西安交通大學(xué) 趙進(jìn)全 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 第8-9章

1、上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)8 信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器 發(fā)生器發(fā)生器按產(chǎn)生的波形特點(diǎn)可分為按產(chǎn)生的波形特點(diǎn)可分為正弦波信號(hào)發(fā)生器正弦波信號(hào)發(fā)生器非正弦波信號(hào)發(fā)生器非正弦波信號(hào)發(fā)生器8.1 正弦波信號(hào)發(fā)生器正弦波信號(hào)發(fā)生器 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)8.1.1 正弦波自激振蕩的基本原理正弦波自激振蕩的基本原理 正弦波信號(hào)發(fā)生器是按照自激振蕩原理構(gòu)成的正弦波信號(hào)發(fā)生器是按照自激振蕩原理構(gòu)成的信號(hào)發(fā)生器常稱為振蕩器信號(hào)發(fā)生器常稱為振蕩器1產(chǎn)生正弦波自激振蕩的平衡條件產(chǎn)生正弦波自激振蕩的平衡條件 .正正反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié).XoAF.

2、XidXf自激振蕩原自激振蕩原理方框圖理方框圖上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)輸入輸入Xid.反饋反饋Xf=FXo. .輸出輸出Xo= AXid. .放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié) A正正反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) F如果如果Xf=Xid.可在輸出端繼續(xù)維持原有的輸出信號(hào)可在輸出端繼續(xù)維持原有的輸出信號(hào)正反饋正反饋工作原理工作原理上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)由由.idofAFXFXX idfXX 及及知電路產(chǎn)生自激振蕩的平衡條件為知電路產(chǎn)生自激振蕩的平衡條件為 1 AF 輸入輸入Xid.反饋反饋Xf=FXo. .輸出輸出Xo= AXid. .放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié) A正正

3、反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) F如果如果Xf=Xid.上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(1) 幅度平衡條件幅度平衡條件 1 AF(2) 相位平衡條件相位平衡條件 ,2102 ，nnFA 上式可分解為上式可分解為AAA FFF 1 AF 式式中中上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一個(gè)振蕩器，只在振蕩頻率一個(gè)振蕩器，只在振蕩頻率f0時(shí)時(shí)滿足相位平衡條件。滿足相位平衡條件。平衡條件討論平衡條件討論a. 相位平衡條件相位平衡條件在電路中應(yīng)包含選頻網(wǎng)絡(luò)在電路中應(yīng)包含選頻網(wǎng)絡(luò)放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié) A正正反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) F.Xf.Xid.Xo上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技

4、術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1 AF若若 , ,則電路減幅振蕩，最后停止振蕩則電路減幅振蕩，最后停止振蕩。1 AF若若 ，電路增幅振蕩。，電路增幅振蕩。b. 幅度平衡條件幅度平衡條件AF=1是是維持等幅振蕩的唯一條件維持等幅振蕩的唯一條件放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié) A正正反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) F.Xf.Xid.Xo上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2振蕩的建立與穩(wěn)定振蕩的建立與穩(wěn)定 振蕩電路的起振條件：振蕩電路的起振條件：AF 1AF 1,2102 ，nnFA AF=1只能只能維持振蕩，但不能建立振蕩。維持振蕩，但不能建立振蕩。AF 1輸出幅值越來(lái)越大，最后出現(xiàn)非線性失真。輸出幅值越來(lái)越大，

5、最后出現(xiàn)非線性失真。放大電路中還應(yīng)包含穩(wěn)幅環(huán)節(jié)放大電路中還應(yīng)包含穩(wěn)幅環(huán)節(jié)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)id0UomUOidfmUU A反饋特性反饋特性幅度特性幅度特性F太小太小自激振蕩電路的建立過(guò)程（自激振蕩電路的建立過(guò)程（線性反饋）線性反饋）上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)幅度特性幅度特性omUOidfmUU B幅度特性幅度特性非線性反饋非線性反饋非線性反饋非線性反饋上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)AF=1AF 1起振起振維持振蕩維持振蕩自激振蕩電路的起振過(guò)程自激振蕩電路的起振過(guò)程上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基

6、礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3正弦波信號(hào)發(fā)生器組成正弦波信號(hào)發(fā)生器組成放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)組成組成4. 正弦波信號(hào)發(fā)生器的分類正弦波信號(hào)發(fā)生器的分類 根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分為根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分為RC型振蕩器型振蕩器LC型振蕩器型振蕩器晶體振蕩器晶體振蕩器上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1文氏電橋振蕩器文氏電橋振蕩器文氏電橋振蕩電路文氏電橋振蕩電路移相式振蕩電路移相式振蕩電路主要類型主要類型雙雙T網(wǎng)絡(luò)式振蕩電路網(wǎng)絡(luò)式振蕩電路選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路放大電路8.1.2 RC型正弦波信號(hào)發(fā)生器型正弦波信號(hào)發(fā)生器UoRR

7、CCAR1R2+ +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性CRZ j11 CRZ j1/2 圖中圖中選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)Z1Z2RRCCUoUf+ + +UoRRCCAR1R2+ +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)反饋系數(shù)反饋系數(shù))1j(31CRCR CRCRCR j1/)j1(j1/ 212ZZZ ofUUF Z1Z2RRCCUoUf+ + +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)RC10 令令)j(3100 F由此可得由此可得 F 的幅頻特性與相頻特性的幅頻特性與相頻特性)

8、1j(31CRCR 即即ofUUF 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)幅頻特性幅頻特性2002)(31 F當(dāng)當(dāng) 0 0時(shí)，時(shí)，F(xiàn)0當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), ,F0 0當(dāng)當(dāng) = = 0 0時(shí)時(shí), ,F= =Fmax=1/3f031/ Ff0幅頻特性曲線幅頻特性曲線幅頻特性分析幅頻特性分析上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3)(arctan00 F相頻特性相頻特性當(dāng)當(dāng) 0 0時(shí)，時(shí)， F 90 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), , F 90 當(dāng)當(dāng) = = 0 0時(shí)時(shí), , F 0 0 ff0 90 90 45 45相相頻頻特特性性曲曲線線f031/ Ff0幅幅頻頻特特性性曲曲線線 F

9、=0 ，且，且反饋?zhàn)顝?qiáng)反饋?zhàn)顝?qiáng)可見(jiàn)，當(dāng)可見(jiàn)，當(dāng) = = 0 0時(shí)時(shí)相頻特性分析相頻特性分析上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3工作原理工作原理 0f(1) 當(dāng)當(dāng)f= 時(shí)時(shí)(3) 振蕩頻率振蕩頻率RCf210 與與同相位同相位UoUf 的幅值最大的幅值最大Uf=/3UoUf221RRRA (2) 當(dāng)當(dāng) 3 時(shí)，滿足振蕩條件。時(shí)，滿足振蕩條件。UoRRCCAR1R2+ +A上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施 (1) 利用二極管穩(wěn)幅利用二極管穩(wěn)幅RRCCARWD1D2R1Uo+上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)Rt為

10、負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(2) 利用非線性熱敏電阻穩(wěn)幅利用非線性熱敏電阻穩(wěn)幅RRCCARWUoRt+ +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)a. 用用LC并聯(lián)諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)8.1.3 LC型正弦波信號(hào)發(fā)生器型正弦波信號(hào)發(fā)生器b. 主要用來(lái)產(chǎn)生主要用來(lái)產(chǎn)生1 MHz以上的高頻信號(hào)以上的高頻信號(hào)主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)c. 頻率穩(wěn)定性較好頻率穩(wěn)定性較好上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)按照反饋方式分為按照反饋方式分為變壓器反饋式變壓器反饋式電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式LC型正弦波信號(hào)發(fā)生器類型型正弦波信號(hào)

11、發(fā)生器類型上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1LC并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路RCLZ+ +sIsUCIRLIO|Z|ff0O ff0Q大大Q小小Q大大Q小小阻抗頻率特性阻抗頻率特性相頻特性相頻特性上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(1) 諧振頻率諧振頻率 LCf210 (2) 諧振時(shí)的等值電阻諧振時(shí)的等值電阻R0 (3) 電路的品質(zhì)因數(shù)電路的品質(zhì)因數(shù)10S RLIIQC RCLIUR ss0ZRmax0 RCLZ+ +sIsUCIRLI上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2選頻放大電路選頻放大電路 當(dāng)當(dāng)f = f0（ LC并聯(lián)諧振頻

12、率）時(shí)并聯(lián)諧振頻率）時(shí)(1) 輸出電壓幅值最大輸出電壓幅值最大(2) 輸出與輸入電壓反相輸出與輸入電壓反相工作原理工作原理放大電路只對(duì)諧振頻率放大電路只對(duì)諧振頻率f0的信號(hào)有放大作用的信號(hào)有放大作用LC并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路C+LT+iUB1RB1RCCV CCoUECERBC上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3變壓器反饋式變壓器反饋式LC振蕩電路振蕩電路 +T+N1N2N3B1RB2RBCCLRCCV ECER上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)正反饋的判斷正反饋的判斷(1) 相位條件相位條件判斷的方法判斷的方法瞬時(shí)極性法瞬時(shí)極性法判斷的步驟判斷的

13、步驟b. 斷開(kāi)反饋回路斷開(kāi)反饋回路a. 假設(shè)諧振回假設(shè)諧振回路發(fā)生諧振路發(fā)生諧振+T+N1N2N3B1RB2RBCCLRCCV ECER上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)c. 加入瞬時(shí)極性加入瞬時(shí)極性為為 輸入電壓輸入電壓Ui A d. 輸出電壓輸出電壓Uo極性為極性為 UiUo+T+N1N2N3B1RB2RBCCLRCCV ECER上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) F e. 反饋反饋電壓電壓極極性性Uf為為 2 FA f.判斷是否滿足相判斷是否滿足相位平衡條件位平衡條件構(gòu)成正反饋構(gòu)成正反饋滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件 UiUo+T+N1N2N

14、3B1RB2RBCCLRCCV ECERUf+_上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 起振條件起振條件beCrRA 12NNF 因?yàn)橐驗(yàn)?T+N1N2N3B1RB2RBCCLRCCV ECER合理地選擇電路參數(shù)合理地選擇電路參數(shù)，及變壓器的變比，及變壓器的變比，可使可使AF1,滿足起振滿足起振條件。條件。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)LC21 (3) 振蕩頻率振蕩頻率CLf 210(4) 電路的特點(diǎn)電路的特點(diǎn)a.調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)N2方便，起振容易。方便，起振容易。LL+T+N1N2N3B1RB2RBCCLRCCV ECER上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬

15、電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)g.受受變壓器分布參數(shù)的變壓器分布參數(shù)的限制，振蕩頻率不能很限制，振蕩頻率不能很高。高。b. 振蕩頻率高。振蕩頻率高。c. 電路的品質(zhì)因數(shù)電路的品質(zhì)因數(shù)高。高。e. 頻率穩(wěn)定性高。頻率穩(wěn)定性高。d. 輸出波形好。輸出波形好。f. 體積、重量大。體積、重量大。LL+T+N1N2N3B1RB2RBCCLRCCV ECER上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4電感三點(diǎn)式正弦振蕩電路電感三點(diǎn)式正弦振蕩電路 C+T+N2N1ECERB2RB1RL1L2CCV BC上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)振蕩電路的交流通路振蕩電路的交流通路C

16、+T+N2N1ECERB2RB1RL1L2CCV BCTL1RB1/RB2L2C上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)TL1L2C忽略忽略RB1/RB2簡(jiǎn)化的交流通路簡(jiǎn)化的交流通路線圈的三個(gè)端子分別與線圈的三個(gè)端子分別與T的三個(gè)電極的三個(gè)電極B、C、E相相連接，故稱之為電感三點(diǎn)式振蕩電路。連接，故稱之為電感三點(diǎn)式振蕩電路。TL1RB1/RB2L2C上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(1) 相位平衡條件的判斷相位平衡條件的判斷b. 斷開(kāi)反饋回路斷開(kāi)反饋回路a. 假設(shè)諧振回假設(shè)諧振回路發(fā)生諧振路發(fā)生諧振TL1L2C上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬

17、電子技術(shù)基礎(chǔ) UiUo相量圖相量圖c. 加入瞬時(shí)極性加入瞬時(shí)極性為為 輸入電壓輸入電壓Uid. 輸出電壓輸出電壓Uo極性為極性為iUUoTL1L2C+_+_上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)UiUo相量圖相量圖ICLf. 電壓電壓Uf超超前前ICL90ICLUfUf與與Ui同相，同相，滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件e. 電流電流ICL超超前前Uo90Uf +_iUUoTL1L2C+_+_上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 幅度條件幅度條件Uf+_TL1L2C由于反饋信號(hào)由于反饋信號(hào)Uf取自電感取自電感L2，改變電感中間抽頭位改變電感中間抽頭位

18、置，調(diào)整反饋強(qiáng)弱，容置，調(diào)整反饋強(qiáng)弱，容易易滿足幅度條件。滿足幅度條件。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)MLLL221 M為線圈為線圈L1與與L2之間的互感之間的互感 (3) 諧振頻率諧振頻率LCf210 式中式中TL1L2C上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(4) 電路特點(diǎn)電路特點(diǎn) a. 電感電感L1與與L2之間耦合很緊，容易起振。之間耦合很緊，容易起振。b. 輸出波形中含有高次諧波，波形較差。輸出波形中含有高次諧波，波形較差。UfTL1L2C上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5. 電容三點(diǎn)式正弦波振蕩電路電容三點(diǎn)式正弦波振

19、蕩電路 +T+LCCV CRERECB1RB2RBC1C2C電容器電容器的三個(gè)端的三個(gè)端子分別與子分別與T的三個(gè)的三個(gè)電極相連接，故電極相連接，故稱之為電容三點(diǎn)稱之為電容三點(diǎn)式振蕩電路。式振蕩電路。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)交流通路交流通路B2B1B/ RRR +T+LCCV CRERECB1RB2RBC1C2CTLCRBR1C2C上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)TL1C2C簡(jiǎn)化的交流通路簡(jiǎn)化的交流通路TLCRBR1C2C上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)b. 斷開(kāi)反饋回路斷開(kāi)反饋回路a. 假設(shè)諧振回假設(shè)諧振回路發(fā)生諧

20、振路發(fā)生諧振(1) 相位平衡條件的判斷相位平衡條件的判斷TL1C2C上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)c. 加入瞬時(shí)極性加入瞬時(shí)極性為為 輸入電壓輸入電壓Ui iU相量圖相量圖UiUoTL1C2CUod. 輸出電壓輸出電壓 Uo極性為極性為上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)UiUoILCILCf. 電壓電壓Uf滯后滯后ILC90UfUf與與Ui同相，同相，滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件e. 電流電流ILC滯滯后后Uo90相量圖相量圖Uf iUTL1C2CUo+_上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 幅度條件幅度條件反饋電壓

21、取自反饋電壓取自C2， 改變改變C1/ C2，調(diào)整反饋強(qiáng)弱，調(diào)整反饋強(qiáng)弱和電路的放大倍數(shù)，容和電路的放大倍數(shù)，容易易滿足幅度條件。滿足幅度條件。UfTL1C2C上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)LCf210 2121CCCCC (3) 諧振頻率諧振頻率TL1C2C上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(4) 電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)a. 容易起振。容易起振。c. 輸出波形中高次諧波少，波形好。輸出波形中高次諧波少，波形好。c. 改變電容時(shí)，容易停振。改變電容時(shí)，容易停振。TL1C2Cb. 振蕩頻率高。振蕩頻率高。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技

22、術(shù)基礎(chǔ)改進(jìn)的電容三點(diǎn)式振蕩電路改進(jìn)的電容三點(diǎn)式振蕩電路CLf 210CCCC111121 諧振頻率諧振頻率L+T+CCV CRERECB1RB2RBC1C2CC上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1. 石英晶體的基本特性與等效電路石英晶體的基本特性與等效電路(a) 各向異性各向異性(b) 具有具有壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)8.1.4 晶體振蕩器晶體振蕩器(1) 壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)a. 石英晶體的基本特性石英晶體的基本特性上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)交變電壓的頻率等于晶片的固有機(jī)械振動(dòng)頻率當(dāng)交變電壓的頻率等于晶片的固有機(jī)械振動(dòng)頻率時(shí)，振幅急劇增加，這種現(xiàn)象稱

23、為壓電諧振。時(shí)，振幅急劇增加，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。當(dāng)在晶片的兩電極之間加交變電壓時(shí)，晶片就會(huì)當(dāng)在晶片的兩電極之間加交變電壓時(shí)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)。產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)。壓電諧振壓電諧振壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)在晶片的兩側(cè)施加壓力，又會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。在晶片的兩側(cè)施加壓力，又會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。在晶片的兩面之間加電場(chǎng)，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。在晶片的兩面之間加電場(chǎng)，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)b. 石英晶體諧振器的結(jié)構(gòu)石英晶體諧振器的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)厍衅m當(dāng)?shù)厍衅可香y層涂上銀層涂上銀層涂上銀層引出兩個(gè)電極引出兩個(gè)電極引出兩個(gè)電極引出兩個(gè)電極加裝上外殼加裝上外殼上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返

24、回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電路符號(hào)電路符號(hào)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 等效電路和諧振頻率等效電路和諧振頻率R 等效晶片振動(dòng)時(shí)內(nèi)部的摩擦損耗等效晶片振動(dòng)時(shí)內(nèi)部的摩擦損耗等效電路等效電路C0 兩金屬電極間形成的靜電電容兩金屬電極間形成的靜電電容L 等效晶片振動(dòng)時(shí)的慣性等效晶片振動(dòng)時(shí)的慣性C 等效晶片振動(dòng)時(shí)的彈性等效晶片振動(dòng)時(shí)的彈性RCLC0上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)a. L很大，很大，C和和R很小。很小。b . Q很高，很高，達(dá)達(dá)104106。c. 頻率穩(wěn)定度（頻率穩(wěn)定度（f / /f0）很高。）很高。

25、三種振蕩電路的頻率穩(wěn)定度三種振蕩電路的頻率穩(wěn)定度RC振蕩振蕩器器 102LC振蕩振蕩 103 104石英晶體振蕩石英晶體振蕩 1091011RCLC0上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)忽略當(dāng)忽略R時(shí)，電抗時(shí)，電抗)(j10202LCCCCLC CLCCLCX j1jj1)j1j (j100 XRCLC0上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)LCf21s 串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率 )(j10202LCCCCLCX 當(dāng)當(dāng)ffs時(shí)，時(shí)，Xfs時(shí)，時(shí)，X0，電路呈感性。電路呈感性。a. 當(dāng)當(dāng) 1 2LC = =0 時(shí)時(shí)，X=0電路發(fā)生串聯(lián)諧振電路發(fā)生串聯(lián)諧振X

26、RCLC0討論討論上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率)(j10202LCCCCLCX CCCCLf 00p21 X=b. 當(dāng)當(dāng)j (C0+C 2LCC0 ) = 0時(shí)時(shí)電路發(fā)生并聯(lián)諧振電路發(fā)生并聯(lián)諧振XRCLC0上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)0s1CCf CCCLC 0021LCCCC200 CCCCLf 00p21由于由于CC0spff 故故XRCLC0上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電抗電抗 頻率特性頻率特性fXO感性感性容性容性fsfp)(j10202LCCCCLCX 由式由式畫(huà)出石英晶體振蕩

27、器的畫(huà)出石英晶體振蕩器的電抗電抗 頻率特性頻率特性可見(jiàn)可見(jiàn)a. 當(dāng)當(dāng) fsffp 時(shí)，電路呈感性。時(shí)，電路呈感性。b.當(dāng)當(dāng) f fp 時(shí)，電路呈容性。時(shí)，電路呈容性。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路 (1) 并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器 晶體呈感性晶體呈感性諧振頻率諧振頻率p0sfff T+C1C2RCRE+VCCRB1RB2CB上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)交流等效電路交流等效電路T+C1C2RCRE+VCCRB1RB2CBCTRLREC1C2C0RC上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基

28、礎(chǔ)CCCCCCLf 000)(21諧振頻率諧振頻率2121CCCCC 式中式中)(0CCC 由于由于s021fLCf 故故CTRLREC1C2C0RC上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器s0ff 諧振頻率諧振頻率CBC+R+T1T2RE2RC1RB1RB2uo+VCCRE1+上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)思思 考考 題題1. 在正弦波發(fā)生器中，如果沒(méi)有選頻網(wǎng)絡(luò)或沒(méi)有穩(wěn)在正弦波發(fā)生器中，如果沒(méi)有選頻網(wǎng)絡(luò)或沒(méi)有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，那么電路將分別會(huì)出現(xiàn)什么情況？幅環(huán)節(jié)，那么電路將分別會(huì)出現(xiàn)什么情況？2. 電容三點(diǎn)式與電感三點(diǎn)

29、式正弦波振蕩電路相比，電容三點(diǎn)式與電感三點(diǎn)式正弦波振蕩電路相比，哪個(gè)電路輸出的波形更好，為什么？哪個(gè)電路輸出的波形更好，為什么？上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)8.2 非正弦波信號(hào)發(fā)生器非正弦波信號(hào)發(fā)生器主要組成部分主要組成部分(1) 具有開(kāi)關(guān)特性的器件（如具有開(kāi)關(guān)特性的器件（如電壓比較器、電壓比較器、BJT等）等）(2) 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)主要作用主要作用 產(chǎn)生高、低電平。產(chǎn)生高、低電平。主要作用主要作用 將輸出電壓適當(dāng)?shù)胤答伣o開(kāi)關(guān)器件將輸出電壓適當(dāng)?shù)胤答伣o開(kāi)關(guān)器件 使之改變輸出狀態(tài)。使之改變輸出狀態(tài)。(3) 延時(shí)環(huán)節(jié)延時(shí)環(huán)節(jié)主要作用主要作用 實(shí)現(xiàn)延時(shí)，以獲得所需要的振

30、蕩頻率。實(shí)現(xiàn)延時(shí)，以獲得所需要的振蕩頻率。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)振蕩條件比較簡(jiǎn)單，只要反饋信號(hào)能使振蕩條件比較簡(jiǎn)單，只要反饋信號(hào)能使比較電路狀態(tài)發(fā)生變化，即能產(chǎn)生周期比較電路狀態(tài)發(fā)生變化，即能產(chǎn)生周期性的振蕩。性的振蕩。 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)8.2.1 方波發(fā)生器方波發(fā)生器 1. 電路組成電路組成RAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)延遲延遲環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)遲滯比遲滯比較器較器RAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子

31、技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2 工作原理工作原理設(shè)設(shè)t=0時(shí)時(shí)uC(0)=0 uO= +UZ則則=+FUZO211RuRRRu )(211RRRF )(Z211URRR RAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)uC按指數(shù)規(guī)律上升按指數(shù)規(guī)律上升a. 當(dāng)當(dāng)t0時(shí)時(shí)電容電容C充電充電uOuCOtuO, uC UZ UZ FUZ FUZiCuO、uC波波形圖形圖 uO=+UZRAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)b. 當(dāng)當(dāng)uCFUZ 時(shí)時(shí)uOuCuR= FUZ uO= UZ FUZ

32、 FUZOtuO, uC UZ UZuO、uC波波形圖形圖iCRAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)c. 當(dāng)當(dāng)uO= UZ時(shí)時(shí)uR= FUZuOuCOtuO, uC UZ UZ FUZ FUZuO、uC波波形圖形圖uC按指數(shù)規(guī)律下降按指數(shù)規(guī)律下降電容電容C放電放電iCRAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)d. 當(dāng)當(dāng)uC R ，輸出，輸出波形的占空比是大于波形的占空比是大于還是小于還是小于50%？答答 如果電阻如果電阻R+ R ，那么，那么，電容電容C的充電時(shí)間將大于的

33、充電時(shí)間將大于放電時(shí)間，輸出波放電時(shí)間，輸出波形 的 占 空 比 大 于形 的 占 空 比 大 于50%。AuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+R+RD1D2上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)8.2.2 三角波和鋸齒波發(fā)生器三角波和鋸齒波發(fā)生器1電路組成電路組成遲滯比較器遲滯比較器積分器積分器uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)O212O1211BuRRRuRRRu 圖中圖中ZO1Uu 2工作原理工作原理 O212Z211)(uRRRURRR uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +上頁(yè)

34、上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(1) 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)ZO1Uu tuRCutttd11OO tRCU Z輸出電壓輸出電壓電容電容 C充電充電uO隨時(shí)間線性下降隨時(shí)間線性下降設(shè)設(shè)uC(0)=0波形圖波形圖tuO , uO1OuOuO1UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +uC+ +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)ZO1Uu (2) 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)0B u令令0O212Z211B uRRRURRRuZ21OURRu tuO , uO1OuOuO1UZUZ21Z/ RRU uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +uC+ +得得uO1翻轉(zhuǎn)

35、時(shí)的輸出電壓翻轉(zhuǎn)時(shí)的輸出電壓波形圖波形圖上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(3) 當(dāng)當(dāng) uB0時(shí)時(shí)tuO , uO1OuOuO1UZUZ21Z/ RRU 21Z/ RRU波形圖波形圖得得uO1翻轉(zhuǎn)時(shí)的輸出電壓翻轉(zhuǎn)時(shí)的輸出電壓uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +uC+ +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)21Z/ RRU tuO , uO1OuOuO1UZUZ21Z/ RRU波形圖波形圖uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +uC+ +uO1 方波方波uO 三角波三角波輸出波形輸出波形上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬

36、電子技術(shù)基礎(chǔ)(1) 輸出電壓幅值輸出電壓幅值Z21omURRU 3. 主要參數(shù)計(jì)算主要參數(shù)計(jì)算(a) 三角波幅值三角波幅值(b) 方波幅值方波幅值ZomUU tuO , uO1OuOuO1UZUZ21Z/ RRU 21Z/ RRU上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 振蕩頻率振蕩頻率三角波從零上升到三角波從零上升到Uom的時(shí)間是的時(shí)間是T/4由圖可知由圖可知uO1t+UZOuOO+UomtUomUZ4T 40O1omd1TtRuCU由于由于RCTU4Z 40Zd)(1TtRUC上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)故電路的振蕩周期故電路的振蕩周期Zo

37、m4UURCT 214RRCR 振蕩頻率振蕩頻率RCRRTf12041 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)R+RD1D2(a)(b)答答 輸出波形上升和下降的斜率不等。輸出波形上升和下降的斜率不等。uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +uC+ +例例3 如果用圖如果用圖(a)示電路替代圖示電路替代圖(b)示電路的電阻示電路的電阻R，那，那么輸出電壓么輸出電壓uO的波形如何變化？的波形如何變化？上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)tOuO替代替代RR+RD1D2例例4 在上圖示電路中，如果電阻在上圖示電路中，如果電阻R+ R ，畫(huà)出輸出，畫(huà)出

38、輸出電壓的波形。電壓的波形。解解 輸出輸出信號(hào)的波形如右圖示。信號(hào)的波形如右圖示。uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +uC+ +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 8.2.3 壓控振蕩器壓控振蕩器uO1RCA2A1R1R2R3uODZB+ + +U+US1. 原理圖原理圖圖中模擬開(kāi)關(guān)圖中模擬開(kāi)關(guān)S受控于受控于uOa. 當(dāng)當(dāng)uO=+UZ時(shí)，開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)S接通接通+ +U。b. 當(dāng)當(dāng)uO= UZ時(shí)，開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)S接通接通U。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(1) 工作原理工作原理O211O1212BuRRRuRRRu 圖中圖中ZOUu )

39、(Z211O1212URRRuRRR uO1RCA2A1R1R2R3uODZB+ + +U+US上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(a) 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)ZOUu U通過(guò)通過(guò)R向向 C充電充電S 接電源接電源 +UtURCutttd1O1 tRCU uO1隨時(shí)間線性下降隨時(shí)間線性下降設(shè)設(shè)uC(0)=0+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+ + +U+US上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(b) 當(dāng)當(dāng) uB 0 時(shí)時(shí)ZOUu 電容電容 又正向充電又正向充電S又接又接UCuO1又隨時(shí)間線性下降又隨時(shí)間線性下降+uCuO1RCA2A1R1R2R3uOD

40、ZB+ + +U+US上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)uOC+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+ + +-U+USuO1 三角波三角波uO 輸出方波輸出方波輸出波形輸出波形上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 振蕩波形圖振蕩波形圖(3) 振蕩頻率振蕩頻率tt0 0uO0+UZt1t2-UZ2TuO1Z21URR Z21URR t1t2振蕩波形圖振蕩波形圖tRCUu O1而而由波形圖知由波形圖知當(dāng)當(dāng)212Tttt 時(shí)時(shí)Z21O1URRu 故故4Z21TRCUURR 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)ZURCRUR

41、Tf12041 由由4Z21TRCUURR 得得UURRRCTZ214 f0U，實(shí)現(xiàn)了電壓控制振蕩頻率的目的。，實(shí)現(xiàn)了電壓控制振蕩頻率的目的。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一種壓控振蕩電路一種壓控振蕩電路電子模電子模擬開(kāi)關(guān)擬開(kāi)關(guān)UD1RFuO3RRD2uO1RA2A1R1R3uODZ+ + +A3+ +A4+ +uO4CR2上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)例例1 電路如圖所示，圖中運(yùn)放電路如圖所示，圖中運(yùn)放A和二極管和二極管D1、D2都是都是理想器件，穩(wěn)壓管理想器件，穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值為的穩(wěn)壓值為UZ。試證明調(diào)節(jié)電位。試證明調(diào)節(jié)電位器器RW改變

42、矩形波占空比時(shí)，周期改變矩形波占空比時(shí)，周期T將保持不變。將保持不變。練練 習(xí)習(xí) 題題A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuC上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)解解 由題意，畫(huà)出由題意，畫(huà)出uO和和uC的的波形如下圖示。波形如下圖示。Z211FURRRU 其中其中波形圖波形圖T1T2TUZUZUFUFtuOuCOuO, uCA+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuC上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)當(dāng)uO=UZ時(shí)，時(shí)，uO通過(guò)通過(guò)D1對(duì)電容充電對(duì)電容充電)21ln()(21W1RRCRRT 當(dāng)當(dāng)uO= UZ時(shí)，電容通過(guò)時(shí)，

43、電容通過(guò)D2 放電放電 )21ln()(21W2RRCRRT 可見(jiàn)，在改變可見(jiàn)，在改變RW滑動(dòng)端位置時(shí)，滑動(dòng)端位置時(shí)，T保持不變。保持不變。 )21ln()2(21W21RRCRRTTT 振蕩周期振蕩周期 為常數(shù)為常數(shù) A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuCWR WR 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)例例2 在圖示矩形波發(fā)生電路中，理想運(yùn)放的最大輸在圖示矩形波發(fā)生電路中，理想運(yùn)放的最大輸出電壓出電壓Uomax=12 V，最小的輸出電壓，最小的輸出電壓Uomin=0 V 。(a) 畫(huà)出輸出電壓畫(huà)出輸出電壓uO和電和電容電壓容電壓uC的波形；的波形；(b)求

44、出求出uC的最大值和最的最大值和最小值小值;(c) 當(dāng)當(dāng)UR的大小超出什么的大小超出什么范圍時(shí)，電路將不再產(chǎn)范圍時(shí)，電路將不再產(chǎn)生矩形波？生矩形波？uOCA+R4R5100kW W+15V100kW W0.01m mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)解解 (a) 方波發(fā)生器的方波發(fā)生器的輸出電壓只有高、低兩輸出電壓只有高、低兩種電平，電容種電平，電容C隨輸出隨輸出電壓的極性進(jìn)行充電或電壓的極性進(jìn)行充電或放電。當(dāng)放電。當(dāng)uC大于運(yùn)放同大于運(yùn)放同相端電位相端電位u+時(shí)，輸出為時(shí)，輸出為低電平；反之，輸出為低電平

45、；反之，輸出為高電平。高電平。uOCA+R4R5100kW W+15V100kW W0.01m mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)t015012uO/VuC/Vt輸出電壓輸出電壓uO和電容和電容電壓電壓uC的波形圖的波形圖uOCA+R4R5100kW W+15V100kW W0.01m mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(b) 由圖可知，運(yùn)放同相端由圖可知，運(yùn)放同相端電位的最大值和最小值，即電位的最大值和最小值，即為

46、為uC的最大值和最小值。的最大值和最小值。 對(duì)于同相端，由對(duì)于同相端，由KCL得得21R3ORuRuURuu 3ROUuu V5V3312maxmax uUc當(dāng)當(dāng)V12O u時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)0O u時(shí)時(shí)V1V330minmin uUcuOCA+R4R5100kW W+15V100kW W0.01m mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(3) 如果如果UcmaxU+min，電路不能產(chǎn)，電路不能產(chǎn)生方波。生方波。 Ucmax=Uomax/2=6 VUcmin=Uomin/2=0 V由圖可知由圖可知3ROUuu 由由知知

47、當(dāng)當(dāng)UR3U+maxUOmax=6 V或或 UR3U+minUOmin=0 V時(shí)時(shí)電路不能產(chǎn)生方波電路不能產(chǎn)生方波uOCA+R4R5100kW W+15V100kW W0.01m mF100kW W100kW W100kW WR1R3R2+uCUR上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)例例3 圖示電路為一壓控振蕩器。設(shè)輸入電壓圖示電路為一壓控振蕩器。設(shè)輸入電壓0UI6V，運(yùn)放運(yùn)放A1、A2為理想器件；二極管為理想器件；二極管D的正向壓降為的正向壓降為0.6V，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)定電壓為的穩(wěn)定電壓為6V，它們的其它性能理想。，它們的其它性能理想。+_+_A1Ou1R3R2R4

48、R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1u上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(a) 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器A1、A2各組成什么電路？各組成什么電路？(b) 畫(huà)出畫(huà)出uO1 和和uO 波形；波形；(c) 寫出振蕩頻率寫出振蕩頻率f0 與輸入電壓與輸入電壓UI的函數(shù)關(guān)系式。的函數(shù)關(guān)系式。+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1u上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)解解 (a) A1構(gòu)成反相輸入積分電路，構(gòu)成反相輸入積分電路，A2構(gòu)成同相輸入構(gòu)成同相輸入比較電壓比較器。比較電壓比

49、較器。 +_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1u上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(b) 當(dāng)當(dāng)uO6V時(shí)，二極管時(shí)，二極管D截止，電容截止，電容C充電，充電，uO1隨隨時(shí)間負(fù)向線性增大。時(shí)間負(fù)向線性增大。 當(dāng)運(yùn)放當(dāng)運(yùn)放A2的同相端電位的同相端電位u2+過(guò)零時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，過(guò)零時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，uO= 6V。+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1u上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)當(dāng)uO= 6 V時(shí)，時(shí)，D導(dǎo)通，導(dǎo)通，uO被強(qiáng)制為被強(qiáng)制為

50、0.6 V。C迅迅速放電，速放電，uO1快速正向增大。快速正向增大。當(dāng)當(dāng)u2+再次過(guò)零時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，再次過(guò)零時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，uO=6 V，二極管，二極管截止，電容截止，電容C充電，充電，uO1隨時(shí)間線性下降。隨時(shí)間線性下降。周而復(fù)始，形成周期性振蕩。周而復(fù)始，形成周期性振蕩。+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1u上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)O4331O4342uRRRuRRRu O431OuRRu 由圖可知，運(yùn)放由圖可知，運(yùn)放A2同相端電位同相端電位令令u2+=0得得+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk

51、100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1u上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)O431OuRRu 由式由式知知當(dāng)當(dāng)uO6 V時(shí)，時(shí)，uO1 5 V，比較器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。，比較器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)當(dāng)uO0.6 V時(shí)，時(shí)，uO1 0.5 V，比較器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。，比較器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。tt0050.60.56uO1/VT1uO/VTuO1和和uO的波形的波形上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(c) 由于二極管的導(dǎo)通電阻很小，電容放電時(shí)間極短，由于二極管的導(dǎo)通電阻很小，電容放電時(shí)間極短，所以，所以，T T1。tt00-5-0.60.56uO1/VT1uO/VT

52、上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1utCRUtUCRu1II1O1d1 由于由于當(dāng)當(dāng) 時(shí)，電容充電結(jié)束，此時(shí)時(shí)，電容充電結(jié)束，此時(shí)Z431OURRu 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)Z43I11URRUCRT I4Z311URCURRT IZ31I4020UCURRURf 故電路的振蕩頻率故電路的振蕩頻率上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9.1 功率放大電路的特點(diǎn)及分類功率放大電路的特點(diǎn)及分類 1特點(diǎn)特點(diǎn) (1) 要有盡可能大的輸出

53、功率要有盡可能大的輸出功率 (2) 效率要高效率要高 (3) 非線性失真要小非線性失真要小 (4) 要加裝散熱和保護(hù)裝置要加裝散熱和保護(hù)裝置 (5) 要用圖解法分析要用圖解法分析 9 功率放大電路功率放大電路上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2工作狀態(tài)分類工作狀態(tài)分類 (1) 甲類放大電路甲類放大電路 根據(jù)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)的位置不同分根據(jù)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)的位置不同分b. 能量轉(zhuǎn)換效率低能量轉(zhuǎn)換效率低特點(diǎn)特點(diǎn) c. 放大管的導(dǎo)通角放大管的導(dǎo)通角 =2靜態(tài)工作靜態(tài)工作點(diǎn)位置點(diǎn)位置iC1ICQt =2 O2 集電極電集電極電流波形流波形大大 a. 靜態(tài)功耗靜態(tài)功耗CQCEQ

54、CIUP uCEiCOQA上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 乙類放大電路乙類放大電路 b. 能量轉(zhuǎn)換效率高能量轉(zhuǎn)換效率高c. 輸出失真大輸出失真大特點(diǎn)特點(diǎn) d. 放大管的導(dǎo)通角放大管的導(dǎo)通角 =tiC22 = O3 集電極電集電極電流波形流波形 a. 靜態(tài)功耗靜態(tài)功耗0CQCEQC IUP靜態(tài)工作靜態(tài)工作點(diǎn)位置點(diǎn)位置uCEiCOQA上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(3) 甲乙類放大電路甲乙類放大電路 a. 靜態(tài)功耗較小靜態(tài)功耗較小b. 能量轉(zhuǎn)換效率較高能量轉(zhuǎn)換效率較高c. 輸出失真較大輸出失真較大特點(diǎn)特點(diǎn) d. 放大管的導(dǎo)通角放大管的導(dǎo)通角

55、 2tiC32O3ICQ 0 時(shí)時(shí)T1導(dǎo)通導(dǎo)通T2截止截止輸入信號(hào)輸入信號(hào)ui輸出信號(hào)輸出信號(hào)uo電流電流io方向方向uoui+RLT1ui+_+VCC_iC1iC2T2VCCuo_A上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)c. ui |2VCC(3) ICMVCC/RC9.3 功率器件與散熱功率器件與散熱在互補(bǔ)推挽功率放大電路中在互補(bǔ)推挽功率放大電路中, ,功率管的功率管的極限參數(shù)極限參數(shù)應(yīng)滿足以下關(guān)系應(yīng)滿足以下關(guān)系上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2二次擊穿的影響二次擊穿的影響 iCuCEOBA二次擊穿二次擊穿一次擊穿一次擊穿S/B曲線曲線二次擊穿現(xiàn)象

56、二次擊穿現(xiàn)象二次擊穿臨界曲線二次擊穿臨界曲線iCuCEO上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1. V型型NMOS管的結(jié)構(gòu)管的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)剖面圖結(jié)構(gòu)剖面圖9.3.2 功率功率MOSFET s 源極源極 g 柵極柵極 金屬金屬 源極源極S i O2溝道溝道溝道溝道外延層外延層襯底襯底d 漏極漏極_ _N + +PPNN + +N + +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2. V型型NMOS管的主要特點(diǎn)管的主要特點(diǎn)(1) 開(kāi)關(guān)速度高開(kāi)關(guān)速度高 (2) 驅(qū)動(dòng)電流小驅(qū)動(dòng)電流小 (3) 過(guò)載能力強(qiáng)過(guò)載能力強(qiáng) (4) 易于并聯(lián)易于并聯(lián) 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子

57、技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)IGBT等等效電路效電路dT1gsRT2IGBT電電路符號(hào)路符號(hào)gsdT9.3.3 絕緣柵雙極型晶體管（絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管( (IGBT) )的主要特點(diǎn)：的主要特點(diǎn)：(1) 輸入阻抗高輸入阻抗高(2) 工作速度快工作速度快(3) 通態(tài)電阻低通態(tài)電阻低(4) 阻斷電阻高阻斷電阻高(5) 承受電流大承受電流大兼顧了兼顧了MOSFET和和BJT的的優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前功率半導(dǎo)優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前功率半導(dǎo)體器件發(fā)展的重要方向。體器件發(fā)展的重要方向。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

58、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)外殼外殼c集電結(jié)集電結(jié)j散熱器散熱器sR( t h ) j cR( t h ) c sR( t h ) s a環(huán)境環(huán)境a9.3.4 功率器件的散熱功率器件的散熱晶體管的散熱示意圖晶體管的散熱示意圖上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)導(dǎo)電回路（電路）導(dǎo)電回路（電路）散熱回路（熱路）散熱回路（熱路）參參 量量 符符 號(hào)號(hào) 單單 位位參參 量量符符 號(hào)號(hào) 單位單位電電 壓壓UV溫溫 差差ToC電電 流流IA最大允最大允許功耗許功耗PCMW電電 阻阻R熱熱 阻阻RToC/W 功率器件的散熱分析方法功率器件的散熱分析方法導(dǎo)電回路和散熱回路參數(shù)對(duì)照表導(dǎo)電回路和散熱回路參

59、數(shù)對(duì)照表電電熱模擬法熱模擬法, ,即用電路來(lái)模擬功率器件的散熱即用電路來(lái)模擬功率器件的散熱回路?；芈?。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)Tj集電結(jié)的結(jié)溫集電結(jié)的結(jié)溫Tc 功率管的殼溫功率管的殼溫Ts 散熱器溫度散熱器溫度Ta 環(huán)境溫度環(huán)境溫度Rjc 集電結(jié)到管殼的熱阻集電結(jié)到管殼的熱阻Rcs 管殼至散熱片的熱阻管殼至散熱片的熱阻Rsa 散熱片至環(huán)境的熱阻散熱片至環(huán)境的熱阻散熱等效熱路散熱等效熱路TjTcTsTaRjcRcsRsajcsaPCM上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)散熱回路的總熱阻為散熱回路的總熱阻為 sacsjcRRRRT 最大允許功耗最

60、大允許功耗 TajCMRTTP TjTcTsTaRjcRcsRsajcsaPCM上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)練練 習(xí)習(xí) 題題例例1 乙類互補(bǔ)推挽功放電路如圖所示。已知乙類互補(bǔ)推挽功放電路如圖所示。已知ui為正弦為正弦電壓，電壓，RL=8W，要求最大輸出功率為，要求最大輸出功率為16W。假設(shè)功率。假設(shè)功率管管T1和和T2特性對(duì)稱，管子的飽和壓降特性對(duì)稱，管子的飽和壓降UCES = 0。試求：。試求：T1T2RL+VCCVCC_+uoui(1) 正、負(fù)電源正、負(fù)電源VCC的最小值；的最小值；(2) 當(dāng)輸出功率最大時(shí)，電當(dāng)輸出功率最大時(shí)，電 源源供給的功率；供給的功率；(