模擬電子技術(shù)簡明教程-(第三版)第九章-波形發(fā)生電路

1、第第9章章波形發(fā)生器波形發(fā)生器9.1正弦波振蕩電路的分析方法正弦波振蕩電路的分析方法9.2RC 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路9.3LC 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路9.4石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器9.5非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路第一節(jié)第一節(jié) 正弦波振蕩電路的分析方法正弦波振蕩電路的分析方法第一節(jié)第一節(jié) 正弦波振蕩電路的分析方法正弦波振蕩電路的分析方法第一節(jié)第一節(jié) 正弦波振蕩電路的分析方法正弦波振蕩電路的分析方法一一 、 產(chǎn)生正弦波振蕩的條件產(chǎn)生正弦波振蕩的條件tUuiisin2)sin(2tUuiftUtUuiifsin2)sin(2第一節(jié)第一節(jié) 正弦波振蕩電路的分析方法正弦波振蕩電路

2、的分析方法一一 、 產(chǎn)生正弦波振蕩的條件產(chǎn)生正弦波振蕩的條件fiUU foiiUFUFAUU tUuuiifsin2第一節(jié)第一節(jié) 正弦波振蕩電路的分析方法正弦波振蕩電路的分析方法1 FA振幅平衡條件振幅平衡條件 n2FA 相位平衡條件相位平衡條件所以，自激振蕩條件也可以寫成：所以，自激振蕩條件也可以寫成：n是整數(shù)是整數(shù)相位條件相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋；意味著振蕩電路必須是正反饋；振幅條件振幅條件可以通過調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達到?？梢酝ㄟ^調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達到。自激振蕩的條件：自激振蕩的條件：1. FAAAA |因為：因為：FFF |.Xdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)

3、絡FXX第一節(jié)第一節(jié) 正弦波振蕩電路的分析方法正弦波振蕩電路的分析方法二、起振條件和穩(wěn)幅原理二、起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件：起振條件：結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩1|FA（略大于）（略大于）1 1、被動穩(wěn)幅：、被動穩(wěn)幅：器件非線性器件非線性2 2、主動穩(wěn)幅：、主動穩(wěn)幅：在反饋網(wǎng)絡中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，在反饋網(wǎng)絡中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以用以調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)放大電路的放大電路的增益。增益。穩(wěn)幅過程：穩(wěn)幅過程：起振時，起振時，1|FA穩(wěn)定振蕩時，穩(wěn)定振蕩時，1|FA穩(wěn)幅措施：穩(wěn)幅措施：起振過程起振過程Xdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡FXX第一節(jié)第一節(jié) 正弦波振蕩電路的分析方法正弦波振

4、蕩電路的分析方法三、正弦波振蕩電路的組成三、正弦波振蕩電路的組成 放大電路放大電路：能量控制，保證輸出有一定的幅度；：能量控制，保證輸出有一定的幅度； 選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡：確定輸出信號為單一頻率的正弦波；：確定輸出信號為單一頻率的正弦波； 反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡：引入正反饋；：引入正反饋； 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：使輸出信號幅值穩(wěn)定。：使輸出信號幅值穩(wěn)定。其中選頻網(wǎng)絡往往與反饋網(wǎng)絡合二為一其中選頻網(wǎng)絡往往與反饋網(wǎng)絡合二為一, 穩(wěn)幅穩(wěn)幅環(huán)節(jié)用非線性元件實現(xiàn)環(huán)節(jié)用非線性元件實現(xiàn). oXdXfX放大電路 反饋與 選頻網(wǎng)絡 第一節(jié)第一節(jié) 正弦波振蕩電路的分析方法正弦波振蕩電路的分析方法根據(jù)選頻網(wǎng)絡所用元件分類。根據(jù)

5、選頻網(wǎng)絡所用元件分類。1) RC正弦波振蕩電路：幾百千赫以下正弦波振蕩電路：幾百千赫以下2) LC正弦波振蕩電路：幾百千赫幾百兆赫正弦波振蕩電路：幾百千赫幾百兆赫3) 石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定四、正弦波振蕩器的分類四、正弦波振蕩器的分類 oXdXfX放大電路 反饋與 選頻網(wǎng)絡 第一節(jié)第一節(jié) 正弦波振蕩電路的分析方法正弦波振蕩電路的分析方法五、五、 正弦波振蕩電路分析步驟正弦波振蕩電路分析步驟瞬時極性法瞬時極性法。AF2 n oXdXfX放 大 電 路 反 饋 與 選 頻 網(wǎng) 絡 第一節(jié)第一節(jié) 正弦波振蕩電路的分析方法正弦波振蕩電路的分析方法9.1

6、正弦波振蕩電路的分析方法正弦波振蕩電路的分析方法小結(jié)小結(jié)1. 條件條件Xdof基本放大基本放大器器A反饋與反饋與選頻網(wǎng)選頻網(wǎng)絡絡FXX1 FA振幅平衡條件振幅平衡條件n2FA相位平衡條件相位平衡條件1 FA起振時需要起振時需要3.分類分類RC， LC， 石英晶體石英晶體5.與負反饋區(qū)別與負反饋區(qū)別2. 組成組成 1) 放大電路：放大作用放大電路：放大作用2) 正反饋網(wǎng)絡：滿足相位條件正反饋網(wǎng)絡：滿足相位條件3) 選頻網(wǎng)絡：讓選頻網(wǎng)絡：讓f0通過通過,衰減其它頻率衰減其它頻率4) 非線性環(huán)節(jié)：穩(wěn)幅非線性環(huán)節(jié)：穩(wěn)幅Xi f基本放大基本放大器器A反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡FX+doXX1FA)12(FAnfi

7、dXXX4.分析步驟分析步驟第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路一一. RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡R1C1 串聯(lián)阻抗：串聯(lián)阻抗：212ofZZZUUF)j/1 (111CRZ222222j1 )j/1/(CRRCRZR2C2 并聯(lián)阻抗：并聯(lián)阻抗：選頻特性：選頻特性：+Ru+-o-fu+12RC12C第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路+Ru+-o-fu+12RC12C1.定性分析定性分析（1）當信號的頻率很低時。）當信號的頻率很低時。R111C R221C 其低頻等效電路為：其低頻等效電路為：其頻率特性為：其

8、頻率特性為：當當=0時，時，uf=0，F(xiàn)=0 90F當當時，時，uf=，F(xiàn) F+fo-+R21u-uC+0 |F|0 F90第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路+Ru+-o-fu+12RC12C（2）當信號的頻率很高時。）當信號的頻率很高時。R111C R221C 其高頻等效電路為：其高頻等效電路為：其頻率特性為：其頻率特性為：當當=時，時，uf=0，F(xiàn)=0 90F當當時，時，uf=，F(xiàn) F+ou-f-u+2C+1R0 |F|0 F-90第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路0=？ Fmax=？由以上分析知：一定有一個頻率由以上分析知：一定有一個頻率0存在，存在，當當

9、=0時，時，F(xiàn)最大，且最大，且 =0F0 |F|0 F900 |F|0 F-90頻率很低頻率很低頻率很高頻率很高第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路2. 定量分析定量分析)j/1(111CRZ 222222j1 )j/1/(CRRCRZ R1C1 串聯(lián)阻抗：串聯(lián)阻抗：R2C2 并聯(lián)阻抗：并聯(lián)阻抗：212ofZZZUUF +Ru+-o-fu+12RC12C)1j()1(1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRCRCRRF 第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路)1j()1(1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRC

10、RCRRF 通常，取通常，取R1R2R，C1C2C，則有：，則有：)j(3100 F式中：式中：RC10 可見：當可見：當 時，時， F最大，且最大，且 =0RC10F Fmax=1/3第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路RC串并聯(lián)網(wǎng)絡完整的頻率特性曲線：串并聯(lián)網(wǎng)絡完整的頻率特性曲線：RC10 當當 時，時， F= Fmax=1/30FRC10RCf 210 Fo +90o |F|1/3RCf 210 Fo +90o |F|1/3第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路二、二、 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡振蕩電路串并聯(lián)網(wǎng)絡振蕩電路 滿足相位平衡條件處正反饋00F0Af；，振蕩電路

11、的工作原理動畫RC振蕩電路的幾種工作狀態(tài)動畫第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路+ RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡振蕩電路第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路+ RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡振蕩電路熱敏電阻(負溫度系數(shù)）t為何有上述作用？為何有上述作用？第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡振蕩電路第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路9.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 小結(jié)小結(jié)RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡+Ru+-o-fu+12RC12CRC10 RCf 210 Fo +90o |F|1/

12、3第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路uRf1RRRCCufA+oRC橋式振蕩器橋式振蕩器31F11fRRA9.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 小結(jié)（續(xù)）小結(jié)（續(xù)）第二節(jié)第二節(jié) RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路一、一、 LC 并聯(lián)電路的選頻特性并聯(lián)電路的選頻特性 LC 并聯(lián)電路第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 LC 并聯(lián)電路 第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路二、二、 變壓器反饋式振蕩電

13、路變壓器反饋式振蕩電路特點：特點： 易振，波形較好；耦合不緊易振，波形較好；耦合不緊密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。 為使為使N1、N2耦合緊密，將它們耦合緊密，將它們合二為一，組成電感反饋式電路。合二為一，組成電感反饋式電路。第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路電感三點式振蕩電路三、三、 電感三點式振蕩電路電感三點式振蕩電路fiUU與相位相同第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路式中式中 為回路的總電感，即為回路的總電感，即其中其中為為與與之間的互感。之間的互感。式中式中為折合到管子集電極和發(fā)射極間的等效并聯(lián)總為折合到管子集電極和發(fā)射極間的等

14、效并聯(lián)總損耗電阻。損耗電阻。第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路電容三點式振蕩電路四、四、 電容三點式振蕩電路電容三點式振蕩電路第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路式中式中為折合到管子集電極和發(fā)射極間的等效并聯(lián)總為折合到管子集電極和發(fā)射極間的等效并聯(lián)總損耗電阻。損耗電阻。第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第三節(jié)第三節(jié) LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路五、五、 電容三點式改進電路電容三點式改進電路03

15、12fLC第四節(jié)第四節(jié) 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器第四節(jié)第四節(jié) 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器處理器處理器Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。一、石英晶體的基本特性和等效電路一、石英晶體的基本特性和等效電路 一般一般LC選頻網(wǎng)絡的選頻網(wǎng)絡的Q為幾百，石英晶體的為幾百，石英晶體的Q可可達達104106；前者；前者f/f為為105，后者可達，后者可達10101011。01LLQRRC晶體第四節(jié)第四節(jié) 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器1.石英晶體結(jié)構(gòu)與壓電效應石英晶體結(jié)構(gòu)與壓電效應VV晶片晶片敷銀層敷銀層符號符號VV極板間加交變電場極板間加交變電場極板間機械振動極板間機

16、械振動晶體產(chǎn)生機械變形晶體產(chǎn)生機械變形晶體產(chǎn)生電場晶體產(chǎn)生電場交變電壓交變電壓機械振動機械振動交變電壓交變電壓壓電效應壓電效應通常振幅較小，但當交變電壓頻率為某一特定頻率通常振幅較小，但當交變電壓頻率為某一特定頻率時，振幅最大時，振幅最大,稱為稱為壓電諧振壓電諧振。上述特定頻率稱為晶體的上述特定頻率稱為晶體的固有頻率固有頻率或或諧振頻率諧振頻率第四節(jié)第四節(jié) 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器2. 石英晶體的等效電路與頻率特性石英晶體的等效電路與頻率特性等效電路：等效電路：uu石英晶體uuLCCoR靜電電容（平靜電電容（平行板電容）約行板電容）約幾幾幾十皮法幾十皮法模擬晶體機模擬晶體機械振動慣性械振動

17、慣性1010-3 -31010-2 -2H H晶體彈性電容晶體彈性電容1010-4 -41010-1 -1pFpF模擬機械振動摩模擬機械振動摩擦損耗，很小擦損耗，很小又因加工精度很高，所以能獲得很高的頻率穩(wěn)定度。又因加工精度很高，所以能獲得很高的頻率穩(wěn)定度。因因L L大，大，C C、R R小，則小，則 很很大大CLRQ1 第四節(jié)第四節(jié) 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器石英晶體的頻率特性石英晶體的頻率特性CLjCjZ/1110CL1時時當當LC21fS即即串聯(lián)諧振頻率（阻抗最小）串聯(lián)諧振頻率（阻抗最?。〤LC110時時當當00PCCCCL21f即即并聯(lián)諧振頻率（阻抗最大）并聯(lián)諧振頻率（阻抗最大）uu

18、LCCoR第四節(jié)第四節(jié) 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器LCf 21s （1）串聯(lián)諧振）串聯(lián)諧振頻率特性：頻率特性： 晶體等效純阻且阻值晶體等效純阻且阻值00p121CCLCf （2）并聯(lián)諧振）并聯(lián)諧振通常通常0CC 0s1CCf 所以所以很很接接近近與與 psffuuLCCoRfZ感性感性0fsfp容性容性容性容性一個晶體有兩個諧振頻率。一個晶體有兩個諧振頻率。第四節(jié)第四節(jié) 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器二、石英晶體振蕩電路二、石英晶體振蕩電路oU晶體晶體并聯(lián)型石英晶體振蕩并聯(lián)型石英晶體振蕩電路利用石英晶體作電路利用石英晶體作為一個電感來組成選為一個電感來組成選頻網(wǎng)絡，晶體工作在頻網(wǎng)絡，晶體工作在f 和和f 之間。之間。電路的電路的振蕩頻率振蕩頻率s001CffCC 1212C CCCC 第四節(jié)第四節(jié) 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器oU晶體晶體調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)電阻的大小可的大小可以改變正反饋的強弱，以改變正反饋的強弱，以便獲得良好的正弦以便獲得良好的正弦波輸出。波輸出。串聯(lián)型石英晶體振蕩電路利用石英晶體串聯(lián)諧振時阻串聯(lián)型石英晶體振蕩電路利用石英晶體串聯(lián)諧振時阻抗最小的特性組成振蕩電路，晶體工作在抗最小的特性組成振蕩電路，晶體工作在 f 處。處。第五節(jié)第五節(jié) 非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路第五節(jié)第五節(jié) 非正弦波發(fā)生電路非正弦