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波形发生电路

第 7 章. 波形发生电路. 7.1 　正弦波振荡电路. 7.2 　非正弦波信号产生电路. 　小　结. 7.1 正弦波振荡电路. 引　言. 7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理. 7.1.2 RC 正弦振荡. 7.1.3 LC 正弦振荡. 引　言. 信号产生电路. ( 振荡器 —Oscillators ). 分类：. RC 振荡器 ( 1 k Hz ~ 数百 kHz ). LC 振荡器 ( 几百 kHz 以上 ). 正弦波振荡 :. 石英晶体振荡器 ( 频率稳定度高 ). 非正弦波振荡：. 方波、. 三角波、. 锯齿波等.

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  1. 第7章 波形发生电路 7.1　正弦波振荡电路 7.2　非正弦波信号产生电路 　小　结

  2. 7.1正弦波振荡电路 引　言 7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理 7.1.2 RC正弦振荡 7.1.3 LC正弦振荡

  3. 引　言 信号产生电路 (振荡器—Oscillators) 分类： RC 振荡器(1 kHz ~ 数百 kHz) LC 振荡器(几百 kHz 以上) 正弦波振荡: 石英晶体振荡器(频率稳定度高) 非正弦波振荡： 方波、 三角波、 锯齿波等 主要性 要求能： 输出信号的幅度准确稳定 输出信号的频率准确稳定

  4. • 放大器 • • • RL • • Au • • • • • Ui Uo Uf • 反馈网络 • Fu • • 7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理 一、振荡条件 微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。 — 振幅平衡条件 — 相位平衡条件 n = 0, 1, 2, 

  5. 放大器 • • 反馈网络 Au Fu Uo Uf Ui uf 二、起振条件 起振条件 1/Fu uo uo AuFu< 1 Au Fu> 1 Uo4 Au Uo3 Au = 1/Fu Uo2 Uo1 Uf1 Uf2 Uf2 uf ui O Ui1 Ui2 Ui3 Ui4 起振 稳幅

  6. 三、电路的组成和起振的判断 组成: 1. 放大电路 Au 满足振荡条件 2. 正反馈网络 Fu 3. 选频率网络—实现单一频率的振荡 4. 稳幅环节—使振荡稳定、波形好

  7. Uo Uf Ui Uo Uf Ui 放大器 选频 放大器 选频正 反馈网络 正反馈 网络 判断: 1. 检查电路组成 2.“Q”是否合适 3. 是否满足起振条件

  8. • • • • . Fu f 90 . Fu= 1/3 0   0 -90 7.1.2 RC正弦振荡 一、RC桥式振荡电路 1. RC串并联选频网络 式中: 0 = 1/RC 当  = 0时  = 0º

  9. Rf R1 8 • R C • • C R 2. RC桥氏振荡电路 1) 组成： F = 0º 同相 放大器 A= 2n 2)电路：

  10. • • • • 3)振荡频率 4)振荡条件 应使： Rf不能太大，否则 正弦波将变成方波

  11. R2 R3 V1 V2 Rf R1 8 R1 8 R C C R 5)稳幅措施 为使电 Au为非线性，起振时，应使 Au > 3，稳幅后 Au = 3。 二极管稳幅 4.3 k 热敏电阻稳幅 22 k f0 = 1.94 kHz 负温度系数 正温度系数 12.4 k > R2 > 8.1 k 6.2 k 起振时信号小， 二极管电阻大 0.01 F 8.2 k 0.01 F 8.2 k Au 1 + (R2+ R3)/R1 > 3 起振后二极管电阻逐渐减小， R2 > 2R1 - R3 Au 1 + R2/R1 = 3 R2 < 2R1 为使失真小：

  12. Rf C C C R 8 R R 对于 的信号， 二、RC移相式振荡电路 一节 RC 环节 移相  90 二节 RC环节 移相  180 三节 RC环节 移相  270 —满足相位平衡条件 优点： 结构简单 缺点： 选频特性差，输出波形差

  13. L C r . Is 7.1.3 LC振荡电路 类型：变压器反馈式 、 电感三点式、 电容三点式 一、变压器反馈式 LC振荡电路 (一)LC并联回路的特性 L 的等效损耗电阻 Z

  14. 1. 谐振频率 f0 2. 谐振阻抗 Z0 3. 回路品质因数 Q

  15. Z f Z 0 90º  0  -90º 0 4. 频率特性 Q增大 Q 大 Q小 幅频特性 相频特性

  16. i iL iC + r u C L – • • • • U IC • I • IL —电流谐振 5. 并联谐振的本质 1)Z = Z0 呈纯阻 2)形成环流，大小是总电流的 Q倍

  17. +VCC C L RB1 V CB RB2 RE CE (二)变压器反馈式振荡电路 × —满足相位平衡条件

  18. 二、三点式 LC 振荡电路 1、电感三点式和电容三点式LC正弦波发生器 把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC回路就 有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个 极相连，就形成了LC三点式正弦波发生电路。 它们又分为电感三点式和电容三点式两类。 LC三点式正弦波发生电路图 a）电感三点式 b）电容三点式

  19. 2、组成LC三点式正弦波发生电路的规律 LC三点式正弦波发生电路的一般结构如下图所示。 a）反相放大 b）同相放大 图 LC三点式正弦波发生电路的一般结构 ， 若考虑到a中的负载阻抗 运放输出电阻为

  20. 无反馈时的 因此 其中，

  21. 为了使电路振荡，应有 ，上式应为实数， 分母的需不应为零，即： 进而可得

  22. 的符号必须 上式说明，为了产生振荡， 、 而 必须与它们异号。 由因为： 所以得：

  23. 必须与 异号。由于 因此， 为了产生振荡，由上式可得： 和 所以必然有

  24. 结论：在LC三点式正弦波发生电路中，为了 满足产生振荡的相位平衡条件，同性 质电抗的中间点必须接集成运放的同 相输入端。

  25. +VCC RB1 • C1 V • CB 1 RB2 RE L1 CE 2 C • L2 3 3、 电感三点式 振荡电路 × M

  26. 优点： 易起振(L间耦合紧)； 易调节(C可调)。 缺点： 输出取自电感，对 高次谐波阻抗大， 输出波形差。

  27. +VCC RB1 • V 1 CB • C1 RB2 RE CE L 2 L • C2 3 4、 电容三点式振荡电路 考毕兹振荡器(Colpitts) C3 ×

  28. 优点：波形较好 缺点： 1)调频时易停振 2) V 极间电容影响 f0 C 3的改进

  29. 焊点 涂银层 三、石英晶体(Crystal)振荡电路 (一)石英晶体谐振器的阻抗特性 1. 结构和符号 化学成分SiO2 结构 符号 晶片

  30. 2. 压电效应 压电谐振— 　　外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。 形变 形变 机械振动 外力

  31. Cq Lq C0 rq 3. 等效电路 Co— 晶片静态电容 (几 ~ 几十 pF) Lq—晶体的动态电感 (10-3 ~ 102 H)(大) rq—等效摩擦损耗电阻(小) Cq— 晶体的动态电容 (< 0.1 pF)(小)

  32. X fS fP f 大 大 小 小 4. 频率特性和谐振频率 感性  容性 容性

  33. 5. 使用注意 1)要接一定的负载电容 CL(微调)， 以达标称频率。 2)要有合适的激励电平。过大会影响 频率稳定度、振坏晶片；过小会使 噪声影响大，还能停振。

  34. +VCC L C RB1 +VCC RC RB1 V V CB RE RB2 RB2 C3 C1 RE CE C2 (二)石英晶体谐振电路 1. 串联型 2. 并联型 fs < f<fp，晶体呈感性 f = fs，晶体呈纯阻 × ×

  35. 7.2非正弦波信号 　产生电路 7.2.1 电压比较器 7.2.2 方波产生电路 7.2.3 压控方波产生电路 7.2.4 三角波发生电路

  36. uO uI uO 8 uI O 7.2.1 电压比较器(Comparer) 功能： 比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小 简单比较器(单门限) 基本比较器 类型 窗口比较器(双门限) 迟滞比较器(施密特触发器) 一、单限电压比较器 UOH 1. 过零电压比较器 uI< 0 UOmax -UOmax UOL uI> 0

  37. uO 8 uI uI O UREF UREF 2. 同相输入单门限比较器 uI> UREF UZ 门限 电压 UT UZ -UZ uI< UREF 门限电压 UT = UREF 特点: 1)工作在非线性区 2)不存在虚短(除了uI = UREF时) 3)存在虚断

  38. U1 8 V1 uI 8 U2 V2 二、窗口比较器 uO1 uO uO2

  39. uO uI O 设 U1 > U2 ，比较器采用单电源 0 UOmax 截止 导通 UZ UZ UOmax 0 导通 截止 0 0 0 截止 截止 U2 U1 UZ

  40. 8 5 V 20 k 1 M 5 k V1 1.5 k 430 k 10 k 8 V 2.5 V V2 20 k +15 V 应用举例 — 三极管 值分选电路 3CG 分析电路是否满足要求：  < 50或  > 100，LED 亮， 50    100，LED 不亮。

  41. [解] IB = (15 - 0.7 ) /1430 = 0.01 mA 当  < 50时，IC < 0.5 mA，UC < 2.5 V, V2导通，LED 亮 当  > 100时，IC >1 mA，UC > 5 V V1导通，LED 亮 当 50  100 时，2.5 V  UC<5 V， LED 不亮

  42. uI R R3 uO 8 UREF UZ P R2 R1 三、迟滞比较器 当 uI > uP时， uO = -UZ 1. 反相型迟滞比较器 当 uI < uP时， uO = +UZ 1)电路和门限电压 当 uI = uP时， 状态翻转 正反馈

  43. 例：R1 = 30 k，R2 =15 k,UZ = 6 V, UREF = 0, 求 UT。

  44. uI R R3 uO 8 uI O UREF UZ P R2 R1 U 2)传输特性 uO UZ 上门限 UT- UT+ 下门限 当 uI逐渐增大时 回差 电压 -UZ 只要 uI < UT+ ，则 uO = UZ U = UT+- UT- 一旦 uI > UT+ ，则 uO = -UZ 特点： 当 uI 逐渐减小时 uI上升时与上门限比, 只要 uI > U T- ，则 uO = -UZ uI下降时与下门限比。 一旦 uI < UT- ，则 uO = UZ

  45. UREF R N R3 uO 8 uI UZ P R2 R1 2. 同相型迟滞比较器 状态翻转时，uP = uN = UREF 若 UREF = 0

  46. uO UZ uI O UT- UT+ -UZ 传输特性 U = UT+- UT-

  47. uI uI t O t O uO UOH UOH O t O t UOL UOL 单门限比较 迟滞比较 UT+ UT UT- 抗 干 扰 uO

  48. uI uI UT+ UT+ t O t O UT- UT- uO uO UOH UOH O t t O UOL UOL 整 形

  49. uO uC UZ R UT+ uO R3 8 t C UT- UZ -UZ R1 R2 7.2.2 方波产生电路(Astable Multivibrator) 1. 电路组成和输出波形 积分 电路 滞回比较器

  50. 2. 振荡频率 占空比=50%

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