第8章 波形發(fā)生電路

1、復(fù)習(xí)引入新課1、發(fā)生自激振蕩的條件是：、發(fā)生自激振蕩的條件是：1 FA1 FA2argFAnFA , 2 , 1 , 0 n 一個(gè)振蕩器，要滿足相位平衡條件，在電路中必一個(gè)振蕩器，要滿足相位平衡條件，在電路中必須須。1 FA若若 ，電路增幅振蕩。，電路增幅振蕩。1 FA若若 ，則電路減幅振蕩，最后停止振蕩。，則電路減幅振蕩，最后停止振蕩。1 FAAF=1AF 11）電路組成）電路組成放大電路放大電路 集成運(yùn)放集成運(yùn)放 A ； 選頻與正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻與正反饋網(wǎng)絡(luò) R、C 串串-并聯(lián)電路；并聯(lián)電路； 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 選取選取 R 與與 RF分別為正、負(fù)溫度系數(shù)的分別為正、負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，通過(guò)

2、調(diào)節(jié)放大倍數(shù)來(lái)穩(wěn)定輸出電壓幅值。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。圖圖 8-3 RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路串并聯(lián)式正弦波振蕩電路1）振蕩頻率）振蕩頻率RCf 2102）起振條件）起振條件1 FA 由起振條件知：由起振條件知：，時(shí)，時(shí)， 31 0Fff3 A所以起振條件為：所以起振條件為：RRAuFf1 大大倍倍數(shù)數(shù)為為同同相相比比例例運(yùn)運(yùn)放放的的電電壓壓放放RR 2 F即要求：即要求：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。善振蕩電路的輸出波形，提高帶負(fù)載能力。RRRFF 反饋系數(shù)反饋系數(shù)

3、改變改變RF，可改變反饋深度。，可改變反饋深度。增加負(fù)反饋深度，并且滿足增加負(fù)反饋深度，并且滿足3A則電路可以起振，并產(chǎn)生比較穩(wěn)定的正弦波信號(hào)。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)的熱敏電阻采用具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT代替反饋電阻代替反饋電阻RF ，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)幅?？蓪?shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)幅。RT 采用反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路如下圖所示采用反并聯(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，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)

4、電阻增大的特點(diǎn)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。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)幅的帶有二極管穩(wěn)幅的RC文氏橋振蕩器電路文氏橋振蕩器電路圖圖 討論：合理連接電路，組成文氏橋振蕩電路合理連接電路，組成文氏橋振蕩電路用用LC并聯(lián)諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)主要用來(lái)產(chǎn)生幾十主要用來(lái)產(chǎn)生幾十KHz以上的高頻信號(hào)以上的高頻信號(hào)頻率穩(wěn)定性較好頻率穩(wěn)定性較好LC型正弦波信號(hào)發(fā)生器類型型正弦波信號(hào)發(fā)生器類型變壓器反饋式變壓器反饋式電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式 (Colpitts)電感三點(diǎn)式（電感三點(diǎn)式（Hartley)當(dāng)頻率變化時(shí)，并聯(lián)電路阻抗的當(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

5、。大小和性質(zhì)都發(fā)生變化。并聯(lián)電路的導(dǎo)納并聯(lián)電路的導(dǎo)納LRCY jj 1電路發(fā)生并聯(lián)諧振。電路發(fā)生并聯(lián)諧振。時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) )( 020200 LRLC 圖圖 8-11 LC并聯(lián)電路并聯(lián)電路 2222)(j)(LRLCLRR 并聯(lián)諧振角頻率并聯(lián)諧振角頻率LCQLCLR.)(2200111111 RLQ0 諧振回路的品質(zhì)因數(shù)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)當(dāng)當(dāng) Q 1 時(shí)時(shí)LC10 LCf 210諧振頻率：諧振頻率：LRCLRCZ jj)j(j 11LC 并聯(lián)回路的阻抗并聯(lián)回路的阻抗電感中的電感中的R很小很小)(jLCRLCRL2111 )j(j)j(CLRLC 11 RLQ RCLYZ 001 回路等效阻抗：回

6、路等效阻抗：LC10 發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)圖圖 8-11 LC并聯(lián)電路并聯(lián)電路在諧振頻率附近，在諧振頻率附近，)(j220011 QZZ可見(jiàn)，可見(jiàn)，Q 值不同，回路的阻抗不同。值不同，回路的阻抗不同。不同不同 Q 值時(shí)，值時(shí)，LC 并聯(lián)電路的幅頻特性并聯(lián)電路的幅頻特性Z 0 Z01Z02Q1 Q2Q1Q2 若以若以LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為共射放大電并聯(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），路的集電極負(fù)載（調(diào)諧放大器），則電壓放大倍數(shù)則電壓放大倍數(shù)beurZAZ的幅頻特性曲線的幅頻特性曲線圖圖 8-11 LC并聯(lián)電路并聯(lián)電路相頻特性：相頻特性： 0 F+90- -90Q1Q2Q1 Q2

7、感性感性純阻純阻容性容性1. 當(dāng)當(dāng) f = f0 時(shí)，電路為純電阻時(shí)，電路為純電阻性，等效阻抗最大；當(dāng)性，等效阻抗最大；當(dāng) f f0 時(shí)，電路為時(shí)，電路為容性。所以容性。所以 LC 并聯(lián)電路具有并聯(lián)電路具有。2. 電路的品質(zhì)因數(shù)電路的品質(zhì)因數(shù) Q 愈大，愈大，愈好。愈好。Z的相頻特性曲線的相頻特性曲線結(jié)論：結(jié)論：Z 0 Z01Z02Q1 Q2Q1Q2圖圖 8-11 LC并聯(lián)電路并聯(lián)電路1、電路組成、電路組成用用“瞬時(shí)極性法瞬時(shí)極性法”判斷：判斷： - - 2、振蕩頻率和起振條件、振蕩頻率和起振條件LCf 210振蕩頻率振蕩頻率起振條件起振條件MCRr be 圖圖 8-14變壓器反饋式振蕩電路變

8、壓器反饋式振蕩電路 教材教材p414正反饋，正反饋，滿足自激振滿足自激振蕩的相位平衡條件。蕩的相位平衡條件。同名端：相位相同的端同名端：相位相同的端二. 變壓器反饋式電路)(0iffUfUC1是必要的嗎？是必要的嗎？特點(diǎn)：特點(diǎn)： 易振，波形較好；耦合不緊密，易振，波形較好；耦合不緊密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。分析電路是否可能產(chǎn)生正弦分析電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的步驟：波振蕩的步驟：1) 是否存在四個(gè)組成部分是否存在四個(gè)組成部分2) 放大電路是否能正常工作放大電路是否能正常工作3) 是否滿足相位條件是否滿足相位條件4) 是否可能滿足幅值條件是否可能滿足幅值條件 為使為使

9、N1、N2耦合緊密，將它們合二為一，組成電感反饋式耦合緊密，將它們合二為一，組成電感反饋式電路。電路。必須有合適的同銘端！必須有合適的同銘端！為什么用分為什么用分立元件電路立元件電路如何組成？如何組成？1、電路組成、電路組成“用瞬時(shí)極性用瞬時(shí)極性”判斷：判斷：- - - - -2、振蕩頻率和起振條件、振蕩頻率和起振條件CMLLLCf)2(2121210 振蕩頻率振蕩頻率起振條件起振條件LRrMLML be21 圖圖 8-15 電感反饋式振蕩電路電感反饋式振蕩電路 正反饋，正反饋，滿足滿足自激振蕩的相位平自激振蕩的相位平衡條件。衡條件。（教材（教材p416）三. 電感反饋式電路反饋電壓取自哪個(gè)線

10、圈？反饋電壓取自哪個(gè)線圈？反饋電壓的極性？反饋電壓的極性？)(0iffUfU必要嗎？必要嗎？ 電感的三個(gè)抽頭分別接晶電感的三個(gè)抽頭分別接晶體管的三個(gè)極，故稱之為電體管的三個(gè)極，故稱之為電感三點(diǎn)式電路。感三點(diǎn)式電路。電路特點(diǎn)？電路特點(diǎn)？三. 電感反饋式電路特點(diǎn)：耦合緊密，易振，振特點(diǎn)：耦合緊密，易振，振幅大，幅大，C 用可調(diào)電容可獲得用可調(diào)電容可獲得較寬范圍的振蕩頻率。波形較寬范圍的振蕩頻率。波形較差，常含有高次諧波。較差，常含有高次諧波。減小。增大，則具有相關(guān)性；若增大與故阻就是它自身的負(fù)載，因?yàn)榉糯箅娐返妮斎腚奆ANFA 1 由于電感對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)較大的電抗，故波形中含高由于電感對(duì)高頻信號(hào)呈

11、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。次諧波，為使振蕩波形好，采用電容反饋式電路。用用瞬時(shí)極性法瞬時(shí)極性法判斷判斷反饋性質(zhì)。反饋性質(zhì)。 正反饋，正反饋，滿足滿足自激振蕩的相位平衡自激振蕩的相位平衡條件。條件。212102121CCCCLLCf 振蕩頻率振蕩頻率起振條件起振條件LRrCC be12 - - - - - 圖圖 8-16 電容反饋式振蕩電路電容反饋式振蕩電路 - - - -（教材（教材p417）四. 電容反饋式（電容三點(diǎn)式）電路iUfU)(2121210CCCCLf 若要振蕩頻率高，則若要振蕩頻率高，則L、C1、C2的取值就要小。當(dāng)電容減的取值就要小。

12、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)在小到一定程度時(shí)，晶體管的極間電容將并聯(lián)在C1和和C2上，影上，影響振蕩頻率。響振蕩頻率。LCfCCCC21 021，則且若特點(diǎn)：波形好，振蕩頻率調(diào)整范圍小，適于頻率固定的場(chǎng)合。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。C與放大電路參數(shù)無(wú)關(guān)與放大電路參數(shù)無(wú)關(guān)作用？作用？210111121CCCLf 振蕩頻率振蕩頻率選擇選擇 C C1， C C交流等效電路交流等效電路CCCCCCLf 00021)( 振蕩頻率振蕩頻率2121CCCCC CCC 0 由于由于s021fLCf 利用晶體作為一個(gè)電利用晶體作為一個(gè)電感來(lái)組成選頻網(wǎng)絡(luò)感來(lái)組成選頻網(wǎng)

13、絡(luò)圖圖 8-23串聯(lián)型石英晶體振蕩電路串聯(lián)型石英晶體振蕩電路當(dāng)振蕩頻率等于當(dāng)振蕩頻率等于 fS 時(shí)，時(shí)，晶體阻抗最小，且為純電晶體阻抗最小，且為純電阻，相移為零。此時(shí)正反阻，相移為零。此時(shí)正反饋?zhàn)顝?qiáng)，電路滿足自激振饋?zhàn)顝?qiáng)，電路滿足自激振蕩條件。蕩條件。振蕩頻率振蕩頻率sff 0調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) R 可改變反饋的強(qiáng)弱，以獲得良好的正弦波?？筛淖兎答伒膹?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：改錯(cuò)，使電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩同名端對(duì)嗎？同名端對(duì)嗎？放大電路能放大嗎？放大電路能放大嗎？各電容的作用？各電容的作用？清華大學(xué) 華成英 討論二同銘端？同銘端？iU能產(chǎn)生正弦

14、能產(chǎn)生正弦波振蕩嗎？波振蕩嗎？“判振判振”時(shí)的注意事項(xiàng)：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；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)處加斷開(kāi)反饋，在斷開(kāi)處加 f=f0的輸入電壓；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。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三個(gè)電路有什么相同之處？這樣的電路形式有什么好處？好處？ 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)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（行比較，然后將

15、比較結(jié)果以數(shù)字量的形式（“0”或者或者“1”）輸出。輸出。 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)放處于于“或引入了或引入了“。+Vcc -Vcc 過(guò)零比較器電路過(guò)零比較器電路+UOpp - -UOpptuOOccOPPIVUuuu- 000時(shí)，時(shí)，故，故由于由于ccOPPIVUuu 00時(shí)時(shí)，狀態(tài)發(fā)生跳變。狀態(tài)發(fā)生跳變。時(shí)，輸出時(shí)，輸出0 uuuuIREFURRRu212 UREF+Au0R2R1uI+UOpp - -UOpptuOOREFURRRu212 ccOPPREFIVUuURRRu 0212時(shí)時(shí)，ccOPPREFIVUuURRRu

16、0212時(shí)時(shí)，單限比較器的單限比較器的作用：作用：狀狀態(tài)態(tài)發(fā)發(fā)生生跳跳變變。時(shí)時(shí)，輸輸出出0 uuuuI 2）在輸入電壓）在輸入電壓uI由小逐漸增由小逐漸增大，大，當(dāng)當(dāng) uI = u+ + 時(shí)，輸出電壓時(shí)，輸出電壓u0的的狀態(tài)由狀態(tài)由+UZ跳變至跳變至-UZ。這時(shí)。這時(shí)運(yùn)行原理運(yùn)行原理1）電路有正反饋，輸出）電路有正反饋，輸出不可能為不可能為0；則則 TZUURRRu322 TZUURRRu3-22+Uz - -UztuOO TU TU TU+Au0R2R1uIUZR3P+Uz - -UztuOO TU TU TU+Au0R2R1uIUZR3P)(ZpURRRu 322RC 充放電充放電回路回

17、路開(kāi)關(guān)器開(kāi)關(guān)器件件圖圖 8-24 矩形波發(fā)生電路的原理圖矩形波發(fā)生電路的原理圖圖圖 8-25開(kāi)關(guān)器件：由集成運(yùn)放、開(kāi)關(guān)器件：由集成運(yùn)放、R1、R2等構(gòu)成的滯回比較器；等構(gòu)成的滯回比較器；延遲環(huán)節(jié)：延遲環(huán)節(jié)：RC充放電回路；充放電回路；鉗位電路：鉗位電路：VDZ、R3。Z URRRu211 這時(shí)這時(shí)tOuCZ211URRR Z211URRR OuOZU ZU tu+u t1t2Z URRRu211 這時(shí)這時(shí)2T2TZCUuut 0001 ，時(shí)時(shí)，）設(shè)設(shè)ZCZUuuuuCRU 02變變，時(shí)時(shí)，輸輸出出跳跳當(dāng)當(dāng)充充電電，向向電電容容通通過(guò)過(guò)） 。跳跳變變，輸輸出出又又一一次次時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)放放電電，向向

18、通通過(guò)過(guò)）電電容容ZCZUuuuuURC 0 -3 放電放電充電充電電容的充放電規(guī)律：電容的充放電規(guī)律： )(e)()0()( CtCCCuuutu 選擇放電選擇放電t1-t2段計(jì)算：段計(jì)算：Z)(URRRtuC2111 Z)(UuC RC )ln( 21212RRRCT 解解得得： 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，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。即可改變振蕩周期。t1t22T2TtOuCZ211URRR Z211URRR OuOZUZU tt3圖圖 8-27， )(ZURRRtuC2112 2Tt 圖圖 8-29改變電容的充放電路徑，使電

19、容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)占的充、放電時(shí)間常數(shù)不同，實(shí)現(xiàn)占空比空比（ D =T1/T）可調(diào)?？烧{(diào)。充電時(shí)間充電時(shí)間 T1放電時(shí)間放電時(shí)間 T2)21ln()(221W1RRCRRT )21ln()(221W2RRCRRT 占空比占空比 DWWRRRRTTTD 2211tOuCuOtOT1T2T圖圖 8-31 電路電路OuO1ZU ZU tOuOTU-TUt當(dāng)當(dāng) u+ = u = 0 時(shí)，即時(shí)，即oouRRRuRRRu2121211 滯回比較器的輸出發(fā)生跳變。滯回比較器的輸出發(fā)生跳變。)(-211o210ZURRuRRuZTZTURRUURRU21-21- , 令令輸出為三角波。輸出為三角波。為方波，為方波，輸出輸出，由于充、放電路徑相同由于充、放電路徑相同001u