工學模擬電子技術第8章課件

第八章

波形的產生與變換電路8.1正弦波振蕩的基本原理

8.2RC正弦波振蕩電路

8.3LC正弦波振蕩電路

8.4石英晶體振蕩電路

8.5比較器

8.6方波發(fā)生器

8.7三角波及鋸齒波發(fā)生器第八章波形的產生與變換電路8.1正弦波振蕩的基本原理1一.正弦波振蕩器的振蕩條件8.1正弦波振蕩器的基本原理正反饋（+）（+）——相位條件原型——正反饋放大器一.正弦波振蕩器的振蕩條件8.1正弦波振蕩器的基本原理正反2正弦振蕩的條件：環(huán)路增益正弦振蕩的條件：環(huán)路增益3選頻：正弦波振蕩器，輸出是單一頻率的正弦信號（f0),只允許在一個頻率上產生振蕩，只允許在f0上滿足振蕩條件（相位和幅值），要求振蕩器中設置選頻網絡。選頻網絡——由RC,LC，石英晶體構成?？煞旁诨痉糯笃鰽或反饋網絡F中。選頻：正弦波振蕩器，輸出是單一頻率的正弦信號（f0),只允4二.起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件：結果：產生增幅振蕩（略大于）1、被動：利用放大器的限幅特性2、主動：在電路中加入穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調節(jié)放大電路的增益穩(wěn)幅過程：穩(wěn)幅措施：Xdof基本放大器A反饋網絡FXX干擾、噪聲中選擇所需的頻率成分起振時，穩(wěn)定振蕩時，二.起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件：結果：產生增幅振蕩（略大于）5

1.基本放大電路A

三.正弦波振蕩器的組成2.正反饋網絡F3.選頻網絡4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)RC，LC，晶體A與F首尾相連正弦波振蕩器命名RCLC低頻高頻晶體穩(wěn)頻1.基本放大電路A三.正弦68.2RC正弦波振蕩電路RC橋式振蕩器基本放大器A正反饋網絡F選頻網絡uo_++RfRCRR1uf

uaC運放的限幅特性8.2RC正弦波振蕩電路RC橋式振蕩器基本放大器A正7一.RC串并聯(lián)網絡的選頻特性R1C1串聯(lián)阻抗：R2C2并聯(lián)阻抗：選頻特性：212ofZZZUUF+==...一.RC串并聯(lián)網絡的選頻特性R1C1串聯(lián)阻抗：R2C28通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：式中：幅頻特性：相頻特性：通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：式中：幅頻特性9RC串并聯(lián)網絡的頻率特性曲線：|F|當時│F│=│F│max=1/3當時＝0φF+90°-90°RC串并聯(lián)網絡的頻率特性曲線：|F|當10二.RC橋式振蕩器的工作原理輸出正弦波頻率：uRf1RRRCCuf－A1++∞oua基本放大器A正反饋網絡F在f0處滿足相位條件：AF≥131=F11f+>3RR選：1f2RR>A≥3幅值條件：相位條件：選頻網絡φF+90°-90°二.RC橋式振蕩器的工作原理輸出正弦波頻率：uRf1RRRC11能自動穩(wěn)幅的振蕩電路半導體熱敏電阻(負溫度系數）u－++A1∞otRR1RRCC起振時Rt較大,使A>3,易起振。隨uo幅度增長，IRt增大，溫度升高，Rt減小。11t+=RRAuo幅度自動穩(wěn)定于某一幅值。直至A=3。能自動穩(wěn)幅的振蕩電路半導體熱敏電阻u－++A1∞otRR1R12能自動穩(wěn)幅的振蕩電路起振時D1、D2不導通，Rf1+Rf2略大于2R1。隨著uo的增加，D1、D2逐漸導通，Rf2被短接，A自動下降，直至A=3，起到穩(wěn)幅作用。1A=11f1+>3RR+Rf2穩(wěn)幅措施能自動穩(wěn)幅的振蕩電路起振時D1、D2不導通，Rf1+R13K：雙聯(lián)波段開關，切換R，用于粗調振蕩頻率。C：雙聯(lián)可調電容，改變C，用于細調振蕩頻率。振蕩頻率的調節(jié)：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：K：雙聯(lián)波段開關，C：雙聯(lián)可調電容，改變C，用于細調振蕩頻率14電子琴的振蕩電路：_++RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R22112CRR=0f12345176功率放大器電子琴的振蕩電路：_++RF1uoR1CCRfD1D1R15三.RC移相式振蕩電路

基本放大器A正反饋網絡F移相式選頻網絡1三.RC移相式振蕩電路基本放大器A正反饋網絡F移相式116RC超前移相電路

RC滯后移相電路

φF+90°+180°+270°0°φF-90°-180°-270°0°移相網絡的選頻特性：RC超前移相電路RC滯后移相電路φF+90°+180°+17基本放大器A正反饋網絡FRC移相式振蕩電路的工作原理相位條件：在f0處滿足相位條件：幅值條件:AF≥1很易滿足振蕩頻率：1+ua-基本放大器A正反饋網絡FRC移相式振蕩電路的工作原理相位條件188.3LC正弦波振蕩器1.LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性R為電感線圈中的損耗電阻等效阻抗：

并聯(lián)諧振：品質因數

諧振頻率

諧振阻抗(阻值最大且為純阻)Z

8.3LC正弦波振蕩器1.LC并聯(lián)諧振回路的選19(阻性)幅頻特性

相頻特性Q值越高，則幅頻特性越尖銳，相頻特性越陡峭，選頻特性越好。LC并聯(lián)諧振回路的特性曲線（最大值)(阻性)幅頻特性相頻特性Q值越高，則幅頻特性越尖銳，相頻特202.LC選頻放大器寬帶放大器選頻放大器f0AumfAufφ-180of0諧振頻率

Z2.LC選頻放大器寬帶放大器選頻放大器f0AumfAufφ21選頻放大器各級之間采用變壓器耦合C交流通路Vcc直流通路選頻放大器各級之間采用變壓器耦合C交流通路Vcc直流通路22二.變壓器反饋式LC振蕩電路

相位條件：三極管共射選頻放大器。諧振時（f=f0):利用互感線圈的同名端：

滿足相位條件。振蕩頻率:(諧振頻率）用瞬時極性法判斷是否是正反饋?；痉糯笃鰽正反饋網絡F幅值條件：AF≥1很易滿足選頻網絡二.變壓器反饋式LC振蕩電路相位條件：三極管共射選頻23互感線圈的極性判別1234磁棒初級線圈次級線圈同名端同名端的電壓極性相同，異名端的電壓極性相反?；ジ芯€圈的極性判別1234磁棒初級線圈次級線圈同名端同名端的24(+)(+)(+)uiuouf(+)變壓器反饋式LC振蕩器舉例共基極選頻放大器旁路電容和耦合電容均交流短路滿足相位平衡條件(+)(+)(+)uiuouf(+)變壓器反饋式LC振蕩器舉25（+）（+）（–）（+）變壓器反饋式LC振蕩器舉例（–）滿足相位平衡條件uiuouf（+）（+）（–）（+）變壓器反饋式LC振蕩器舉例（–）滿足26三.三點式LC振蕩器

1.電感三點式LC振蕩電路振蕩頻率(諧振頻率）：uiuouf+++簡化的交流通路滿足相位平衡條件三.三點式LC振蕩器1.電感三點式LC振蕩電路27判斷是否是正反饋:用瞬時極性法判斷判斷是否是正反饋:用瞬時極性法判斷282.電容三點式LC振蕩電路振蕩頻率(諧振頻率）：ui+uo+uf+滿足相位平衡條件2.電容三點式LC振蕩電路振蕩頻率(諧振頻率）：ui+uo29判斷是否是正反饋:用瞬時極性法判斷判斷是否是正反饋:用瞬時極性法判斷30例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。不滿足相位平衡條件例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。不滿足31例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。不滿足相位平衡條件例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。不滿足32A.若中間點交流接地，則首端與尾端相位相反。電容三點式電感三點式三點的相位關系B.若首端或尾端交流接地，則其他兩端相位相同。A.若中間點交流接地，則首端與尾端電容三點式電感三點式三點33例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。滿足相位平衡條件例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。滿足相34例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。滿足相位平衡條件uiuoufuiuouf例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。滿足相358.4石英晶體振蕩電路一.正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由來衡量——頻率偏移量?！袷庮l率。影響頻率穩(wěn)定的主要因素：溫度變化時，LC參數變化、三極管參數變化。負載對諧振回路的影響。穩(wěn)頻措施：選擇溫度穩(wěn)定性好的LC及三極管負載與振蕩器之間加緩沖器（射隨）提高LC諧振回路的品質因數Q8.4石英晶體振蕩電路一.正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題頻率36Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。LC諧振回路Q——數百石英晶體諧振回路Q——1000050000ff90o-90of0LC諧振回路的相頻特性Q值增大f0’△f0△f0’品質因數

△f設振蕩電路在諧振頻率f0滿足相位平衡條件。

溫度變化使電路參數變化，產生了△ftQ值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。LC諧振回路37二.石英晶體2.基本特性1.結構：極板間加電場壓電效應：加交變電壓當交變電壓頻率與晶體固有頻率一致壓電諧振：SiO2晶體機械變形晶體產生電場機械振動產生交變電場交變電場幅度加大機械振動幅度突然加大

VV晶片敷銀層符號VV二.石英晶體2.基本特性1.結構：極板間加電場壓電383.石英晶體的等效電路與頻率特性等效電路：串聯(lián)諧振頻率特性：晶體等效純阻且阻值≈0并聯(lián)諧振等效電抗

晶體等效阻抗為純阻且最大X感性0容性典型值：L=100mHC=0.015pfR=100Ω通常所以3.石英晶體的等效電路與頻率特性等效電路：串聯(lián)諧振頻率特性39實際使用時外接一小電容Cs串聯(lián)諧振:調整并聯(lián)諧振：等效電抗

X感性0容性實際使用時外接一小電容Cs串聯(lián)諧振:調整并聯(lián)諧振：等效電抗40X感性0容性二.石英晶體振蕩電路1.并聯(lián)型石英晶體振蕩器C為C1、C2、CS、相串，CS<<C1、C2，所以：C≈CSf0在fs與fp之間，晶體相當一個大電感，與C1、C2組成電容三點式振蕩器。振蕩頻率（并聯(lián)諧振）uiuouf(＋)(－)(＋)X感性0容性二.石英晶體振蕩電路1.并聯(lián)型石英晶體振412.串聯(lián)型石英晶體振蕩器X感性0容性相位條件：石英晶體工作在fs處，呈阻性，且阻抗最小：滿足相位條件幅值條件：石英晶體工作在fs處：F最大，|AF|≥1最易滿足基本放大器A正反饋網絡F選頻網絡+V石英晶體CC.Uf+-.Ui+-.Uo+-振蕩頻率2.串聯(lián)型石英晶體振蕩器X感性0容性相位條件：石英晶體工作42例1：分析下圖的振蕩電路能否產生振蕩，若產生振蕩,石英晶體處于何種狀態(tài)？(＋)(－)(＋)f0在fs與fp之間，晶體相當一個大電感，與C1、C2組成電容三點式振蕩器。uiuouf例1：分析下圖的振蕩電路能否產生振蕩，若產生振蕩,石英晶體處43111RG2R12G1Cov串聯(lián)式石英晶體振蕩器

(數字教材P229)例2：R1、R2是偏置電阻，使反相器G1、G2工作在轉折區(qū)，構成線性放大器。uoui111RGuiuoCMOS反相器uo=ui反相放大111RG2R12G1Cov串聯(lián)式石英晶體振蕩器(數字教材44串聯(lián)式振蕩器滿足相位振蕩條件。且幅值條件最易滿足。振蕩頻率f0=fS

由于石英晶體Q值極高，所以這種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高。111RG2R12G1CovX感性0容性基本放大器A正反饋網絡F選頻網絡(＋)(-)(＋)(＋)輸出正弦波，若加反相器整形，得脈沖波。石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率fS時，呈阻性，且阻抗最小。串聯(lián)式振蕩器45并聯(lián)式石英晶體振蕩器

晶體工作頻率處于fS與fP之間，等效一電感，與C1、C2共同構成電容三點式振蕩電路。例3：反相器G1工作在轉折區(qū)，構成反相放大器。X感性0容性(＋)反相器G2起整形緩沖作用，同時G2還可以隔離負載對振蕩電路工作的影響。電路的振蕩頻率為LC并聯(lián)諧振回路的諧振頻率，處于fS與fP之間，接近fS。(－)(＋)(數字教材P230)并聯(lián)式石英晶體振蕩器晶體工作頻率處于fS與f46(+)負反饋放大器的自激振蕩高頻、低頻區(qū)，A中電容的影響會產生附加相移，當達到180o時，使Xf與原來相位相反——正反饋又幅度合適：Xf＝Xd則可以產生振蕩。中頻范圍是負反饋，自激振蕩的條件：(+)負反饋放大器的自激振蕩高頻、低頻區(qū)，A中電容的影響會產47自激振蕩的條件：fA+fF=±(2n+1)π(n為整數）

負反饋放大器的自激振蕩自激振蕩的條件：fA+fF=±(2n+1)π負反饋放大48負反饋放大器的自激振蕩負反饋放大器的自激振蕩與正弦波振蕩器產生振蕩的原理一致。區(qū)別：正弦波振蕩器中頻時連接成正反饋，目的是產生振蕩。負反饋放大器中頻時連接成負反饋，目的是反饋放大。但由于高、低頻工作范圍中電容的影響而產生振蕩，應盡量避免。負反饋放大器的自激振蕩負反饋放大器的自激振蕩與正弦波振蕩器產49消除自激振蕩的措施：（1）反饋深度1+AF不宜過大。（2）電容補償。消除自激振蕩的措施：50ui=0ud=

-uf(+)(-)(-)ud=ui-uf中頻范圍是負反饋高頻、低頻區(qū)，A中電容的影響會產生附加相移，當達到180o時ui=0ud=-uf(+)(-)(-)ud=ui-uf中518.5比較器

將輸入電壓信號與一參考電壓相比較，并用輸出電平的高、低來表示比較結果。功能：一.單門限比較器1.過零比較器:uoui0

+Uom-Uom若ui＞0

(u+＞u-)若ui＜0(u+＜u-)運放開環(huán)，處于非線性狀態(tài)。虛斷虛短Aod8.5比較器將輸入電壓信號與一參考電壓相比較，并用輸521.過零比較器:

若ui從反相端輸入uoui0+Uom

-Uom若ui＞0(u-＞u+)若ui＜0(u-＜u+)uu∞+u++iOu－-A1.過零比較器:若ui從反相端輸入uoui0+Uom53tuituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。tuituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變542.單門限比較器uoui0+Uom-UomUREF為參考電壓ui>UREF(u+＞u-)ui<UREF(u+＜u-)UREF2.單門限比較器uoui0+Uom-UomUREF55uoui0+Uom-UomUREF

若ui從反相端輸入uuU+∞+-i+uu－AOREFui>UREF(u-＞u+)ui<UREF(u-＜u+)uoui0+Uom-UomUREF若ui從反相端輸入56（1）穩(wěn)壓管限幅電路忽略了UD當ui>0時,uo=+(UZ+UD)≈+UZ3.有限幅功能的比較器|UZ|<|Uom|uoui0+UZ-UZ+Uom-Uom當ui<0時,uo=-(UZ+UD)≈-UZ（1）穩(wěn)壓管限幅電路忽略了UD當ui>0時,uo57當ui>0時,uo=-UZ當ui<0時,uo=+UZ

uuZ+O-+AuZ+DuR－∞i|UZ|<|Uom|

若ui從反相端輸入uoui+UZ-UZ當ui>0時,uo=-UZuuZ+O-+AuZ58穩(wěn)壓管截止，運放開環(huán)，uO=Aodui保證突變（2）限幅電路的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在反饋回路中uoui0+UZ-UZuu+∞+-－u+uAOiDZR當ui<0時,uo=+UZ

當ui>0時,uo=-UZ穩(wěn)壓管擊穿，引入負反饋，“虛短”，uO=UZ穩(wěn)壓管截止，運放開環(huán)，uO=Aodui（2）限幅電路的另一59二.遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）1.遲滯比較器結構設uREF=0當uo=+UZ時，當uo=-UZ時，uu∞－A+RZ+DOfRZiR1R2u+特點:電路中使用正反饋，形成了遲滯特性，且加速翻轉。運放仍處于非線性狀態(tài)。二.遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）1.遲滯比較器結構設uREF602.遲滯比較器工作原理uoui0+UZ-UZUT+UT-uui∞－A+RZ+DORfZR1R2u+傳輸特性上門限電平下門限電平回差回差2.遲滯比較器工作原理uoui0+UZ-UZUT+UT-uu61tuiUT+UT-tuoUZ-UZ例:設輸入為正弦波,畫出輸出的波形。uoui0+UZ-UZUT+UT-uui∞－A+RZ+DORfZR1R2u+tuiUT+UT-tuoUZ-UZ例:設輸入為正弦波,62當uo=+UZ時，當uo=-UZ時，加上參考電壓后的遲滯比較器uoui0UT+UT-傳輸特性+UZ-UZ回差當uo=+UZ時，當uo=-UZ時，加上參考電壓后的631.電路結構由遲滯比較器和RC充放電回路構成的上下限:8.6方波發(fā)生器2.工作原理：1.電路結構由遲滯比較器和RC充放電回路構成的上下限:8.6640UT+uctUT-UZuo0t-UZ方波發(fā)生器2.工作原理：

UZ-UZ0UT+uctUT-UZuo0t-65UZuo0t-UZ周期與頻率的計算：0UT+uctUT-T此期間是起始段,實際上用示波器觀察波形時看不到這段波形.UZuo0t-UZ周期與頻率的計算：066周期與頻率的計算：因正反向充電條件一樣,所以T1=T2，T=T1+T2=2T2。uc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e-tT2階段uc(t)的過渡過程方程為:0UT+uctUT-+UZ-UZT1T2Tuo=RCUC(0+)=UC()=+UZUC(T2)=周期與頻率的計算：因正反向充電條件一樣,所以T1=T2670UT+uctUT-+UZ-UZT1T2T周期與頻率的計算：f=1/T占空比50%，不可調0UT+uctUT-+UZ-UZT1T2T周期與683、占空比可調的方波發(fā)生器改變電位器RW

的滑動端，就改變了充放電的時間，從而使方波的占空比可調。設Rw2>Rw1UZuo0t-UZRw2Rw13、占空比可調的方波發(fā)生器改變電位器RW的滑動端698.7三角波及鋸齒波信號發(fā)生器電路結構：遲滯比較器+反相積分器一.三角波發(fā)生器工作原理：若uo1=-UZ若uo1=UZ8.7三角波及鋸齒波信號發(fā)生器電路結構：遲滯比較器+反相積70波形圖

-UZ振蕩周期：f=1/T頻率：UT+uo2tUT-+UZuo1tTTu+t波形圖-UZ振蕩周期：f=1/T頻率：UT+uo71

二.鋸齒波發(fā)生器改變積分器的正反向充電電流

R6＜＜R4+UZuo10t

-UZuo2uo1=-UZ，D導通，充電電流：-UZ

(R6∥R4)uo1=+UZ，D截止，充電電流：+UZ

R4二.鋸齒波發(fā)生器改變積分器的正反向充電電流R6＜＜R728.7三角波及鋸齒波信號發(fā)生器電路結構：遲滯比較器+反相積分器一.三角波發(fā)生器0UT+uo2tUT-+UZuo10t

-UZTT振蕩周期：頻率：f=1/T8.7三角波及鋸齒波信號發(fā)生器電路結構：遲滯比較器+反相積73本章小結1．正弦波振蕩的條件：┃AF┃=1（振幅條件）（相位條件正弦波振蕩電路由放大器、反饋網絡、選頻網絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)構成。2．正弦波振蕩電路主要有RC振蕩電路和LC振蕩電路兩種。RC振蕩電路主要用于中低頻場合，LC振蕩電路主要用于高頻場合。石英晶體振蕩電路是一種特殊的LC振蕩電路，其特點是具有很高的頻率穩(wěn)定性。3．當運放開環(huán)工作或引入正反饋時，運放工作在非線性狀態(tài)。其分析方法為：若U+＞U-則UO=+UOM；若U+＜U-則UO=-UOM。虛斷（運放輸入端電流=0）4．比較器是一種能夠比較兩個模擬量大小的電路。遲滯比較器具有回差特性。它們是運放非線性工作狀態(tài)的典型應用。

5．在方波、鋸齒波和三角波等非正弦波信號發(fā)生器中，運放一般也工作在非線性狀態(tài)。電路由比較器、積分器等環(huán)節(jié)組成。本章小結1．正弦波振蕩的條件：┃AF┃=1（振74波形圖

-UZ振蕩周期：f=1/T頻率：UT+uo2tUT-+UZuo1tTTu+t波形圖-UZ振蕩周期：f=1/T頻率：UT+uo752.遲滯比較器工作原理設uo=-UZ,U+=UT-ui

>UT-這時,uo=-UZ,U+=UT-設初始值:

uo=+UZ,u+=UT+ui<UT+uoui0+UZ-UZUT+UT-當ui=>UT+,uo從+UZ-UZui>UT-當ui=<UT-,uo從-UZ+UZ這時,uo=+UZ,U+=UT+ui<UT+uui∞－A+RZ+DORfZR1R2u+2.遲滯比較器工作原理設uo=-U76例題：Rf=10k，R2=10k，UZ=6V，UREF=10V。當輸入ui為如圖所示的波形時，畫出輸出uo的波形。上下限：uoui08V3V傳輸特性+6V-6V例題：Rf=10k，R2=10k，UZ=6V，UR773V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V傳輸特性+6V-6V3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V傳輸特性+6V788.7三角波及鋸齒波信號發(fā)生器電路結構：遲滯比較器+反相積分器一.三角波發(fā)生器工作原理：若uo1=+UZ，uo2↓，u+↓。當u+≤0時，uo1翻轉為-UZ。若uo1=-UZ，uo2↑，u+↑

。當u+≥0時，uo1翻轉為+UZ。8.7三角波及鋸齒波信號發(fā)生器電路結構：遲滯比較器+反相積79波形圖0UT+uo2tUT-+UZuo10t

-UZTT振蕩周期：f=1/T頻率：波形圖0UT+uo2tUT-+UZuo10t-UZTT80uf與uo反相uuCLL12ofuuo1LC2Lfuf與uo同相電感三點式：電容三點式：uuf2o1CCLuf與uo反相uf與uo同相uf與uo反相uuCLL12ofuuo1LC2Lfuf與uo81第八章

波形的產生與變換電路8.1正弦波振蕩的基本原理

8.2RC正弦波振蕩電路

8.3LC正弦波振蕩電路

8.4石英晶體振蕩電路

8.5比較器

8.6方波發(fā)生器

8.7三角波及鋸齒波發(fā)生器第八章波形的產生與變換電路8.1正弦波振蕩的基本原理82一.正弦波振蕩器的振蕩條件8.1正弦波振蕩器的基本原理正反饋（+）（+）——相位條件原型——正反饋放大器一.正弦波振蕩器的振蕩條件8.1正弦波振蕩器的基本原理正反83正弦振蕩的條件：環(huán)路增益正弦振蕩的條件：環(huán)路增益84選頻：正弦波振蕩器，輸出是單一頻率的正弦信號（f0),只允許在一個頻率上產生振蕩，只允許在f0上滿足振蕩條件（相位和幅值），要求振蕩器中設置選頻網絡。選頻網絡——由RC,LC，石英晶體構成?？煞旁诨痉糯笃鰽或反饋網絡F中。選頻：正弦波振蕩器，輸出是單一頻率的正弦信號（f0),只允85二.起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件：結果：產生增幅振蕩（略大于）1、被動：利用放大器的限幅特性2、主動：在電路中加入穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調節(jié)放大電路的增益穩(wěn)幅過程：穩(wěn)幅措施：Xdof基本放大器A反饋網絡FXX干擾、噪聲中選擇所需的頻率成分起振時，穩(wěn)定振蕩時，二.起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件：結果：產生增幅振蕩（略大于）86

1.基本放大電路A

三.正弦波振蕩器的組成2.正反饋網絡F3.選頻網絡4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)RC，LC，晶體A與F首尾相連正弦波振蕩器命名RCLC低頻高頻晶體穩(wěn)頻1.基本放大電路A三.正弦878.2RC正弦波振蕩電路RC橋式振蕩器基本放大器A正反饋網絡F選頻網絡uo_++RfRCRR1uf

uaC運放的限幅特性8.2RC正弦波振蕩電路RC橋式振蕩器基本放大器A正88一.RC串并聯(lián)網絡的選頻特性R1C1串聯(lián)阻抗：R2C2并聯(lián)阻抗：選頻特性：212ofZZZUUF+==...一.RC串并聯(lián)網絡的選頻特性R1C1串聯(lián)阻抗：R2C289通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：式中：幅頻特性：相頻特性：通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：式中：幅頻特性90RC串并聯(lián)網絡的頻率特性曲線：|F|當時│F│=│F│max=1/3當時＝0φF+90°-90°RC串并聯(lián)網絡的頻率特性曲線：|F|當91二.RC橋式振蕩器的工作原理輸出正弦波頻率：uRf1RRRCCuf－A1++∞oua基本放大器A正反饋網絡F在f0處滿足相位條件：AF≥131=F11f+>3RR選：1f2RR>A≥3幅值條件：相位條件：選頻網絡φF+90°-90°二.RC橋式振蕩器的工作原理輸出正弦波頻率：uRf1RRRC92能自動穩(wěn)幅的振蕩電路半導體熱敏電阻(負溫度系數）u－++A1∞otRR1RRCC起振時Rt較大,使A>3,易起振。隨uo幅度增長，IRt增大，溫度升高，Rt減小。11t+=RRAuo幅度自動穩(wěn)定于某一幅值。直至A=3。能自動穩(wěn)幅的振蕩電路半導體熱敏電阻u－++A1∞otRR1R93能自動穩(wěn)幅的振蕩電路起振時D1、D2不導通，Rf1+Rf2略大于2R1。隨著uo的增加，D1、D2逐漸導通，Rf2被短接，A自動下降，直至A=3，起到穩(wěn)幅作用。1A=11f1+>3RR+Rf2穩(wěn)幅措施能自動穩(wěn)幅的振蕩電路起振時D1、D2不導通，Rf1+R94K：雙聯(lián)波段開關，切換R，用于粗調振蕩頻率。C：雙聯(lián)可調電容，改變C，用于細調振蕩頻率。振蕩頻率的調節(jié)：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：K：雙聯(lián)波段開關，C：雙聯(lián)可調電容，改變C，用于細調振蕩頻率95電子琴的振蕩電路：_++RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R22112CRR=0f12345176功率放大器電子琴的振蕩電路：_++RF1uoR1CCRfD1D1R96三.RC移相式振蕩電路

基本放大器A正反饋網絡F移相式選頻網絡1三.RC移相式振蕩電路基本放大器A正反饋網絡F移相式197RC超前移相電路

RC滯后移相電路

φF+90°+180°+270°0°φF-90°-180°-270°0°移相網絡的選頻特性：RC超前移相電路RC滯后移相電路φF+90°+180°+98基本放大器A正反饋網絡FRC移相式振蕩電路的工作原理相位條件：在f0處滿足相位條件：幅值條件:AF≥1很易滿足振蕩頻率：1+ua-基本放大器A正反饋網絡FRC移相式振蕩電路的工作原理相位條件998.3LC正弦波振蕩器1.LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性R為電感線圈中的損耗電阻等效阻抗：

并聯(lián)諧振：品質因數

諧振頻率

諧振阻抗(阻值最大且為純阻)Z

8.3LC正弦波振蕩器1.LC并聯(lián)諧振回路的選100(阻性)幅頻特性

相頻特性Q值越高，則幅頻特性越尖銳，相頻特性越陡峭，選頻特性越好。LC并聯(lián)諧振回路的特性曲線（最大值)(阻性)幅頻特性相頻特性Q值越高，則幅頻特性越尖銳，相頻特1012.LC選頻放大器寬帶放大器選頻放大器f0AumfAufφ-180of0諧振頻率

Z2.LC選頻放大器寬帶放大器選頻放大器f0AumfAufφ102選頻放大器各級之間采用變壓器耦合C交流通路Vcc直流通路選頻放大器各級之間采用變壓器耦合C交流通路Vcc直流通路103二.變壓器反饋式LC振蕩電路

相位條件：三極管共射選頻放大器。諧振時（f=f0):利用互感線圈的同名端：

滿足相位條件。振蕩頻率:(諧振頻率）用瞬時極性法判斷是否是正反饋?；痉糯笃鰽正反饋網絡F幅值條件：AF≥1很易滿足選頻網絡二.變壓器反饋式LC振蕩電路相位條件：三極管共射選頻104互感線圈的極性判別1234磁棒初級線圈次級線圈同名端同名端的電壓極性相同，異名端的電壓極性相反?；ジ芯€圈的極性判別1234磁棒初級線圈次級線圈同名端同名端的105(+)(+)(+)uiuouf(+)變壓器反饋式LC振蕩器舉例共基極選頻放大器旁路電容和耦合電容均交流短路滿足相位平衡條件(+)(+)(+)uiuouf(+)變壓器反饋式LC振蕩器舉106（+）（+）（–）（+）變壓器反饋式LC振蕩器舉例（–）滿足相位平衡條件uiuouf（+）（+）（–）（+）變壓器反饋式LC振蕩器舉例（–）滿足107三.三點式LC振蕩器

1.電感三點式LC振蕩電路振蕩頻率(諧振頻率）：uiuouf+++簡化的交流通路滿足相位平衡條件三.三點式LC振蕩器1.電感三點式LC振蕩電路108判斷是否是正反饋:用瞬時極性法判斷判斷是否是正反饋:用瞬時極性法判斷1092.電容三點式LC振蕩電路振蕩頻率(諧振頻率）：ui+uo+uf+滿足相位平衡條件2.電容三點式LC振蕩電路振蕩頻率(諧振頻率）：ui+uo110判斷是否是正反饋:用瞬時極性法判斷判斷是否是正反饋:用瞬時極性法判斷111例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。不滿足相位平衡條件例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。不滿足112例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。不滿足相位平衡條件例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。不滿足113A.若中間點交流接地，則首端與尾端相位相反。電容三點式電感三點式三點的相位關系B.若首端或尾端交流接地，則其他兩端相位相同。A.若中間點交流接地，則首端與尾端電容三點式電感三點式三點114例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。滿足相位平衡條件例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。滿足相115例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。滿足相位平衡條件uiuoufuiuouf例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。滿足相1168.4石英晶體振蕩電路一.正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由來衡量——頻率偏移量?！袷庮l率。影響頻率穩(wěn)定的主要因素：溫度變化時，LC參數變化、三極管參數變化。負載對諧振回路的影響。穩(wěn)頻措施：選擇溫度穩(wěn)定性好的LC及三極管負載與振蕩器之間加緩沖器（射隨）提高LC諧振回路的品質因數Q8.4石英晶體振蕩電路一.正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題頻率117Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。LC諧振回路Q——數百石英晶體諧振回路Q——1000050000ff90o-90of0LC諧振回路的相頻特性Q值增大f0’△f0△f0’品質因數

△f設振蕩電路在諧振頻率f0滿足相位平衡條件。

溫度變化使電路參數變化，產生了△ftQ值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。LC諧振回路118二.石英晶體2.基本特性1.結構：極板間加電場壓電效應：加交變電壓當交變電壓頻率與晶體固有頻率一致壓電諧振：SiO2晶體機械變形晶體產生電場機械振動產生交變電場交變電場幅度加大機械振動幅度突然加大

VV晶片敷銀層符號VV二.石英晶體2.基本特性1.結構：極板間加電場壓電1193.石英晶體的等效電路與頻率特性等效電路：串聯(lián)諧振頻率特性：晶體等效純阻且阻值≈0并聯(lián)諧振等效電抗

晶體等效阻抗為純阻且最大X感性0容性典型值：L=100mHC=0.015pfR=100Ω通常所以3.石英晶體的等效電路與頻率特性等效電路：串聯(lián)諧振頻率特性120實際使用時外接一小電容Cs串聯(lián)諧振:調整并聯(lián)諧振：等效電抗

X感性0容性實際使用時外接一小電容Cs串聯(lián)諧振:調整并聯(lián)諧振：等效電抗121X感性0容性二.石英晶體振蕩電路1.并聯(lián)型石英晶體振蕩器C為C1、C2、CS、相串，CS<<C1、C2，所以：C≈CSf0在fs與fp之間，晶體相當一個大電感，與C1、C2組成電容三點式振蕩器。振蕩頻率（并聯(lián)諧振）uiuouf(＋)(－)(＋)X感性0容性二.石英晶體振蕩電路1.并聯(lián)型石英晶體振1222.串聯(lián)型石英晶體振蕩器X感性0容性相位條件：石英晶體工作在fs處，呈阻性，且阻抗最小：滿足相位條件幅值條件：石英晶體工作在fs處：F最大，|AF|≥1最易滿足基本放大器A正反饋網絡F選頻網絡+V石英晶體CC.Uf+-.Ui+-.Uo+-振蕩頻率2.串聯(lián)型石英晶體振蕩器X感性0容性相位條件：石英晶體工作123例1：分析下圖的振蕩電路能否產生振蕩，若產生振蕩,石英晶體處于何種狀態(tài)？(＋)(－)(＋)f0在fs與fp之間，晶體相當一個大電感，與C1、C2組成電容三點式振蕩器。uiuouf例1：分析下圖的振蕩電路能否產生振蕩，若產生振蕩,石英晶體處124111RG2R12G1Cov串聯(lián)式石英晶體振蕩器

(數字教材P229)例2：R1、R2是偏置電阻，使反相器G1、G2工作在轉折區(qū)，構成線性放大器。uoui111RGuiuoCMOS反相器uo=ui反相放大111RG2R12G1Cov串聯(lián)式石英晶體振蕩器(數字教材125串聯(lián)式振蕩器滿足相位振蕩條件。且幅值條件最易滿足。振蕩頻率f0=fS

由于石英晶體Q值極高，所以這種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高。111RG2R12G1CovX感性0容性基本放大器A正反饋網絡F選頻網絡(＋)(-)(＋)(＋)輸出正弦波，若加反相器整形，得脈沖波。石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率fS時，呈阻性，且阻抗最小。串聯(lián)式振蕩器126并聯(lián)式石英晶體振蕩器

晶體工作頻率處于fS與fP之間，等效一電感，與C1、C2共同構成電容三點式振蕩電路。例3：反相器G1工作在轉折區(qū)，構成反相放大器。X感性0容性(＋)反相器G2起整形緩沖作用，同時G2還可以隔離負載對振蕩電路工作的影響。電路的振蕩頻率為LC并聯(lián)諧振回路的諧振頻率，處于fS與fP之間，接近fS。(－)(＋)(數字教材P230)并聯(lián)式石英晶體振蕩器晶體工作頻率處于fS與f127(+)負反饋放大器的自激振蕩高頻、低頻區(qū)，A中電容的影響會產生附加相移，當達到180o時，使Xf與原來相位相反——正反饋又幅度合適：Xf＝Xd則可以產生振蕩。中頻范圍是負反饋，自激振蕩的條件：(+)負反饋放大器的自激振蕩高頻、低頻區(qū)，A中電容的影響會產128自激振蕩的條件：fA+fF=±(2n+1)π(n為整數）

負反饋放大器的自激振蕩自激振蕩的條件：fA+fF=±(2n+1)π負反饋放大129負反饋放大器的自激振蕩負反饋放大器的自激振蕩與正弦波振蕩器產生振蕩的原理一致。區(qū)別：正弦波振蕩器中頻時連接成正反饋，目的是產生振蕩。負反饋放大器中頻時連接成負反饋，目的是反饋放大。但由于高、低頻工作范圍中電容的影響而產生振蕩，應盡量避免。負反饋放大器的自激振蕩負反饋放大器的自激振蕩與正弦波振蕩器產130消除自激振蕩的措施：（1）反饋深度1+AF不宜過大。（2）電容補償。消除自激振蕩的措施：131ui=0ud=

-uf(+)(-)(-)ud=ui-uf中頻范圍是負反饋高頻、低頻區(qū)，A中電容的影響會產生附加相移，當達到180o時ui=0ud=-uf(+)(-)(-)ud=ui-uf中1328.5比較器

將輸入電壓信號與一參考電壓相比較，并用輸出電平的高、低來表示比較結果。功能：一.單門限比較器1.過零比較器:uoui0

+Uom-Uom若ui＞0

(u+＞u-)若ui＜0(u+＜u-)運放開環(huán)，處于非線性狀態(tài)。虛斷虛短Aod8.5比較器將輸入電壓信號與一參考電壓相比較，并用輸1331.過零比較器:

若ui從反相端輸入uoui0+Uom

-Uom若ui＞0(u-＞u+)若ui＜0(u-＜u+)uu∞+u++iOu－-A1.過零比較器:若ui從反相端輸入uoui0+Uom134tuituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲āuituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變1352.單門限比較器uoui0+Uom-UomUREF為參考電壓ui>UREF(u+＞u-)ui<UREF(u+＜u-)UREF2.單門限比較器uoui0+Uom-UomUREF136uoui0+Uom-UomUREF

若ui從反相端輸入uuU+∞+-i+uu－AOREFui>UREF(u-＞u+)ui<UREF(u-＜u+)uoui0+Uom-UomUREF若ui從反相端輸入137（1）穩(wěn)壓管限幅電路忽略了UD當ui>0時,uo=+(UZ+UD)≈+UZ3.有限幅功能的比較器|UZ|<|Uom|uoui0+UZ-UZ+Uom-Uom當ui<0時,uo=-(UZ+UD)≈-UZ（1）穩(wěn)壓管限幅電路忽略了UD當ui>0時,uo138當ui>0時,uo=-UZ當ui<0時,uo=+UZ

uuZ+O-+AuZ+DuR－∞i|UZ|<|Uom|

若ui從反相端輸入uoui+UZ-UZ當ui>0時,uo=-UZuuZ+O-+AuZ139穩(wěn)壓管截止，運放開環(huán)，uO=Aodui保證突變（2）限幅電路的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在反饋回路中uoui0+UZ-UZuu+∞+-－u+uAOiDZR當ui<0時,uo=+UZ

當ui>0時,uo=-UZ穩(wěn)壓管擊穿，引入負反饋，“虛短”，uO=UZ穩(wěn)壓管截止，運放開環(huán)，uO=Aodui（2）限幅電路的另一140二.遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）1.遲滯比較器結構設uREF=0當uo=+UZ時，當uo=-UZ時，uu∞－A+RZ+DOfRZiR1R2u+特點:電路中使用正反饋，形成了遲滯特性，且加速翻轉。運放仍處于非線性狀態(tài)。二.遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）1.遲滯比較器結構設uREF1412.遲滯比較器工作原理uoui0+UZ-UZUT+UT-uui∞－A+RZ+DORfZR1R2u+傳輸特性上門限電平下門限電平回差回差2.遲滯比較器工作原理uoui0+UZ-UZUT+UT-uu142tuiUT+UT-tuoUZ-UZ例:設輸入為正弦波,畫出輸出的波形。uoui0+UZ-UZUT+UT-uui∞－A+RZ+DORfZR1R2u+tuiUT+UT-tuoUZ-UZ例:設輸入為正弦波,143當uo=+UZ時，當uo=-UZ時，加上參考電壓后的遲滯比較器uoui0UT+UT-傳輸特性+UZ-UZ回差當uo=+UZ時，當uo=-UZ時，加上參考電壓后的1441.電路結構由遲滯比較器和RC充放電回路構成的上下限:8.6方波發(fā)生器2.工作原理：1.電路結構由遲滯比較器和RC充放電回路構成的上下限:8.61450UT+uctUT-UZuo0t-UZ方波發(fā)生器2.工作原理：

UZ-UZ0UT+uctUT-UZuo0t-146UZuo0t-UZ周期與頻率的計算：0UT+uctUT-T此期間是起始段,實際上用示波器觀察波形時看不到這段波形.UZuo0t-UZ周期與頻率的計算：0147周期與頻率的計算：因正反向充電條件一樣,所以T1=T2，T=T1+T2=2T2。uc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e-tT2階段uc(t)的過渡過程方程為:0UT+uctUT-+UZ-UZT1T2Tuo=RCUC(0+)=UC()=+UZUC(T2)=周期與頻率的計算：因正反向充電條件一樣,所以T1=T21480UT+uctUT-+UZ-UZT1T2T周期與頻率的計算：f=1/T占空比50%，不可調0UT+uctUT-+UZ-UZT1T2T周期與1493、占空比可調的方波發(fā)生器改變電位器RW

的滑動端，就改變了充放電的時間，從而使方波的占空比可調。