模電課件波形產(chǎn)生與變換

6.1.1正弦波振蕩電路的基本工作原理二．產(chǎn)生正弦波振蕩的條件

振蕩條件：

幅值條件：幅值相位條件：相位UoAoF++UfUi’一．組成

正反饋放大器＋選頻網(wǎng)絡(luò)（RC、LC、晶體）UiUf目前一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)(1)正反饋?zhàn)銐驈?qiáng),輸入信號(hào)為0時(shí)仍有信號(hào)輸出，這就是產(chǎn)生了自激振蕩。(2)要獲得非正弦自激振蕩，反饋回路中必須有RC積分電路。例如：方波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、鋸齒波發(fā)生器等。(3)要獲得正弦自激振蕩，反饋回路中必須有選頻電路。目前二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)三、起振與穩(wěn)幅問(wèn)題1：如何起振？Uo是振蕩器的電壓輸出幅度。起振時(shí)Uo=0，達(dá)到穩(wěn)定振蕩時(shí)Uo=所需幅值B。放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動(dòng)，這些擾動(dòng)可分解為各種頻率的分量，其中也包括有fo分量。選頻網(wǎng)絡(luò)：把fo分量選出，把其他頻率的分量衰減掉。這時(shí)，只要：|AF|>1，且A+F=2n，即可起振。目前三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)問(wèn)題2：如何穩(wěn)幅？起振后，Uo↑，若不采取穩(wěn)幅（|AF|>1)，則輸出將會(huì)飽和失真。達(dá)到需要的幅值后，調(diào)整AF=1，即可穩(wěn)幅。起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：內(nèi)穩(wěn)幅——利用放大電路自身的非線性穩(wěn)幅。外穩(wěn)幅——外接非線性元件組成穩(wěn)幅電路。目前四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)四．正弦波振蕩器的分析方法1、組成基本環(huán)節(jié)——放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)。為穩(wěn)定輸出幅度一般還需加上穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。

振蕩器有

RC振蕩器、LC振蕩器和石英晶體振蕩器。2、分析方法

(1)電路是否包含放大電路、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。(2)電路是否滿足相位平衡條件，估算電路振蕩頻率。(3)分析幅度起振條件。(4)分析穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。AoF++目前五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)6.1.2

RC正弦波振蕩電路用RC電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)——RC振蕩電路。一、RC串并聯(lián)選頻電路R1C1R2C2?。篟1=R2=R，C1=C2=C，則：Z1Z2目前六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)ωoω+90–90ω相位條件：幅值條件：R1C1R2C2目前七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)1、組成例：R=10k，C=0.1F，則：二、文氏電橋振蕩器

uo_++R2RCRCR1（一）運(yùn)放構(gòu)成之文氏電橋振蕩器

(+)(+)(+)2、相位條件及振蕩頻率

諧振頻率

：目前八頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)3、幅度起振條件uo_++R2RCRCR1相位條件要求fo

處因?yàn)椋耗壳熬彭?yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)4、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)能自行啟動(dòng)的電路uoTRtA半導(dǎo)體熱敏電阻起振時(shí)，RT略大于2R1，使|AF|>1，以便起振；_++RTRCRCR1tuo起振后，uo逐漸增大則RT逐漸減小，使得輸出uo為某值時(shí)，|AF|=1，從而穩(wěn)幅。目前十頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)（二）用分立元件組成的RC振蕩器RCRC+VCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+—－++RC網(wǎng)絡(luò)正反饋，RF、RE1組成負(fù)反饋，調(diào)整到合適的參數(shù)則可產(chǎn)生振蕩。++目前十一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)RCRC+VCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF1.R=8.2KΩ,C=0.2uF2、若電路Q(chēng)正常但不能振蕩，原因？如何調(diào)整？Af太??！Rf調(diào)大。3、輸出波形嚴(yán)重失真，原因？如何調(diào)整？Af太大！Rf調(diào)小。目前十二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)三、雙T正弦波振蕩電路1、組成2、相位平衡條件振蕩頻率

3、幅度起振條件4、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)

uo_++CR1R2CR/2RR2CDZ1DZ2適用于固定頻率場(chǎng)合，選頻特性好。目前十三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)四、RC移相式正弦波振蕩電路RC移相式振蕩電路

滯后移相網(wǎng)絡(luò)

超前移相網(wǎng)絡(luò)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：選頻作用較差，輸出波形較差。用于頻率固定、穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合頻率范圍：幾赫到幾十千赫。RCRRCRC+-+RCC目前十四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)6.1.3LC正弦波振蕩電路RC振蕩器用于低頻（1Hz～1MHz）。振蕩頻率高于1MHz時(shí)，用LC并聯(lián)回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)——LC正弦波振蕩器。uo_++R2RCRCR1目前十五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)LC振蕩電路的選頻電路由L和C構(gòu)成，可以產(chǎn)生高頻振蕩。由于高頻運(yùn)放價(jià)格較高，所以一般用分立元件組成放大電路。LC振蕩電路重點(diǎn)掌握相位條件的判別。CLR目前十六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)1、諧振頻率設(shè)ω=ω0時(shí)，產(chǎn)生并聯(lián)諧振，諧振回路的品質(zhì)因素：當(dāng)Q>>1時(shí)

CLR何時(shí)諧振？目前十七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)2、輸入電流與回路電流的關(guān)系當(dāng)Q>>1時(shí)，

CLR諧振時(shí)回路電流比總電流大的多，外界對(duì)諧振回路的影響可以忽略！目前十八頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)幅頻特性相頻特性3、選頻特性在諧振頻率附近：

CLR目前十九頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)結(jié)論：

(1)選頻特性:

f=f0處，為純電阻；等效阻抗|Z|最大(3)Q值越大，選頻特性越好。相頻特性越陡，諧振時(shí)的阻抗Z0也越大。

(2)當(dāng)Q>>1時(shí)，諧振頻率CLR幅頻特性相頻特性目前二十頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)二、變壓器反饋式振蕩電路1、組成2、相位條件及振蕩頻率3、幅度起振條件(+)(-)(+)+VCCCbRLN2N3N1R2CR1ReUOUiUfTCe變壓器反饋式振蕩器(+)目前二十一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)三、電感反饋式振蕩器（哈特萊振蕩器）+–(+)+VCCCb(-)N3N1–(+)R2CR1ReUOUiUfTCeN2CTUfUcL1L2+++––Ui電感三點(diǎn)式振蕩器及其交流通路（b）交流通路（a）振蕩電路目前二十二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)1、組成(1)調(diào)節(jié)頻率方便。采用可變電容，頻率調(diào)節(jié)范圍較寬。(2)一般用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的頻率。(3)輸出波形中含有較大的高次諧波，波形較差。通常用于要求不高的設(shè)備中，例如高頻加熱器等。3、幅度起振條件4、電路特點(diǎn)

2、相位條件及振蕩頻率(+)(-)(+)(+)CbL3L1R2CR1ReUOUiUfTCeL2目前二十三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)四、電容反饋式振蕩器（考畢茲振蕩器）+–(+)+VCCCb(-)Rb1Rb2ReUfUiTCeLTUfUcLC2+++––Ui電容三點(diǎn)式振蕩電路及其交流通路（b）交流通路（a）振蕩電路C2C1Rc(+)(-)C1目前二十四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)輸出波形較好振蕩頻率較高，一般可以達(dá)到100MHz以上適于產(chǎn)生固定頻率的振蕩要改變頻率，可在L兩端并聯(lián)一個(gè)可變電容另外也可采用可調(diào)電感來(lái)改變頻率3、電路特點(diǎn)(+)(-)(+)(+)+VCCCbRb1Rb2ReUiTCeLC2C1Rc1、組成2、相位條件及振蕩頻率目前二十五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)1、諧振回路的三個(gè)引出端與三極管的三個(gè)電極相連接；2、發(fā)射極接兩個(gè)同性質(zhì)電抗；3、集電極與基極接異性質(zhì)電抗。滿足法則必滿足相位平衡條件。電容三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式三點(diǎn)式振蕩電路組成法則:目前二十六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)++––+例1：正反饋+VCCCC1C2頻率由LC諧振網(wǎng)絡(luò)決定。目前二十七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)例2：正反饋頻率由C、L1、

L2諧振網(wǎng)絡(luò)決定。+VCCCC1L1L2C2uL1uL2uCD++––+目前二十八頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)例3：正反饋+VCCC1C2AECB+–頻率由L、C1、

C2組成的諧振網(wǎng)絡(luò)決定。+–++目前二十九頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)LC并聯(lián)諧振回路諧振時(shí)，回路電流遠(yuǎn)比流入或流出LC回路的電流大得多。因此，電感中間抽頭的瞬時(shí)電位一定在首、尾兩端點(diǎn)的瞬時(shí)電位之間，即（1）若電感的中間抽頭交流接地，則首端與尾端的信號(hào)電壓相位相反。（2）若電感的首端或尾端交流接地，則電感其它兩個(gè)端點(diǎn)的信號(hào)電壓相位相同。對(duì)電容三點(diǎn)式電路也是同樣的。目前三十頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)可能目前三十一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)不能目前三十二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)不能目前三十三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)可能目前三十四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)幅頻特性相頻特性6.1.4石英晶體振蕩電路Q(chēng)值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。1、頻率穩(wěn)定問(wèn)題頻率穩(wěn)定度一般由衡量——頻率偏移量——振蕩頻率LC振蕩電路Q(chēng)——數(shù)百石英晶體振蕩電路Q(chēng)——10000500000目前三十五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)2、石英晶體的電抗－頻率特性

C0LRC靜態(tài)電容晶片彈性摩擦損耗振動(dòng)慣性（a）符號(hào)（b）等效電路目前三十六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)串聯(lián)諧振頻率為：

并聯(lián)諧振頻率為：

C0LRCRLC支路諧振ffsfpX感性容性容性C<<C0→

fp≈fs目前三十七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)3、石英晶體振蕩電路

+VCCC+uo_R1R2R3R4R6R5晶體+VCCC1C2R1R2ReRcCb晶體

串聯(lián)型

并聯(lián)型目前三十八頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)6.2非正弦信號(hào)發(fā)生器矩形波發(fā)生器也稱(chēng)多諧振蕩器。三大部分組成：1、具有開(kāi)關(guān)特性的器件或電路;2、能實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲的延時(shí)環(huán)節(jié);3、正反饋網(wǎng)絡(luò)。6.2.1矩形波信號(hào)發(fā)生器目前三十九頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)由集成運(yùn)放構(gòu)成的矩形波發(fā)生器上下門(mén)限電壓：下行的遲滯比較器，輸出經(jīng)積分電路反饋到反相輸入端。目前四十頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)工作原理1、設(shè)uo

=

+UZ此時(shí)，輸出給C充電!則：u+=UT+0tuoUZ-UZUT+uc0t一旦uc>UT+

,就有u->u+,在uc<UT+時(shí)，u-

<u+,uo

保持+UZ不變；uo

立即由＋UZ

變成－UZ

目前四十一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)此時(shí)，C

經(jīng)輸出端放電。2、當(dāng)uo

=

-UZ時(shí)，u+=UT-uc降到UT-時(shí)，uo上翻。UT+uctUT-當(dāng)uo

重新回到＋UZ

以后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化。目前四十二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)0UT+uctUT-UZuo0t-UZT輸出波形：目前四十三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)RC電路：起反饋和延遲作用，獲得一定的頻率。下行遲滯比較器：起開(kāi)關(guān)作用，實(shí)現(xiàn)高低電平的轉(zhuǎn)換。方波發(fā)生器各部分的作用：目前四十四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)三、周期與頻率的計(jì)算f=1/Tuc上升階段表示式:uc下降階段表示式:uc0UT+tUT-T1T2目前四十五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)思考題：點(diǎn)b是電位器RW

的中點(diǎn)，點(diǎn)a和點(diǎn)c是b的上方和下方的某點(diǎn)。試定性畫(huà)出電位器可動(dòng)端分別處于

a、b、c

三點(diǎn)時(shí)的uo-uc

相對(duì)應(yīng)的波形圖。－-+++RWR1R2CucuoD1D2abcRR’WR”WR3目前四十六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)6.2.2三角波信號(hào)發(fā)生器－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1反相積分電路上行遲滯比較器特點(diǎn)：由上行的遲滯比較器和反相積分器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，遲滯比較器的輸出作為反相積分器的輸入，反相積分器的輸出又作為遲滯比較器的輸入。目前四十七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十點(diǎn)－++uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUT-U