電子技術(shù)及應(yīng)用第6章課件

第6章波形發(fā)生電路正弦波發(fā)生器（正弦振蕩器）、非正弦波發(fā)生器。本章主要內(nèi)容：返回前進(jìn)6.1正弦振蕩器概述1．振蕩器方框圖振蕩器就是無需輸入信號(hào)，自發(fā)產(chǎn)生一定大小、一定頻率交流信號(hào)的電路。S接1，有交流信號(hào)Uo輸出；突然再改接2。只要保證Uf=Ui，仍有不變的交流信號(hào)Vo輸出。..2．自激（平衡）條件為保證振蕩平衡，必須有Uf=Ui即F

A=1

或FA=1φA+φF=2nπ

(n=1、2、3、…)....3．起振條件為保證振蕩越來越強(qiáng)，必須有Uf＞Ui即FA＞1φA+φF=2nπ

(n=1、2、3、…)5．能否振蕩的判斷（1）首先分析是否具備正弦振蕩的四個(gè)組成部分（選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)常由同一部分構(gòu)成）；（2）分析放大器能夠正常放大工作（一般檢查靜態(tài)工作點(diǎn)）；（3）分析電路是否滿足自激振蕩條件（振幅條件容易滿足，一般判斷相位條件，即是否正反饋）。6.2RC正弦振蕩器1．RC選頻網(wǎng)絡(luò)在RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)ω=ω0=1/RC時(shí)，F(xiàn)max=1/3且φF=0，其他頻率信號(hào)的F顯著變小。且φF≠0由此，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)只允許頻率為1/RC（或f0=1/2πRC）的信號(hào)相位不變地通過（從而實(shí)現(xiàn)正反饋）且傳輸系數(shù)最大（1/3），其他頻率信號(hào)通過很小且相位發(fā)生變化（不能實(shí)現(xiàn)正反饋）——近似認(rèn)為在諸多頻率信號(hào)中，只允許（選擇）ω0信號(hào)通過。f0=1/2πRC（2）振蕩頻率調(diào)節(jié)雙聯(lián)電阻或雙聯(lián)電容即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。

放大器的

Au=1+Rt/R1

（3）振蕩條件正反饋系數(shù)F=1/3

只要選取Rt＞2R1，就有Au＞3，從而滿足起振條件FA＞1。

隨著振蕩的加強(qiáng)，電流變大，Rt阻值變小，使得FA=1，滿足平衡條件，則振蕩一直穩(wěn)定進(jìn)行下去。3．RC移相式振蕩器（1）RC移相網(wǎng)絡(luò)一級(jí)相移網(wǎng)絡(luò)使信號(hào)相位變化0°～90°，三級(jí)RC相移網(wǎng)絡(luò)使信號(hào)相位變化（移動(dòng)）180°(用于實(shí)現(xiàn)正反饋)。（2）RC移相式振蕩器選頻特性：當(dāng)ω=ωo，Zmax=Zo=L/RC，且φF=0，其他頻率信號(hào)的Z顯著變小，且φF≠0。故認(rèn)為L(zhǎng)C網(wǎng)絡(luò)具有選頻性——僅選擇ωo頻率信號(hào)。2．變壓器反饋式LC振蕩器由放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)（LC網(wǎng)絡(luò)）、正反饋網(wǎng)絡(luò)（帶有同名端的變壓器）和穩(wěn)幅措施（放大器）構(gòu)成。（1）電路構(gòu)成（2）振蕩頻率3．三點(diǎn)式LC振蕩器必須有X1、X2性質(zhì)相同，且與X3相反。此乃構(gòu)成三端式LC振蕩器的原則。簡(jiǎn)記為：射同基（集）反。

（1）構(gòu)成三點(diǎn)式LC振蕩器的原則振蕩頻率為：（3）電容三端式LC振蕩器其中，C為C1、C2的串聯(lián)

(4)電壓控制振蕩器１.變?nèi)荻O管圖1變?nèi)莨芮€1.變?nèi)荻O管當(dāng)加在變?nèi)荻O管上的反壓由-3V變到-30V時(shí)，其結(jié)電容容量變化范圍約為18~3pF。圖2電視機(jī)的甚高頻電調(diào)諧回路示意圖2.電視機(jī)的甚高頻電調(diào)諧電路3.掃頻儀變?nèi)荻O管掃頻電路(5)石英晶體振蕩器

1、石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡(jiǎn)稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、

石英晶體結(jié)構(gòu)圖一種金屬外殼封裝的石英晶體結(jié)構(gòu)示意圖

2、符號(hào)和等效電路Cs為與金屬板之間的靜電電容(約幾個(gè)PF到幾十PF,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān))；Lq(幾十mH到幾百mH)、Cq(0.0002～0.1pF)為壓電諧振的等效參量；Rq為振動(dòng)磨擦損耗的等效電阻(約為100Ω)。由于晶片的等效電感很大，而C很小，R也小，因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達(dá)1000～10000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān)，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。圖3石英晶體諧振器的等效電路和符號(hào)4.一種DSPCPU石英晶體振蕩器電路:6–2電壓比較器一、電壓比較器的基本特性功能:比較兩個(gè)輸入電壓的大小，據(jù)此決定輸出是高電平還是低電平。高電平=數(shù)字電路中的邏輯“1”，低電平=邏輯“0”。比較器輸出只有兩個(gè)狀態(tài)，不論是“1”或是“0”，比較器都工作在非線性狀態(tài)。圖6.2.1說明:(1)電路特點(diǎn):反相端輸入信號(hào)ui，同相端加入?yún)⒖茧妷?ur)。(2)電路工作原理:∵比較器一般是開環(huán)工作，其增益很大。∴當(dāng)ui＜ur時(shí)，輸出為“高”；當(dāng)ui＞ur時(shí)，輸出為“低”。當(dāng)ui接近ur時(shí)，輸出電平發(fā)生轉(zhuǎn)換，此刻同相端和反相端可看成“虛短路”。(3)電壓比較器的應(yīng)用:可作為一位模–數(shù)轉(zhuǎn)換器:輸入為模擬量，輸出為數(shù)字量(0或1).即:可作為模擬和數(shù)字電路的接口電路，在實(shí)際中有著廣泛應(yīng)用。

2.過零比較器條件:參考電平ur=0—加入同相端.工作:為零比較器.

ur＞0，Uo=L;ur＜0，Uo=H.應(yīng)用:電路可做為零電平檢測(cè)器。該電路也可用于“整形”，將不規(guī)則的輸入波形整形成規(guī)則的矩形波。

圖:過零比較器及脈寬調(diào)制器輸出波形(a)電路；(b)輸出波形3、遲滯比較器––雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(1).簡(jiǎn)單比較器應(yīng)用中存在的問題圖621(a)的比較器存在兩個(gè)問題：a.輸出電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間受運(yùn)放壓擺率SR的限制，導(dǎo)致高頻脈沖的邊緣不夠陡峭(下圖(a)所示)；b.是抗干擾能力差，(下圖(b)所示)，若ui在參考電壓ur(=0)附近有噪聲或干擾，則輸出波形將產(chǎn)生錯(cuò)誤的跳變，直至ui遠(yuǎn)離ur值才穩(wěn)定下來。如果對(duì)受干擾的uo波形去計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值必然會(huì)多出許多，從而造成極大的誤差。

圖6-6簡(jiǎn)單比較器輸出波形邊緣不陡峭及受干擾的情況(a)輸出波形邊緣不陡峭(b)受干擾情況2.遲滯比較器電路及傳輸特性為了解決以上兩個(gè)問題，在比較器中引入正反饋，構(gòu)成所謂“遲滯比較器”。這種比較器具有很強(qiáng)的抗干擾能力，而且，由于正反饋加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從而改善了輸出波形的邊緣。1)反向輸入的遲滯比較器反向輸入的遲滯比較器電路如圖6–7(a)所示。其中R2將uo反饋到運(yùn)放的同相端與R1一起構(gòu)成正反饋，其正反饋系數(shù)F正為圖6–7遲滯比較器電路及傳輸特性(a)電路；(b)傳輸特性

圖6–7遲滯比較器電路及傳輸特性(a)電路；(b)傳輸特性

6–2–3雙限(窗口)比較器雙限比較器是一種用于判斷輸入電壓是否處于兩個(gè)已知電平之間的電壓比較器，常用于自動(dòng)測(cè)試、故障檢測(cè)等場(chǎng)合。圖7–8(a)給出一個(gè)雙運(yùn)放或雙比較器組成的窗口比較器，兩個(gè)參考比較電平分別為UR1和UR2，且假定UR2＞UR1。由圖可見：圖6-8雙限(窗口)比較器(a)電路；(b)傳輸特性例子:雙向過壓檢測(cè)電路:利用上述窗口比較器設(shè)計(jì)的雙向高壓過壓檢測(cè)電路如圖6–9所示。當(dāng)輸入電壓ui＜UR1(顯然也小于UR2)時(shí)，Uo1為低電平UoL，而Uo2為高電平UoH，V1截止，V2導(dǎo)通，Uo≈UoH。當(dāng)輸入電壓ui＞UR2時(shí)，Uo1為高電平UoH，而Uo2為低電平，V1導(dǎo)通，V2截止，Uo≈UoH。當(dāng)UR1＜ui＜UR2時(shí)，Uo1和Uo2均為低電平UoL，V1、V2同時(shí)截止，輸出Uo=0。其傳輸特性如圖6–8(b)所示。

圖6–9雙向過壓檢測(cè)電路

6.4非正弦波發(fā)生器1．矩形波發(fā)生器（1）矩形波發(fā)生器矩形波周期T=2RCln（1+2R1/R2）

占空比D=1/2

（2）寬度可調(diào)矩形波發(fā)生器

矩形波周期T=T1+T2

T1=（R+Rw’）Cln（1+2R1/R2）T2=（R+Rw’’）Cln（1+2R1/R2）則T=T1+T2=（2R+Rw）Cln（1+2R1/R2）占空比D=T1/T=（R+Rw’’）/（2R+Rw）

2．三角波發(fā)生器Uom=R1Uz/R2T=

4R1R4C/R2

3．鋸齒波發(fā)生器

Uom=R1Uz/R2T1=

2R1Rw’C/R2T2=

2R1Rw’’C/R2T=T1+T2=2R1Rw