第8章 波形發(fā)生電路

復(fù)習(xí)引入新課1、發(fā)生自激振蕩的條件是：——幅度平衡條件——相位平衡條件2、起振和穩(wěn)幅一個(gè)振蕩器，要滿足相位平衡條件，在電路中必須引入正反饋。幅度的穩(wěn)定：若

，電路增幅振蕩。是維持等幅振蕩的唯一條件一般來(lái)說(shuō)，自激振蕩從起振到最后穩(wěn)定，分立元件放大電路依靠非線性來(lái)起穩(wěn)幅作用；集成運(yùn)放依靠調(diào)節(jié)負(fù)反饋系數(shù)來(lái)起穩(wěn)幅作用。若，則電路減幅振蕩，最后停止振蕩。自激振蕩電路的起振過(guò)程AF=1AF>1起振維持振蕩3

RC正弦波振蕩電路1）電路組成放大電路——集成運(yùn)放A；選頻與正反饋網(wǎng)絡(luò)——R、C串-并聯(lián)電路；通常“選頻”與“反饋”兩網(wǎng)合一。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——選取

R與RF分別為正、負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)放大倍數(shù)來(lái)穩(wěn)定輸出電壓幅值。圖8-3RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路1、RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路3）振蕩頻率與起振條件1）振蕩頻率2）起振條件4）振蕩電路中的負(fù)反饋引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，提高帶負(fù)載能力。改變RF，可改變反饋深度。增加負(fù)反饋深度，并且滿足則電路可以起振，并產(chǎn)生比較穩(wěn)定的正弦波信號(hào)。采用具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT代替反饋電阻RF，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)幅。RT5）振蕩電路中的穩(wěn)幅

采用反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路如下圖所示(a)(b)

可在反饋回路串聯(lián)兩個(gè)并聯(lián)的二極管，如上圖所示，利用電流增大時(shí)二極管動(dòng)態(tài)電阻減小、電流減小時(shí)二極管動(dòng)態(tài)電阻增大的特點(diǎn)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。帶有二極管穩(wěn)幅的RC文氏橋振蕩器電路圖

討論：合理連接電路，組成文氏橋振蕩電路8.1.3LC正弦波振蕩電路用LC并聯(lián)諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)主要用來(lái)產(chǎn)生幾十KHz以上的高頻信號(hào)主要特點(diǎn)頻率穩(wěn)定性較好LC型正弦波信號(hào)發(fā)生器類型變壓器反饋式電容三點(diǎn)式(Colpitts)電感三點(diǎn)式（Hartley)按照反饋方式分為一、LC并聯(lián)回路的頻率特性當(dāng)頻率變化時(shí)，并聯(lián)電路阻抗的大小和性質(zhì)都發(fā)生變化。并聯(lián)電路的導(dǎo)納圖8-11LC并聯(lián)電路并聯(lián)諧振角頻率——諧振回路的品質(zhì)因數(shù)當(dāng)Q

>>1時(shí)諧振頻率：LC并聯(lián)回路的阻抗電感中的R很小圖8-11LC并聯(lián)電路在諧振頻率附近，可見(jiàn)，Q值不同，回路的阻抗不同。不同Q值時(shí)，LC并聯(lián)電路的幅頻特性Z01Z02Q1

>Q2Q1Q2若以LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為共射放大電路的集電極負(fù)載（調(diào)諧放大器），則電壓放大倍數(shù)Z的幅頻特性曲線圖8-11LC并聯(lián)電路相頻特性：F+90o-90oQ1Q2Q1

>Q2感性純阻容性1.當(dāng)f=f0時(shí)，電路為純電阻性，等效阻抗最大；當(dāng)f

<

f0時(shí)，電路為感性；當(dāng)f

>

f0時(shí)，電路為容性。所以LC并聯(lián)電路具有選頻特性。2.電路的品質(zhì)因數(shù)Q愈大，選頻特性愈好。Z的相頻特性曲線結(jié)論：Z01Z02Q1

>Q2Q1Q2圖8-11LC并聯(lián)電路二、變壓器反饋式振蕩電路1、電路組成用“瞬時(shí)極性法”判斷：-2、振蕩頻率和起振條件振蕩頻率起振條件圖8-14變壓器反饋式振蕩電路教材p414——正反饋，滿足自激振蕩的相位平衡條件。同名端：相位相同的端二.變壓器反饋式電路C1是必要的嗎？特點(diǎn)：易振，波形較好；耦合不緊密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。分析電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的步驟：1)是否存在四個(gè)組成部分2)放大電路是否能正常工作3)是否滿足相位條件4)是否可能滿足幅值條件

為使N1、N2耦合緊密，將它們合二為一，組成電感反饋式電路。必須有合適的同銘端！為什么用分立元件電路如何組成？三、電感反饋式振蕩電路1、電路組成“用瞬時(shí)極性”判斷：---2、振蕩頻率和起振條件振蕩頻率起振條件圖8-15電感反饋式振蕩電路——正反饋，滿足自激振蕩的相位平衡條件。（教材p416）三.電感反饋式電路反饋電壓取自哪個(gè)線圈？反饋電壓的極性？必要嗎？

電感的三個(gè)抽頭分別接晶體管的三個(gè)極，故稱之為電感三點(diǎn)式電路。電路特點(diǎn)？三.電感反饋式電路特點(diǎn)：耦合緊密，易振，振幅大，C用可調(diào)電容可獲得較寬范圍的振蕩頻率。波形較差，常含有高次諧波。

由于電感對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)較大的電抗，故波形中含高次諧波，為使振蕩波形好，采用電容反饋式電路。四、電容反饋式振蕩電路1、電路組成用瞬時(shí)極性法判斷反饋性質(zhì)。

——正反饋，滿足自激振蕩的相位平衡條件。振蕩頻率起振條件---圖8-16電容反饋式振蕩電路--2、振蕩頻率和起振條件（教材p417）注意LC回路等效電容的計(jì)算四.電容反饋式（電容三點(diǎn)式）電路

若要振蕩頻率高，則L、C1、C2的取值就要小。當(dāng)電容減小到一定程度時(shí)，晶體管的極間電容將并聯(lián)在C1和C2上，影響振蕩頻率。特點(diǎn)：波形好，振蕩頻率調(diào)整范圍小，適于頻率固定的場(chǎng)合。與放大電路參數(shù)無(wú)關(guān)作用？3、電容反饋式改進(jìn)型振蕩電路振蕩頻率選擇C<<C1，C<<C2，減小了三極管極間電容對(duì)振蕩頻率的影響，適用于產(chǎn)生高頻振蕩。圖8-17電容反饋式改進(jìn)電路各種LC振蕩電路的比較8.1.4石英晶體正弦波振蕩電路適當(dāng)?shù)厍衅可香y層涂上銀層引出兩個(gè)電極引出兩個(gè)電極加裝上外殼一、石英晶體的結(jié)構(gòu)圖8-20石英晶體示意圖2、石英晶體的基本特性和等效電路1、壓電效應(yīng)和壓電振蕩

壓電效應(yīng)：在石英晶片的兩極加一電場(chǎng)，晶片將產(chǎn)生機(jī)械變形，晶片相應(yīng)的方向上會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)的現(xiàn)象。

壓電諧振：晶片上外加交變電壓的頻率為某一特定頻率時(shí)，振幅突然增加。符號(hào)：串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率OfXfsfp容性容性感性石英晶體的等效電路及符號(hào)石英晶體阻抗頻率特性C0為靜態(tài)電容，C為晶片的彈性等效電容。一般有：C0>>C二、石英晶體正弦波振蕩電路1、并聯(lián)型石英晶體振蕩電路交流等效電路利用晶體作為一個(gè)電感來(lái)組成選頻網(wǎng)絡(luò)2、串聯(lián)型石英晶體振蕩電路圖8-23串聯(lián)型石英晶體振蕩電路當(dāng)振蕩頻率等于fS時(shí)，晶體阻抗最小，且為純電阻，相移為零。此時(shí)正反饋?zhàn)顝?qiáng)，電路滿足自激振蕩條件。振蕩頻率調(diào)節(jié)R可改變反饋的強(qiáng)弱，以獲得良好的正弦波。---討論一：改錯(cuò)，使電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩同名端對(duì)嗎？放大電路能放大嗎？各電容的作用？清華大學(xué)華成英hchya@討論二同銘端？能產(chǎn)生正弦波振蕩嗎？“判振”時(shí)的注意事項(xiàng)：1.放大電路必須能夠正常工作，放大電路的基本接法；2.斷開(kāi)反饋，在斷開(kāi)處加f=f0的輸入電壓；3.找出在哪個(gè)元件上獲得反饋電壓，是否能取代輸入電壓。三個(gè)電路有什么相同之處？這樣的電路形式有什么好處？8.2電壓比較器電壓比較器將一個(gè)模擬量輸入電壓與一個(gè)參考電壓進(jìn)行比較，然后將比較結(jié)果以數(shù)字量的形式（“0”或者“1”）輸出。8.2.1概述一、電壓比較器二、集成運(yùn)放的非線性工作區(qū)比較器中的集成運(yùn)放一般工作在非線性區(qū)，即運(yùn)放處于“開(kāi)環(huán)狀態(tài)”或引入了“正反饋”。

集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)的

電路特點(diǎn)及其電壓傳輸特性二、集成運(yùn)放的非線性工作區(qū)當(dāng)up>uN時(shí)，uo=+UOM≈+VCC當(dāng)up<uN時(shí)，uo=-UOM≈-VCC+Vcc

-Vcc

當(dāng)up=uN時(shí)，uo改變狀態(tài)（跳變）8.2.2單限比較器一、過(guò)零比較器過(guò)零比較器電路+UOpp

-UOpptuOO二、單限比較器UREF+Au0R2R1uI+UOpp

-UOpptuOO單限比較器的作用：常被用于脈寬調(diào)制。三、滯回比較器

2）在輸入電壓uI由小逐漸增大，當(dāng)uI=u+時(shí)，輸出電壓u0的狀態(tài)由+UZ跳變至-UZ。這時(shí)運(yùn)行原理1）電路有正反饋，輸出不可能為0；若uO=UZ，則+Uz

-UztuOO+Au0R2R1uI±UZR3+Uz

-UztuOO3)當(dāng)uI變化再次等UT-時(shí)，uO由-UZ跳變?yōu)?UZ，P點(diǎn)電壓再次變?yōu)閁T+特點(diǎn)：比較點(diǎn)P的電壓隨輸出電壓發(fā)生改變，存在UT-、UT+兩個(gè)值。+Au0R2R1uI±UZR38.2非正弦波發(fā)生電路8.2.1矩形波發(fā)生電路一、電路組成及工作原理RC充放電回路開(kāi)關(guān)器件圖8-24矩形波發(fā)生電路的原理圖圖8-25開(kāi)關(guān)器件：由集成運(yùn)放、R1、R2等構(gòu)成的滯回比較器；延遲環(huán)節(jié)：RC充放電回路；鉗位電路：VDZ、R3。滯回比較器二、波形分析及主要參數(shù)tOuCOuOtu+u-t1t2放電充電三、振蕩周期電容的充放電規(guī)律：選擇放電t1-t2段計(jì)算：結(jié)論：改變充放電回路的時(shí)間常數(shù)及滯回比較器的電阻，即可改變振蕩周期。t1t2tOuCOuOtt3圖8-27四、占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路圖8-29改變電容的充放電路徑，使電容的充、放電時(shí)間常數(shù)不同，實(shí)現(xiàn)占空比（D

=T1/T）可調(diào)。充電時(shí)間T1放電時(shí)間T2占空比DtOuCuOtOT1T2T圖8-31電路一、電路組成8.2.2三角波發(fā)生電路二、工作原理OuO1tOuOt當(dāng)u+=u-

=0時(shí)，即滯回比較器的輸出發(fā)生跳變。三、輸出幅度和振蕩周期OuO1tOuOt圖8-34鋸齒波發(fā)生電路8.2.3鋸齒波發(fā)生電路一、電路組成二、輸出幅度和振蕩周期OuO1tOuOtT1T2T例：電路如圖T8.6所示。1）運(yùn)放A1、A2各組成何種功能電路；2）輸出uO為何值時(shí)切換運(yùn)放A1的輸出狀態(tài)；3）定性畫(huà)出uO與uO1的波形；4）導(dǎo)出電路振蕩周期T的表達(dá)式；5）總結(jié)歸納非正弦振蕩電路的求解步驟。1）求滯回比較器的兩個(gè)門(mén)限電平，并畫(huà)其輸出波形；2）確定RC充放電或積分電路輸出波形；3）依充放電或積分曲