第09章波形發(fā)生電路PPT課件

1、放大電路放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)+ +AFoXfXiX iX如果：,ifXX則去掉 ，仍有信號輸出。iX放大電路放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)AFoXfXiX 反饋信號代替了放大電路的輸入信號。第1頁/共70頁放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件放大電路放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)AFoXfXifXXiiofXXAFXFX產(chǎn)生自激振蕩的條件是1FA1FA振幅平衡條件nFAarctgFA2相位平衡條件)210(，n第2頁/共70頁相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋；振幅條件可以通過調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達(dá)到。對照第五章中所討論的負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件：1FA與本節(jié)得到的自激振蕩條件相比，兩者相1FA差一個(gè)

2、負(fù)號，這是由于兩者反饋極性不同所致。 iXfXfiXX+-(a)負(fù)反饋（相減） iXfXfiXX+(a)正反饋（相加）反饋放大電路輸入信號和反饋信號的符號關(guān)系：第3頁/共70頁問題1：如何起振？Uo 是振蕩器的電壓輸出幅度，B是要求輸出的幅度。起振時(shí)Uo=0，達(dá)到穩(wěn)定振蕩時(shí)Uo=B。放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動(dòng)，這些擾動(dòng)可分解放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動(dòng)，這些擾動(dòng)可分解為各種頻率的分量，其中也包括有為各種頻率的分量，其中也包括有 fo 分量。分量。選頻網(wǎng)絡(luò)：選頻網(wǎng)絡(luò)：把把 fo 分量選出，把其他頻率的分量衰減分量選出，把其他頻率的分量衰減 掉。這時(shí)，只要：掉。這時(shí)，只要：，且，且 A+ F =

3、2n ，即可起振。，即可起振。1FA第4頁/共70頁問題2：如何穩(wěn)幅？起振后，輸出將逐漸增大，若不采取穩(wěn)幅措施，這時(shí)若 仍大于 1 ，則輸出將會(huì)飽和失真。FA達(dá)到需要的幅值后，將參數(shù)調(diào)整為 ，即可穩(wěn)幅。1FA起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：1FABUo時(shí)，1FABUo時(shí)，1FABUo時(shí)，穩(wěn)幅由電路中的非線性元件實(shí)現(xiàn)第5頁/共70頁9.1.2 正弦波振蕩的組成和分析步驟正弦波振蕩的組成和分析步驟組成：組成：放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)分析步驟：分析步驟：一、判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩1. 是否具備正弦波振蕩的組成部分；2. 靜態(tài)工作點(diǎn)是否能保證放大電路正常工作；3. 是否滿足自激振蕩條件（相位條件

4、和幅度條件）。二、估算振蕩頻率和起振條件振蕩頻率由相位平衡條件決定，起振條件由幅度條件 決定。1FA第6頁/共70頁9.2 RC 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路9.2.1 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路+- -AR1R2RC1RFC2oU選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)R1、C1 ，R2、C2 ，RF ，R 組成電橋的四個(gè)臂文氏電橋電路。一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性R1R2C1C2fU+-+-UZ1Z2低頻時(shí)，1/ C1R1，1/ C2R2 ，此時(shí)可將R1和1/ C2忽略。低頻等效電路為：第7頁/共70頁R1R2C1C2fU+-+-UZ1Z2低頻R2C1fU+-+-U高頻時(shí)，1/ C1R1，1/ C

5、21，以便起振；，以便起振；起振后，起振后，uo 逐漸增大，逐漸增大，則則RT 逐漸減小，使得輸逐漸減小，使得輸出出uo為某值時(shí)，為某值時(shí)，|AF|=1，從而穩(wěn)幅。從而穩(wěn)幅。第17頁/共70頁+- -ARRCCoUVD1VD2R22R21R1能自行啟動(dòng)的電路能自行啟動(dòng)的電路（2）負(fù)反饋系數(shù)：122211)(RRRRFR22 為一小電阻，使為一小電阻，使( (R21+R22 ) )略大于略大于2R1，| AF |1，以便起振；，以便起振；隨著隨著uo 的增加，的增加，R22 逐漸被短接，逐漸被短接，A自動(dòng)下自動(dòng)下降到使降到使| AF |=1，使得，使得輸出輸出uo 穩(wěn)定在某值。穩(wěn)定在某值。第18

6、頁/共70頁RFRCCRR1R1R2R2R3R3+- -AKKuo四、振蕩頻率的調(diào)節(jié)RCf210通過調(diào)整通過調(diào)整 R 或或 C 來調(diào)整頻率。來調(diào)整頻率。K：雙聯(lián)波段開關(guān)，：雙聯(lián)波段開關(guān)， 切換切換R，用于粗，用于粗 調(diào)振蕩頻率。調(diào)振蕩頻率。C：雙聯(lián)可調(diào)電容，：雙聯(lián)可調(diào)電容， 改變改變C，用于細(xì)，用于細(xì) 調(diào)振蕩頻率。調(diào)振蕩頻率。第19頁/共70頁RF1R1CC+- -A+uoRF2D1D2 RR21R22R23R24R25R26R27R2821021RRCf電子琴的振蕩電路：電子琴的振蕩電路：第20頁/共70頁例例：一臺由文氏電橋振蕩電路組成的正弦波信號發(fā)生器，采用如圖方法調(diào)節(jié)輸出：一臺由文氏電

7、橋振蕩電路組成的正弦波信號發(fā)生器，采用如圖方法調(diào)節(jié)輸出頻率。切換不同的電容作為頻率粗調(diào)，調(diào)節(jié)同軸電位器作為細(xì)調(diào)。已知頻率。切換不同的電容作為頻率粗調(diào)，調(diào)節(jié)同軸電位器作為細(xì)調(diào)。已知C1、C2、C3、分別為、分別為0.25 F、0.025 F 、0.0025 F ，固定電阻，固定電阻R=3k ，電位器，電位器RW =30k 。試估算該儀器三擋頻率的調(diào)節(jié)范圍。試估算該儀器三擋頻率的調(diào)節(jié)范圍。RWRRWRC1C2C3C1C2C3解：(1) 在低頻擋，C=0.25 F，當(dāng)電位器調(diào)至最大時(shí)，R+RW =(3+30)k =33k Hzf631025. 0103321Hz19當(dāng)電位器調(diào)至零時(shí)，R+RW =3k

8、 HzHzf2121025. 01032163第21頁/共70頁(2) 在中頻擋，C=0.025 F。當(dāng)電位器調(diào)至最大時(shí)，HzHzf19010025. 010332163當(dāng)電位器調(diào)至零時(shí)，kHzHzf12. 210025. 01032163(3) 在高頻擋，C=0.0025 F。當(dāng)電位器調(diào)至最大時(shí)，kHzHzf9 . 1100025. 010332163當(dāng)電位器調(diào)至零時(shí)，kHzHzf2 .21100025. 01032163第22頁/共70頁該儀器三擋頻率的調(diào)節(jié)范圍是：19Hz212Hz，190Hz2.12kHz，1.9kHz21.2kHz，三擋頻率均在音頻范圍內(nèi)，且三擋之間互相有一部分覆蓋，

9、故能在19Hz21.2kHz的全部范頻率圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，是一臺頻率可調(diào)的音頻信號發(fā)生器。第23頁/共70頁五*、用分立元件組成的RC振蕩器RCRC+VCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+ube RC網(wǎng)絡(luò)正反饋，RF、RE1組成負(fù)反饋，調(diào)整到合適的參數(shù)則可產(chǎn)生振蕩。第24頁/共70頁9.2.2* 其他形式的其他形式的RC 振蕩電路振蕩電路一、移相式振蕩電路+- -ARoURFR1R2C1C2C3反相輸入比例電路反相輸入比例電路三節(jié)三節(jié)RC移相電路移相電路放大電路，采用反相輸入方式， A=180 。正反饋網(wǎng)絡(luò)，采用三節(jié)RC 移相電路，每節(jié)RC 移相范圍為090 ，三

10、節(jié)總相移0270 ，故必存在一頻率，使移相電路的相移為180 。即此時(shí) AF = A + F = 360 ，滿足振蕩相位平衡條件。第25頁/共70頁三節(jié)三節(jié)RC電路電路的相頻特性相頻特性0Fff0+90 +180 +270 +- -ARoURFR1R2C1C2C3通常選C1 = C2 = C3 = C，R1 = R2 = R，此時(shí)，電路的振蕩頻率為：RCf3210起振條件為：RRF12第26頁/共70頁二、雙 T 選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路+- -ARoURFR3C2CCRR雙雙 T 選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)反相輸入比例電路反相輸入比例電路R3 略小于R/ /2，此時(shí)電路的振蕩頻率為：RCf510當(dāng) f = f

11、0 時(shí)，雙 T 網(wǎng)絡(luò)的相位移 F = 180 ，而反相輸入比例電路的相位移 F = 180 ， AF = A + F = 360 ，滿足振蕩相位平衡條件。放大電路的放大倍數(shù)必須足夠大，以滿足1FA三種三種RC振蕩電路的比較（課本表振蕩電路的比較（課本表8 - 1）第27頁/共70頁LC 振蕩電路的選頻電路由電感和電容構(gòu)成，振蕩電路的選頻電路由電感和電容構(gòu)成，可以產(chǎn)生高頻振蕩。由于高頻運(yùn)放價(jià)格較高，所可以產(chǎn)生高頻振蕩。由于高頻運(yùn)放價(jià)格較高，所以一般用分立元件組成放大電路。本節(jié)只對以一般用分立元件組成放大電路。本節(jié)只對 LC振蕩電路做一簡單介紹，重點(diǎn)掌握相位條件的判振蕩電路做一簡單介紹，重點(diǎn)掌握相

12、位條件的判別。別。9.3* LC 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路首先介紹 LC 選頻網(wǎng)絡(luò)的特性。第28頁/共70頁9.3.1 LC 并聯(lián)電路的特征并聯(lián)電路的特征CLRILIU+-Z電路的復(fù)數(shù)導(dǎo)納為：LjRCjY12222)()(LRLCjLRR當(dāng)回路導(dǎo)納的虛部等于0時(shí)，回路呈現(xiàn)純電阻，回路電流與電壓同相，電路發(fā)生并聯(lián)諧振。諧振角頻率為 0 ，則：0)(20200LRLCLCLR111200第29頁/共70頁令RLQ0諧振回路的品質(zhì)因數(shù)LCQLCLR11111112200則當(dāng)Q1 時(shí)，LC10LCf210當(dāng)LC回路發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，220)( LRRYYRLQRLRLRZ222220)(11)()(

13、第30頁/共70頁LC并聯(lián)回路阻抗的一般表達(dá)式LjRCjLjRCjZ1)(1 CLjRLjCj1)(1LCRLjRCL2111在諧振頻率附近，即當(dāng) 0 時(shí)，220011jQZZ第31頁/共70頁不同Q值時(shí)LC并聯(lián)回路的幅頻特性和相頻特性（Q1Q2） ：220011jQZZQ1Q2 0Z 0 Z +90 - -90 Q1Q2感性感性容性容性純阻純阻(1)LC并聯(lián)回路具有選頻特性；(2)諧振頻率 f0 的數(shù)值與電路參數(shù)有關(guān)；(3)Q值越大，選頻特性越好，諧振時(shí)的阻抗值Z0也越大。第32頁/共70頁CLRILIU+-Z諧振時(shí)回路中的電流諧振時(shí)電容中電流的幅值：ULRLUCIC20200)(LC并聯(lián)回

14、路的輸入電流為：ULRRZUI2020)(RLIIC0IQIC即當(dāng)Q1時(shí)LCLCIIIIII，諧振時(shí)回路電流比總電流大的多，諧振時(shí)回路電流比總電流大的多，外界對諧振回路的影響可以忽略！外界對諧振回路的影響可以忽略！第33頁/共70頁例1：LC并聯(lián)諧振電路中, L=1mH, C=0.1 F, R=10 ， U=1V。求諧振時(shí)的 f0、I0、IC、IL。LCf210=15924 HzRCLZ 0=1000 I0=U/Z0 =1/1000=1 mAIC =U/ ZC =10 mA1 CZC= =100 IL =U/ ZLR =9.95 mA結(jié)論結(jié)論:并聯(lián)諧振電路中 IC IL I0諧振信號通過互感線

15、圈引出CRUI0ICILL第34頁/共70頁互感線圈的極性判別1234磁棒磁棒初級線圈初級線圈次級線圈次級線圈同極性端同極性端1234+第35頁/共70頁+ 例1：正反饋正反饋+VCCCC1C2頻率由LC諧振網(wǎng)絡(luò)決定。 9.3.2 LC正弦波振蕩器舉例正弦波振蕩器舉例振蕩頻率振蕩頻率:LCf210判斷是否是正反饋判斷是否是正反饋:用用瞬時(shí)極性法瞬時(shí)極性法判斷判斷(1)利用晶體管共射利用晶體管共射極放大器集電極極放大器集電極電位變化與基極電位變化與基極反相，發(fā)射極與反相，發(fā)射極與基極同相；基極同相；(2)利用互感線圈的利用互感線圈的同極性端電位變同極性端電位變化相位相同?；辔幌嗤?。第36頁/共

16、70頁例2：正反饋正反饋+VCCCC1L1L2C2uL1uL2uC設(shè)設(shè)uB uC uD uB uL2 ube uL1 D瞬時(shí)極性法判斷：瞬時(shí)極性法判斷：+反相反相+ 正反饋正反饋振蕩頻率由C 、 L1 、 L2諧振網(wǎng)絡(luò)決定。(L+L+2M)Cf21012M為兩線為兩線圈的互感圈的互感第37頁/共70頁例3：正反饋正反饋設(shè)設(shè)uB uC uC1 uC2 uB 頻率由 L 、 C1 、 C2 組成的諧振網(wǎng)絡(luò)決定。+VCCC1LC2ABC+uLuC1 dtduCdtduCiCC2211uC1減小時(shí)， uC2如何變化？設(shè)設(shè)L 、 C1 、 C2 組成的諧組成的諧振網(wǎng)絡(luò)中的電流為振網(wǎng)絡(luò)中的電流為i ，則，

17、則 ii第38頁/共70頁+VCCC1C1LC2+ 反相反相例3：瞬時(shí)極性法判斷：瞬時(shí)極性法判斷：正反饋正反饋振蕩頻率振蕩頻率:LCf210其中：其中：2121CCCCC第39頁/共70頁例4：正反饋正反饋+VCCC1C2設(shè)設(shè)uB uC uE ube uA AECBube uC1 用瞬時(shí)極性法判斷：用瞬時(shí)極性法判斷：ube+ube增加增加正反饋正反饋頻率由 L 、 C1 、 C2 組成的諧振網(wǎng)絡(luò)決定。第40頁/共70頁9.4* 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器Q 越大， LC 振蕩電路的幅頻特性曲線越尖銳，選頻特性越好；相頻特性在 f0 附近也越陡，頻率的穩(wěn)定度越高。CLRRLQ10石英晶體的 Q

18、 值高，選頻特性好，頻率穩(wěn)定高第41頁/共70頁 9.4.1 石英晶體的基本特性和等效電路石英晶體的基本特性和等效電路一、基本特性一、基本特性壓電效應(yīng)、壓電諧振，固有頻率（諧振頻率）二、等效電路二、等效電路C0CLR靜電電容C0等效電感L：表示機(jī)械振動(dòng)的慣性等效電容C：表示晶片的彈性串聯(lián)諧振頻率：LCfs21并聯(lián)諧振頻率：000121CCfCCCCLfsp第42頁/共70頁石英晶體的電抗-頻率特性：Xf0fsfp容性容性感感性性容性容性 9.4.1 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路一、并聯(lián)型一、并聯(lián)型+VCCC2C1CERERB1RB2RC第43頁/共70頁振蕩頻率：CCCCCCLf000)(

19、21+VCCC2C1CERERB1RB2RC2121CCCCCpsfff0此時(shí)晶體呈感性CCC0sfLCf210第44頁/共70頁二、串聯(lián)型二、串聯(lián)型RE1RB1RB2RC+VCCC1RE2RLCffs210第45頁/共70頁一、電路結(jié)構(gòu)omHURRRU211omLURRRU211上下門限電平：下行的遲滯比較器，輸出經(jīng)積分電路再輸入到此比較器的反相輸入端。+RR1R2C+ucuo9.5 非正弦波形發(fā)生電路非正弦波形發(fā)生電路 9.5.1 矩形波發(fā)生電路矩形波發(fā)生電路第46頁/共70頁二、工作原理1. 設(shè) uo = + UOM此時(shí)，輸出給C 充電!則：u+=UH0tuoUOM-UOMU+HuC0t

20、一旦一旦 uC UH , 就有就有 u- u+ ,在在 uC UH 時(shí)，時(shí)，u- u+ , uo 保持保持 + UOM 不變；不變；uo 立即由立即由UOM 變成變成UOM +RR1R2C+ucuo第47頁/共70頁此時(shí)，C 經(jīng)輸出端放電。2. 當(dāng)uo = -UOM 時(shí)，u+=ULuC降到UL時(shí)，uo上翻。UHuCtUL當(dāng)uo 重新回到UOM 以后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化。+RR1R2C+ucuo第48頁/共70頁0UHuCtULUOMuo0t- UOMT輸出波形：+RR1R2C+ucuo第49頁/共70頁RC電路：起反饋和延遲作用，獲得一定的頻率。下行遲滯比較器：起開關(guān)作用，實(shí)現(xiàn)高低電

21、平的轉(zhuǎn)換。+RR1R2C+ucuo矩形波發(fā)生器各部分的作用：第50頁/共70頁三、周期與頻率的計(jì)算三、周期與頻率的計(jì)算RCtOMLOMceUUUtu)()(f=1/T)21ln(221RRRCTRCtOMHOMceUUUtu)()(uC上升階段表示式:uC下降階段表示式:uC0UHtULT1T2RCTOMLOMHeUUUU2)(RCTOMHOMLeUUUU1)()21ln(2121RRRCTTOMLHURRRUU211第51頁/共70頁矩形波發(fā)生器電路的改進(jìn)：+RR1R2C+ucuo+RR1R2C+ucuo UZ第52頁/共70頁思考題：思考題：點(diǎn)點(diǎn) b 是電位器是電位器 RW 的中點(diǎn)，點(diǎn)的中

22、點(diǎn)，點(diǎn) a 和點(diǎn)和點(diǎn) c 是是 b 的上方和下方的某點(diǎn)的上方和下方的某點(diǎn) 。試定性畫。試定性畫出點(diǎn)電位器可動(dòng)端分別處于出點(diǎn)電位器可動(dòng)端分別處于 a、b、c 三三點(diǎn)時(shí)的點(diǎn)時(shí)的 uo - uC 相對應(yīng)的波形圖。相對應(yīng)的波形圖。-+RWR1R2CucuoD1D2abc占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路第53頁/共70頁反向積分電路方波發(fā)生器電路一：電路一：方波發(fā)生器方波發(fā)生器 矩形波矩形波積分電路積分電路三角波三角波9.5.2 三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器+RR1R2C+uc-+RR2Cuo此電路要求前后電路的時(shí)間常數(shù)配合好，此電路要求前后電路的時(shí)間常數(shù)配合好，不能讓積分器飽和。不能讓積分器飽和。第54頁/共7

23、0頁dtuRCuoo11+RR1R2C+uc-+RR2Cuouo1uo三角波的周期由方波發(fā)生器確定，其幅值也由周期T和參數(shù)R、C決定。0uo1tUom-Uom第55頁/共70頁電路二：電路一的改型+A1A2uouo1R02R01RCR2R1反向積分電路上行遲滯比較器特點(diǎn)：特點(diǎn)：由由上行的遲滯比較器上行的遲滯比較器和和反相積分器反相積分器級聯(lián)構(gòu)成，級聯(lián)構(gòu)成，遲滯比較器的輸出作為反相積分器的輸入，反遲滯比較器的輸出作為反相積分器的輸入，反相積分器的輸出又作為遲滯比較器的輸入。相積分器的輸出又作為遲滯比較器的輸入。第56頁/共70頁+uoRR2R1ui上行的遲滯比較器上行的遲滯比較器回顧:omHUR

24、RU21omLURRU21上下門限電平：上下門限電平：uoui0Uom-UomULUH第57頁/共70頁回顧:反相積分器反相積分器dtuRCuio1ui-+RR2Cuoui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uom第58頁/共70頁omHURRU21omLURRU21+A1A2uouo1R02R01RCR2R100uo1tUOMUOMuotUHULdtuRCuoo11第59頁/共70頁周期和頻率的計(jì)算：tuoUHULT+A1A2uouo1R02R01RCR2R1T1T2LHTOMUUdtURC101HLTOMUUdtURC201TTT5 . 021omTOMURRdtURC215 . 0021214RRCRT RCRRf124第60頁/共70頁電路三：是電路二的改型電路調(diào)整電位器 RW 可以使三角波上下移動(dòng)。即給純交流的三角波疊加了一個(gè)直流分量。+E-ERW+A1A2uouo1R02R01RCR2R1第61頁/共70頁tuoT1T2-+R2R1+R R2CuoR+T1 時(shí)間段，電容 C 通過 R 放電T2 時(shí)間段，電容 C 通過 R 充電充放電的 時(shí)間T1、T2可通過 R、R調(diào)整。當(dāng)R=0時(shí)，則