波形發(fā)生電路設(shè)計(jì)課件

第八章

波形發(fā)生電路8.1正弦波振蕩電路的分析方法8.2RC正弦波振蕩電路8.3LC正弦波振蕩電路8.4石英晶體振蕩器8.5非正弦波發(fā)生電路第八章波形發(fā)生電路8.1正弦波振蕩電路的分析方法8.21本章重點(diǎn)和考點(diǎn)1.重點(diǎn)掌握RC正弦波振蕩電路的工作原理、振蕩頻率、起振條件以及電路的特點(diǎn)。2.理解各種非正弦波發(fā)生電路(矩形波、三角波和鋸齒波)的工作原理。本章重點(diǎn)和考點(diǎn)1.重點(diǎn)掌握RC正弦波振蕩電路的工作原理、2.28.1正弦波振蕩電路的分析方法8.1.1產(chǎn)生正弦波振蕩的條件~放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)如果反饋電壓uf與原輸入信號(hào)ui完全相等，則即使無外輸入信號(hào)，放大電路輸出端也有一個(gè)正弦波信號(hào)——自激振蕩。圖8.1.1反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件8.1正弦波振蕩電路的分析方法8.1.1產(chǎn)生正弦波振蕩的3由此知放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：即：所以產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是：——幅度平衡條件——相位平衡條件由此知放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：即：所以產(chǎn)生正弦波振蕩的48.1.2正弦波振蕩電路的組成和分析步驟

組成：放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。

分析步驟：一、判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩1.檢查電路是否具備正弦波振蕩的組成部分；2.檢查放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是否能保證放大電路正常工作；3.分析電路是否滿足自激振蕩的相位平衡條件和振幅平衡條件。判斷相位平衡條件的方法是：瞬時(shí)極性法。8.1.2正弦波振蕩電路的組成和分析步驟組成：放大電路5二、估算振蕩頻率和起振條件振蕩頻率由相位平衡條件決定。3.令f=f0時(shí)的，即得起振條件。2.令，即可求得滿足該條件的f0，此頻率即為振蕩頻率；1.寫出回路增益AF的表示式二、估算振蕩頻率和起振條件振蕩頻率由相位平衡條件決定。368.2RC正弦波振蕩電路(文氏電橋)8.2.1RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路電路組成：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；穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——RF與R

組成的負(fù)反饋電路。圖8.2.18.2RC正弦波振蕩電路(文氏電橋)8.2.1RC串7圖8.2.2一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性Z1Z2取R1=R2=R，C1=C2=C，令

則：圖8.2.2一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性Z1Z2取R18得RC串并聯(lián)電路的幅頻特性為：相頻特性為：最大，

F=0。0

F01/3+90o-90o圖8.2.3得RC串并聯(lián)電路的幅頻特性為：相頻特性為：最大，F(xiàn)9二、振蕩頻率與起振條件1.振蕩頻率2.起振條件f=f0時(shí)，由振蕩條件知：所以起振條件為：同相比例運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)為即要求：二、振蕩頻率與起振條件1.振蕩頻率2.起振條件f=f10三、振蕩電路中的負(fù)反饋(自動(dòng)穩(wěn)幅)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。反饋系數(shù)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)定而失真較小的正弦波信號(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。(還有什么措施自動(dòng)穩(wěn)幅？)RT圖8.2.4三、振蕩電路中的負(fù)反饋(自動(dòng)穩(wěn)幅)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，可11四、振蕩頻率的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)電阻R或電容C的值，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率電路圖：P417圖8.2.5利用波段開關(guān)換接不同容量的電容，對頻率進(jìn)行粗調(diào)；利用同軸電位器，對振蕩頻率進(jìn)行細(xì)調(diào)。四、振蕩頻率的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)電阻R或電容C的值，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率電128.2.2其他形式的RC振蕩電路一、移相式振蕩電路集成運(yùn)放產(chǎn)生的相位移

A=180o，如果反饋網(wǎng)絡(luò)再相移180o，即可滿足產(chǎn)生正弦波振蕩的相位平衡條件。振蕩頻率為：0

270o180o90o當(dāng)f=f0時(shí)，相移180o，滿足正弦波振蕩的相位條件。起振條件：RF>12R圖8.2.68.2.2其他形式的RC振蕩電路一、移相式振蕩電路13二、雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路振蕩頻率約為：當(dāng)f=f0時(shí)，雙T網(wǎng)絡(luò)的相移為

F=180o；反相比例運(yùn)放的相移

A=180o，因此滿足產(chǎn)生正弦波振蕩的相位平衡條件。如果放大電路的放大倍數(shù)足夠大，同時(shí)滿足振幅平衡條件，即可產(chǎn)生正弦波振蕩。圖8.2.8起振條件二、雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路振蕩頻率約為：當(dāng)f=f14表8-1三種RC振蕩電路的比較名稱RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路移相式振蕩電路雙T網(wǎng)絡(luò)選頻振蕩電路電路形式振蕩頻率起振條件電路特點(diǎn)及應(yīng)用場合可方便地連續(xù)調(diào)節(jié)振蕩頻率，便于加負(fù)反饋穩(wěn)幅電路，容易得到良好的振蕩波形。電路簡單，經(jīng)濟(jì)方便，適用于波形要求不高的輕便測試設(shè)備中。選頻特性好，適用于產(chǎn)生單一頻率的振蕩波形。表8-1三種RC振蕩電路的比較名稱RC串并聯(lián)網(wǎng)158.3LC正弦波振蕩電路8.3.1LC并聯(lián)電路的特性當(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：當(dāng)電路發(fā)生并聯(lián)諧振。圖8.3.18.3LC正弦波振蕩電路8.3.1LC并聯(lián)電路16并聯(lián)諧振角頻率令：——諧振回路的品質(zhì)因數(shù)當(dāng)Q

>>1時(shí)諧振頻率：并聯(lián)諧振角頻率令：——諧振回路的品質(zhì)因數(shù)當(dāng)Q>>1時(shí)17回路等效阻抗：LC并聯(lián)回路的阻抗：發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，在諧振頻率附近，可見，Q值不同，回路的阻抗不同?；芈返刃ё杩梗篖C并聯(lián)回路的阻抗：發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，在諧振頻18不同Q值時(shí)，LC并聯(lián)電路的

幅頻特性：相頻特性：Z01Z02Q1

>Q2Q1Q2

F+90o-90oQ1Q2Q1

>Q2感性純阻容性結(jié)論：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。圖8.3.2不同Q值時(shí)，LC并聯(lián)電路的Z01Z02Q1>Q219諧振時(shí)LC回路中的電流電容支路的電流：并聯(lián)回路的輸入電流：所以：當(dāng)Q>>1時(shí)，

結(jié)論：諧振時(shí)，電容支路的電流與電感支路的電流大小近似相等，而諧振回路的輸入電流極小。諧振時(shí)LC回路中的電流電容支路的電流：并聯(lián)回路的輸入電流208.3.2變壓器反饋式振蕩電路一、電路組成用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。(瞬時(shí)極性法)

-

二、振蕩頻率和起振條件振蕩頻率起振條件圖8.3.3變壓器反饋式振蕩電路Xui8.3.2變壓器反饋式振蕩電路一、電路組成用瞬時(shí)極性判218.3.3電感三點(diǎn)式振蕩電路(Hartley)一、電路組成用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。-

--二、振蕩頻率和起振條件振蕩頻率起振條件圖8.3.48.3.3電感三點(diǎn)式振蕩電路(Hartley)一、電路組成22電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)1.由于二線圈之間耦合很緊，因此容易起振。2.調(diào)節(jié)頻率方便。3.一般用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的頻率。4.輸出波形中含有較大的高次諧波，故波形較差。5.頻率穩(wěn)定度不高。電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)1.由于二線圈之間耦合很緊，因此容易238.3.4電容三點(diǎn)式振蕩電路(Colpitts)一、電路組成用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。二、振蕩頻率和起振條件振蕩頻率起振條件

圖8.3.5

--

-8.3.4電容三點(diǎn)式振蕩電路(Colpitts)一、電路組248.3.5電容三點(diǎn)式改進(jìn)型振蕩電路振蕩頻率選擇C<<C1，C<<C2，則：減小了三極管極間電容對振蕩頻率的影響，適用于產(chǎn)生高頻振蕩。圖8.3.68.3.5電容三點(diǎn)式改進(jìn)型振蕩電路振蕩頻率選擇C<<25名稱變壓器反饋式電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式改進(jìn)型電路形式振蕩頻率起振條件同左頻率調(diào)節(jié)方法及范圍頻率可調(diào)，范圍較寬。同左頻率可調(diào)，范圍較小。同左振蕩波形一般較差好好頻率穩(wěn)定度可達(dá)10-4同左可達(dá)10-4~10-5可達(dá)10-5適用頻率幾千赫~幾十兆赫同左幾兆赫~一百兆赫同左表8-2各種LC振蕩電路的比較名稱變壓器反饋式電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式改進(jìn)型電振蕩頻26復(fù)習(xí)：1.正弦波振蕩電路的組成部分2.文氏振蕩電路振蕩頻率起振條件如何自動(dòng)穩(wěn)幅如何調(diào)節(jié)頻率振蕩頻率大致范圍復(fù)習(xí)：1.正弦波振蕩電路的組成部分2.文氏振蕩電路振蕩頻率起273.LC正弦波振蕩電路變壓器反饋式電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式改進(jìn)型品質(zhì)因素愈大，選頻特性愈好，頻率穩(wěn)定度愈高。3.LC正弦波振蕩電路變壓器反饋式電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式電容三288.4石英晶體振蕩器一、基本特性

壓電效應(yīng)：在石英晶片的兩極加一電場，晶片將產(chǎn)生機(jī)械變形；若在晶片上施加機(jī)械壓力，在晶片相應(yīng)的方向上會(huì)產(chǎn)生一定的電場。

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。8.4.1石英晶體的基本特性和等效電路8.4石英晶體振蕩器一、基本特性壓電效應(yīng)：在石英晶29二、等效電路符號(hào)：串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率電抗頻率特性O(shè)fXfsfp容性容性感性圖8.4.1圖8.4.2靜電電容：C0機(jī)械振動(dòng)慣性：L晶片彈性：C磨擦損耗：R二、等效電路符號(hào)：串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率電抗頻率特性O(shè)fX308.4.2石英晶體振蕩電路一、并聯(lián)型石英晶體振蕩電路交流等效電路振蕩頻率由于圖8.4.38.4.2石英晶體振蕩電路一、并聯(lián)型石英晶體振蕩電路交流等31二、串聯(lián)型石英晶體振蕩電路圖8.4.4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，此時(shí)正反饋?zhàn)顝?qiáng)，相移為零，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。二、串聯(lián)型石英晶體振蕩電路圖8.4.4串聯(lián)型石英晶體振蕩328.5非正弦波發(fā)生電路8.5.1矩形波發(fā)生電路一、電路組成RC充放電回路滯回比較器圖8.5.1圖8.5.2滯回比較器：集成運(yùn)放、R1、R2；充放電回路：R、C；鉗位電路：VDZ、R3。8.5非正弦波發(fā)生電路8.5.1矩形波發(fā)生電路一、電33二、工作原理設(shè)t=0時(shí)，uC=

0，uO=+UZ則tOuCOuOtu+u-當(dāng)u-=uC

=u+時(shí)，t1t2則當(dāng)u-=uC

=u+時(shí)，輸出又一次跳變，uO=+UZ輸出跳變，uO=-UZ圖8.5.3二、工作原理設(shè)t=0時(shí)，uC=0，uO=+34三、振蕩周期電容的充放電規(guī)律：對于放電，解得：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。矩形波的幅度與R1、R2和UZ有關(guān)。t1t2tOuCOuOtt3圖8.5.3三、振蕩周期電容的充放電規(guī)律：對于放電，解得：結(jié)論：35四、占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路圖8.5.4使電容的充、放電時(shí)間常數(shù)不同且可調(diào)，即可使矩形波發(fā)生器的占空比可調(diào)。tOuCuOtOT1T2T充電時(shí)間T1放電時(shí)間T2占空比D圖8.5.5四、占