荡器的起振过程振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一些，即要求＞1这称为起振条件。既然＞1，起振后就要产生增幅振荡，需要靠三极管大信号运用时的非线性特性去限制幅度的增加，这样电路必然产生失真。这就要靠选频网络的作用，选出失真波形的基波分量作为输出信号，以获得正弦波输出。也可以在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益，从而达到稳幅的目的。这在下面具体的振荡电路中加以介绍。8.1.2正弦波振荡电路的组成与分析步骤为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。正弦波发生电路的组成:放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅电路8.2RC正弦波振荡电路8.2.1RC串并联网络的振荡电路1RC串并联网络的选频特性RC串并联网络的电路如图06.02所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。其频率响应如下图06.02RC串并联网络f0=为满足振荡的幅度条件=1，所以Af≥3。加入R3R4支路，构成串联电压负反馈2RC文氏桥振荡电路的稳幅过程RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R4实现的。R4是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R4上所加的电压升高，即温度升高，R4的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。若热敏电阻是负温度系数，应放置在R3的位置，如图06.03。采用反并联二极管的稳幅电路如图6.04所示。电路的电压增益为式中R”p是电位器上半部的电阻值，R’p是电位器下半部的电阻值。R’3=R3//RD，RD是并联二极管的等效平均电阻值。当Vo大时，二极管支路的交流电流较大，RD较小，Avf较小，于是Vo下降。由图(b)可看出，二极管工作在C、D点所对应的等效电阻，小于工作在A、B点所对应的等效电阻，所以输出幅度小。(a)稳幅电路(b)稳幅原理图图06.04反并联二极管的稳幅电路山东理工大学教案第二十五次课教学课型：理论课□√实验课□习题课□实践课□技能课□其它□主要教学内容（注明：*重点#难点）：8.3LC正弦波振荡电路8.3.1LC并联电路的特性8.3.2变压器反馈振荡电路8.3.3电感三点式振荡电路8.3.4电容三点式振荡电路重点：1.LC并联谐振的选频特性2.LC正弦波振荡电路组成、振荡频率及起振条件难点：变压器耦合式及电感三点式的分析教学目的要求：1.掌握LC并联谐振回路及变压器耦合式2.掌握LC正弦波振荡电路的电路组成、起振频率、起振条件3.掌握电感三点式及电容三点式教学方法和教学手段：板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。讨论、思考题、1.品质因数对选频性的影响是什么？为什么？2.如何判断LC电路能产生自激振荡作业：6.6;6.8参考资料：童诗白主编《模拟电子技术基础》北京高等教育出版社2001年康华光主编《电子技术基础》模拟部分北京高等教育出版社2001年8.3LC正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。这里的选频网络是由LC并联谐振电路构成，正反馈网络因不同类型的LC正弦波振荡电路而有所不同。8.3.1LC并联电路的特性LC并联谐振电路如图6.05(a)所示。显然输出电压是频率的函数输入信号频率过高，电容的旁路作用加强，输出减小；反之频率太低，电感将短路输出。并联谐振曲线如图06.05（b）所示。(a)LC并联谐振电路(b)并联谐振曲线图06.05并联谐振电路及其谐振曲线谐振时谐振频率考虑电感支路的损耗，用R表示，图06.06有损耗的谐振电路如图06.06所示。谐振时，电感支路电流或电容支路电流与总电流之比，称为并联谐振电路的品质因数对于图06.05（b）的谐振曲线，Q值大的曲线较陡较窄，图中Q1＞Q2。并联谐振电路的谐振阻抗谐振时，LC并联谐振电路相当一个电阻8.3.2变压器反馈式振荡电路变压器反馈LC振荡电路如图06.07所示。LC并联谐振电路作为三极管的负载，反馈线圈Ｌ2与电感线圈Ｌ相耦合，将反馈信号送入三极管的输入回路。交换反馈线圈的两个线头，可改变反馈的极性。调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，以使正反馈的幅度条件得以满足。有关同名端的极性请参阅图06.08。图06.07变压器反馈LC振荡电路图06.08同名端的极性变压器反馈LC振荡电路的振荡频率与并联LC谐振电路相同，为8.3.3电感三点式振荡电路图06.09为电感三点式LC振荡电路。电感线圈L1和L2是一个线圈，2点是中间抽头。如果设某个瞬间集电极电流减小，线圈上的瞬时极性如图所示。反馈到发射极的极性对地为正，图中三极管是共基极接法，所以使发射结的净输入减小，集电极电流减小，符合正反馈的相位条件。图06.10是另一个电感三点式LC振荡电路。分析三点式LC振荡电路常用如下方法，将谐振回路的阻抗折算到三极管的各个电极之间，有Zbe、Zce、Zcb，如图06.11所示。对于图06.09是L2、是L1、是C。图06.09电感三点式LC振荡电路（CB图06.10电感三点式LC振荡电路（CE）图06.11三点式振荡电路可以证明，若满足相位平衡条件，和必须同性质，即同为电容或同为电感。8.3.4电容三点式LC振荡电路与电感三点式LC振荡电路类似的有电容三点式LC振荡电路，见图06.12。（a）CB组态（b）CE组态图06.12电容三点式LC振荡电路例6.1：图06.13为三点式振荡电路试判断是否满足相位平衡条件。(a)(b)图06.13例题6.1的电路图山东理工大学教案第二十六次课教学课型：理论课□√实验课□习题课□实践课□技能课□其它□主要教学内容（注明：*重点#难点）：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8.4.2石英晶体振荡电路8.5非正弦波发生电路8.5.1矩形波发生电路8.5.2三角波发生电路8.5.3锯齿波发生电路重点：1.石英晶体的基本特性，及振荡的判断。难点：石英晶体振荡电路的判断教学目的要求：1.了解石英晶体振荡器电路组成、起振频率、起振条件2．了解矩形波发生电路的构成及振荡周期3.了解三角波发生电路的构成及振荡周期4.了解锯齿波发生电路的构成及振荡周期教学方法和教学手段：板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。讨论、思考题、1.判断石英晶体振荡器电路的起振条件？作业：6.11参考资料：童诗白主编《模拟电子技术基础》北京高等教育出版社2001年康华光主编《电子技术基础》模拟部分北京高等教育出版社2001年8.4石英晶体振荡电路8.4.1石英晶体的基本特性和等效电路石英晶体的阻抗频率特性曲线见图06.14,它有一个串联谐振频率fs,一个并联谐振频率fp，二者十分接近。对于图06.15(a)的电路与电感三点式振荡电路相似。要使反馈信号能传递到发射极，为此石英晶体应处于串联谐振点，此时晶体的阻抗接近为零。对于图06.15(b)的电路，满足正反馈的条件，为此，石英晶体必须呈电感性才能形成LC并联谐振回路，产生振荡。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。对于图06.15(b)的电路，满足正反馈的条件，为此，石英晶体必须呈电感性才能形成LC并联谐振回路，产生振荡。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。8.4.2石英晶体振荡电路利用石英晶体高品质因数的特点，构成LC振荡电路，如图06.15所示。(a)串联型f0=fs（b）并联型fs<f0<fp图06.15石英晶体振荡电路例6.2：分析图06.16的振荡电路能否产生振荡，若产生振荡石英晶体处于何种状态？（a）(b)图06.16例06.2电路图8.5非正弦波发生电路8.5.1矩形波发生电路方波发生器是由滞回比较器和RC定时电路构成的，电路见图06.20。1电路结构和工作原理电源刚接通时设,电容C充电，升高。如阅图06.21。图06.20方波发生器图06.21方波发生器波形图当≥时，，所以，电容C放电，下降。当≤时，，返回初态。2输出幅度和振荡周期方波的周期Ｔ用过渡过程公式可以方便地求出显然，为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。占空比可调的矩形波电路如图06.22所示。图06.22占空比可调的矩形波发生电路C充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管D1、R1；C放电时，放电电流经R1、二极管D2、电位器的下半部。占空比为：