第6章波形產(chǎn)生和變換

退出不需要任何輸入信號(hào)；必須在電路中引入足夠強(qiáng)的正反饋?！ㄐ萎a(chǎn)生電路包括正弦和非正弦(如方波、三角波)波形產(chǎn)生電路。波形產(chǎn)生電路的共同特點(diǎn)：第6章上頁(yè)下頁(yè)返回翻頁(yè)第6章上頁(yè)下頁(yè)返回6.1.1正弦波振蕩電路的基本原理

6.1.2

RC正弦波振蕩電路6.1正弦波振蕩電路

*6.1.3

LC正弦波振蕩電路*6.1.4石英晶體正弦波振蕩電路Ud126.1.1正弦波振蕩電路的基本原理1、自激振蕩的條件S在2:令F=Uf/Uo..所以產(chǎn)生自激振蕩的條件為:...AF=.UoUd.UoUf=1S上頁(yè)下頁(yè)第6章返回+++Uf+---A=Uo/Ud..S在1:Ud=Ui

..-.Ui..Uo.因?yàn)?Uf=Ud，.....Uf=UiU=d則輸出電壓保持不變。翻頁(yè)AF自激振蕩的條件:AF=1

幅度平衡條件：相位平衡條件:AF=1

A+F=2n（n=0,1,2……）

反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的大小相等,在放大倍數(shù)一定時(shí)應(yīng)有足夠強(qiáng)的反饋量。反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相，必須引入正反饋。上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)2、振蕩的建立與穩(wěn)定振蕩電路的起振:選擇某一頻率的信號(hào)增幅振蕩電路由電路變?yōu)榈确袷巪AF|=1|AF|>1上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)Ud12S+++Uf+----.Ui..Uo.AF

通過(guò)不斷地放大正反饋再放大再反饋，使Uom不斷增大，一直到達(dá)某一點(diǎn)時(shí)，才穩(wěn)定下來(lái)。自激振蕩的建立過(guò)程A反饋特性Ufm=|F|Uom幅度特性Uom=f(Ufm)Ufm1Ufm2Uom2Uom1UfmOUom如右圖上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)由上述討論可知：正弦波振蕩電路應(yīng)由以下部分組成：放大電路正反饋電路選頻電路穩(wěn)幅電路上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)

6.1.2

RC正弦波振蕩電路

1.電路組成RCCRRfR1負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）文氏電橋正弦波振蕩電路上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)uO+—+∞正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)Ao

2、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性Z1

=R+1jωC1Z2=R(jωC)R+1jωC=R1+jωRC..UfUO==.IZ2I(Z1+Z2).Z2Z1+Z2=R1+jωRCR+1jωC+R1+jωRC=13+j(ωRC-jωRC1)上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè).I++RCU0.Uf.CRZ1Z2.UfUo.=11ωRC3+j(ωRC-)當(dāng):1ωRCωRC-=0即,或RCω=ω0=12πRC?=?0=1時(shí)結(jié)論：.UfUo.與

同相位,即為正反饋；UfUo.=1/3，則Uf達(dá)到最大值。.上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)++RCU0.Uf.CRZ1Z2.I=F=Uf?__Uo?13__f=0o,3、如何滿足自激振蕩條件f0=12RC起振時(shí)應(yīng)滿足:Rf>2R1RfR1）,

A=（1+A=0o為了滿足AF=1,A=3RfR1）=3,

（1+Rf=2R1即A≥3上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)ui

u

o1ＲfＲＲCＲC+uf

–Z1Z2Ao4、穩(wěn)幅措施特點(diǎn)：

利用二極管的非線性自動(dòng)調(diào)節(jié)反饋的強(qiáng)弱來(lái)維持輸出電壓的恒定。UO↑→r↓→U

?↑→|A|↓缺點(diǎn)輸出波形失真較大上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)

二極管穩(wěn)幅電路u

o1ＲＲf2ＲCＲCＲf1D2D1AoUO↑→T↑→RT↓→U

?↑→|A|↓☆由于熱敏電阻具有熱慣性，因此可獲得失真較小的輸出電壓。特點(diǎn)：

利用半導(dǎo)體熱敏電阻的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)熱敏電阻穩(wěn)幅電路uo1ＲＲTＲCＲCAo

*6.1.3

LC正弦波振蕩電路

1.電容三點(diǎn)式振蕩電路REC2C1RCRB1RB2上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)(a)基本電路(b)交流通路CBCELLC1C2RCRB1∥RB2TT++－－－uiuo+113322+UCC諧振回路上頁(yè)下頁(yè)第6章返回電感L和電容C1、C2構(gòu)成的諧振回路成為放大電路的負(fù)載，電容C2兩端的電壓作為反饋信號(hào)，在放大器的輸入端引入了正反饋。翻頁(yè)選取適當(dāng)?shù)撵o態(tài)值和元件參數(shù)，使得諧振回路諧振時(shí)，AF≥1。電路自激振蕩AF=1時(shí)，振蕩穩(wěn)定。振蕩頻率近似等于LC諧振回路的振蕩頻率：√C1

C2C1+C2L2π1fo

=

改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路REC2C1RCRB1RB2上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)CBLT+UCCC3在電感支路中串聯(lián)一個(gè)電容C3，且取C3遠(yuǎn)小于C1和C2。故諧振回路的振蕩頻率主要由L和C3來(lái)決定：fo≈√2πLC31改變C3，即可改變fo

2.電感三點(diǎn)式振蕩電路RECRCRB1RB2上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)(a)基本電路(b)交流通路CBCEL2CRB1∥RB2TT++－－－uiuo+113322+UCCL1L1L2諧振回路上頁(yè)下頁(yè)第6章返回電感L1、L2

和電容C構(gòu)成了諧振回路，+UCC通過(guò)L1

到集電極形成集電極電流的直流通路，故可省略RC

。電感L2兩端的電壓作為反饋信號(hào)，在放大器的輸入端引入了正反饋。若L1、L2線圈之間的互感為M，則線圈的總電感為：L=L1+L2+2M

。電路的振蕩頻率近似等于LC諧振回路的振蕩頻率：

fo

=

√（L1+L2+2M）C2π1翻頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)第6章返回*6.1.4

石英晶體正弦波振蕩電路1.石英晶體諧振器石英晶體具有壓電效應(yīng)，壓電諧振就是石英晶體的固有諧振頻率。諧振頻率有兩個(gè)，LCR支路的串聯(lián)諧振頻率fs和LCR支路與電容CO的并聯(lián)諧振頻率fP，fP＞fs且很接近。翻頁(yè)（a）符號(hào)（b）等效電路JTLCRCO上頁(yè)下頁(yè)第6章f=fs時(shí)：（X=0）

石英晶體呈阻性f＜fs或f＞fp時(shí)：

石英晶體呈容性fs＜f＜fp時(shí)：

石英晶體呈感性翻頁(yè)fsfp容性容性感性f

X0（c）電抗頻率特性曲線根據(jù)等效電路可畫出石英晶體的電抗頻率特性曲線。返回REC2C1RCRB1RB2上頁(yè)下頁(yè)第6章翻頁(yè)CBT+UCC2.并聯(lián)型石英晶體振蕩器JT并聯(lián)型石英晶體振蕩電路工作頻率為：fs＜f＜fp石英晶體呈感性，作為電容三點(diǎn)式振蕩電路中的回路電感返回上頁(yè)下頁(yè)第6章3.串聯(lián)型石英晶體振蕩器串聯(lián)型石英晶體振蕩電路工作頻率等于fs

,晶體呈純阻性，且阻抗最小。頻率為fs時(shí)，正反饋?zhàn)顝?qiáng)。

REC2C1RCRB1RB2(a)基本電路CBCCLT+UCCJT(b)交流通路LC1C2TREJT本節(jié)結(jié)束返回6.2.2用555集成定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器上頁(yè)下頁(yè)第6章返回6.2多諧振蕩器*6.2.1用集成運(yùn)放構(gòu)成的多諧振蕩器上頁(yè)下頁(yè)第6章返回*6.2.1用集成運(yùn)放構(gòu)成的多諧振蕩器翻頁(yè)1.電路的組成RRo

DZR2uCuou+u-±UZAoR1

RC引入了具有延遲特性的負(fù)反饋電路。u+為

uo經(jīng)R1和R2，在R1上的分壓，并作為轉(zhuǎn)折參考電壓：

u+H=R1R1+R2UZUZR1R1+R2u+L=C上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)2.電路的工作過(guò)程to≤t≤t1時(shí):uC=UZ－(R1R1+R2UZ+UZ）et-toRCUZu+Hu+L－UZ

t=t1時(shí):uC=u+H=R1R1+R2UZ可得：T1=

t1－t0=RCln(1+2R1R2)

tuCuOT1T2to

t1

t2uOuC2R1且：T2=

t2－t1=RCln(1+R2)T=

T2+T1=2RCln(1+2R1R2)Tf0=12RCln(1+=2R1R21)0上頁(yè)下頁(yè)第6章返回翻頁(yè)Ro

DZR2CuCuou+u-±UZAoR13.占空比可調(diào)的多諧振蕩器D1D2RP

調(diào)節(jié)RP，使電容充電和放電的時(shí)間常數(shù)不相等，實(shí)現(xiàn)輸出矩形波的占空比可調(diào)，而矩形波的周期不變。

555集成定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路結(jié)合的中規(guī)模集成電路。

常用的555定時(shí)器有：雙極型定時(shí)器——5G1555CMOS定時(shí)器——CB75556.2.2用555集成定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器第6章上頁(yè)下頁(yè)返回翻頁(yè)RDSDQQ4∞+▽－+∞+▽－+C1C2C1輸出為1，C2輸出為0Q為0，T截止，輸出為1當(dāng)U6＜—UDD，U2＜—UDD時(shí)3231RT上頁(yè)下頁(yè)18RRR7265控制端(CO)閾值端(TH)放電晶體管分壓器比較器31G反相器放電端(D)+UDD復(fù)位輸出端GND10011、555集成定時(shí)器的工作原理RS觸發(fā)器當(dāng)U6＞—UDD，U2＞—UDD時(shí)3231C1輸出為0，C2輸出為101Q為1，T導(dǎo)通，輸出為010第6章翻頁(yè)觸發(fā)端(TR)返回輸入輸出TH（U6）TR（U2）復(fù)位端R輸出放電管T

XX00導(dǎo)通

＜—UDD

＜—UDD

1

1

截止3231

＞—UDD

＞—UDD

1

0

導(dǎo)通3231

＜—UDD

＞—UDD

1

不變不變3231上頁(yè)下頁(yè)555定時(shí)器功能表翻頁(yè)GND第6章56271841∞+▽－+C1∞+▽－+C2RDSDQQG3RRRRT+UDD放電晶體管復(fù)位輸出端控制端(CO)閾值端(TH)觸發(fā)端(TR)放電端(D)返回4+－+∞+▽－+C2TN上頁(yè)下頁(yè)TH3D+UDDGNDCB7555集成定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)圖第6章翻頁(yè)TR返回≥1≥1≥1111G1G2G3G4G5G6C1+－+C2+－+RRRCORD865271OUTQ上頁(yè)下頁(yè)2.由555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器多諧振蕩器也稱無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)不需要外加脈沖信號(hào)，就能輸出一定頻率的矩形脈沖。第一暫態(tài)第二暫態(tài)第6章翻頁(yè)返回+UDDu08473625555工作原理上頁(yè)下頁(yè)第6章00u03—UDD23—UDD1●uc（u2）＜—UDD，u6＜—UDD，T截止，輸出u0=1，3132uc上升，uc（u2）＞—UDD，u6＜—UDD，（保持不變）3132接通UDD，C充電，uc上升，uc（u2）＞—UDD，u6＞—UDD，T導(dǎo)通，C放電，輸出Q=03132C放電C放電，uc下降u2＜—UDD，u6＜—UDD，T截止，輸出u0=1，C又充電3132101T1=（R1+R2）C·ln2≈0.7（R1+R2）CT1C充電放電翻頁(yè)R1R20.01ufCttTH（U6）TR（U2）放電管T1

1

截止Ruo32＜—UDD31＜—UDD2＞—UDD3＞—UDD131

0

導(dǎo)通32＜—UDD＞—UDD131

不變不變uc1返回T2=R2C·ln2≈0.7R2CT2T=T1

+T2≈0.7（R1+2R2）CT上頁(yè)下頁(yè)

555定時(shí)器應(yīng)用舉例1、如圖為一防盜報(bào)警電路，試說(shuō)明其工作原理。①由555構(gòu)成何種電路？②銅絲不斷時(shí)，輸出為何種狀態(tài)？③銅絲被碰斷后，輸出為何種波形？64755558132S6V100μF0.01μF0.01μF100kΩ5.1kΩ50kΩ8Ωab+細(xì)銅絲第6章返回翻頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)2、如圖為一門鈴電路，試說(shuō)明其工作原理。84736215555SB+5V100μF0.01μF0.01μF100kΩ5.1kΩ第6章返回翻頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)3、如圖為一模擬公安警車音響的電路，試說(shuō)明其工作原理。第6章返回100μF0.01μF47kΩ4.7kΩR1R2R3R4R5R6C1C2C3C4T8844776622115534.7kΩ10kΩ100kΩ2.7kΩ0.01μF100μF++CB7555CB7555IC1IC2+UDD（5~15V）本節(jié)結(jié)束6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器6.3.1用555集成定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.3.2用555集成定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器上頁(yè)下頁(yè)第6章返回上頁(yè)下頁(yè)第6章▲雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，從一個(gè)穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為另一個(gè)穩(wěn)態(tài)必須靠脈沖信號(hào)觸發(fā)，脈沖消失后，穩(wěn)態(tài)一直保持?！鴨畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器在脈沖信號(hào)未加之前，處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)信號(hào)觸發(fā)后，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到新的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后觸發(fā)器又自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。所以只有一種穩(wěn)定狀態(tài)。返回翻頁(yè)6.3.1用555集成定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上頁(yè)下頁(yè)第6章C2+∞+－－RDSDQQGR1TRRR+△∞+C1△▲

設(shè)uC

=0，當(dāng)ui=1（未來(lái)信號(hào)）電容C被充電，11①設(shè)Q=

0，Q

=1時(shí)，T導(dǎo)通，C放電，uc≈0C1輸出為“1”，輸出“0”保持不變。0100101●●●C放電1110返回翻頁(yè)●RC復(fù)位+UDDuouiuCC1、C2輸出高電平，輸出端保持原狀態(tài)不變。分兩種情況討論②設(shè)Q=

1，Q

=0時(shí)，T截止，C充電，ucuc＞—UCC，C1輸出為“0”，32T又導(dǎo)通，C放電，C1輸出為“1”，輸出“0”。當(dāng)無(wú)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，觸發(fā)器將為Q=0的穩(wěn)定狀態(tài)。上頁(yè)下頁(yè)第6章uouittt當(dāng)無(wú)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，觸發(fā)器處于其輸出u0=“0”的穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，ui＜—UDD，C2輸出為“0”，Q=“1”，Q=“0”，T截止，C充電13uc上升Uc＜—UDD，ui＞—UDD，C1為“1”，C2為“1”，輸出保持不變231323當(dāng)uc≥—UDD時(shí)，使C1輸出為“0”，Q=“0”，Q=“1”

0101T導(dǎo)通，uc

放電，回到無(wú)觸發(fā)信號(hào)時(shí)穩(wěn)態(tài)返回翻頁(yè)+UDDC2+∞+－－RDSDQQR1RRR+△∞+C1△●●●uouiRC●001011011—UDD23—UDD13uC輸出矩形脈沖寬度tW=RCIn3≈1.1RC000上頁(yè)下頁(yè)

如圖為一簡(jiǎn)單的具有自動(dòng)關(guān)斷功能的照明燈電路，試說(shuō)明其工作原理。第6章返回翻頁(yè)[例6.3.1]4.7MΩR1R2R3R4ZC1T4.7MΩ1kΩ1MΩ200μF+8476213CB7555IC+UDD（4.5V）OFFONL3V200mATHDTRRD8427361555+－6VLED50μF200kΩ金屬片+上頁(yè)如圖為一簡(jiǎn)易觸摸開關(guān)電路，當(dāng)手模金屬片時(shí),發(fā)光二極管LED亮，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，發(fā)光二極管熄滅。555定時(shí)器構(gòu)成何種電路？？第6章返回翻頁(yè)下頁(yè)[例6.3.2]第6章返回翻頁(yè)下