第八章 波形產(chǎn)生電路wj

第8章波形產(chǎn)生電路第8章波形產(chǎn)生電路8.1正弦波振蕩電路

8.1.1正弦波振蕩電路的振蕩條件

8.1.2RC文氏橋正弦波振蕩電路

8.1.3LC正弦波振蕩電路

8.1.4石英晶體正弦波振蕩電路8.2非正弦波產(chǎn)生電路

8.2.1電壓比較器

8.2.2方波發(fā)生器

8.2.3三角波發(fā)生器

8.2.4鋸齒波發(fā)生器11.正弦波振蕩的條件無(wú)外加信號(hào)，輸出一定頻率一定幅值的信號(hào)。與負(fù)反饋放大電路振蕩的不同之處：在正弦波振蕩電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。在電擾動(dòng)下，對(duì)于某一特定頻率f0的信號(hào)形成正反饋：由于半導(dǎo)體器件的非線性特性及供電電源的限制，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，穩(wěn)定在一定的幅值。。8.1.1正弦波振蕩電路的振蕩條件8.1

正弦波振蕩電路2顯然，要使電路維持振蕩，必須有幅值平衡條件相位平衡條件起振條件：要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的f0，且在合閘通電時(shí)對(duì)于f=f0信號(hào)有從小到大直至穩(wěn)幅的過(guò)程，即滿足起振條件。8.1.1正弦波振蕩電路的振蕩條件1.正弦波振蕩的條件3幅值很小頻率豐富頻率趨于單一幅值逐漸增大逐漸變?yōu)閱我活l率的穩(wěn)幅振蕩2.起振與穩(wěn)幅：輸出電壓從幅值很小、含有豐富頻率，到僅有一種頻率且幅值由小逐漸增大直至穩(wěn)幅。8.1.1正弦波振蕩電路的振蕩條件41)放大電路(包括負(fù)反饋放大電路)：放大作用2)正反饋網(wǎng)絡(luò)：滿足相位條件3)選頻網(wǎng)絡(luò)：確定f0，保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩4)非線性環(huán)節(jié)（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）：穩(wěn)幅1)是否存在主要組成部分；2)放大電路能否正常工作，即是否有合適的Q點(diǎn)，信號(hào)是否可能正常傳遞，沒(méi)有被短路或斷路；3)是否滿足相位條件，即是否存在f0，是否可能振蕩

；4)是否滿足幅值條件，即是否一定振蕩。常合二為一4.分析方法3.基本組成部分8.1.1正弦波振蕩電路的振蕩條件5相位條件的判斷方法：瞬時(shí)極性法

斷開(kāi)反饋，在斷開(kāi)處給放大電路加f＝f0的信號(hào)Ui，且規(guī)定其極性，然后根據(jù)

Ui的極性→Uo的極性→Uf的極性若Uf與Ui極性相同，則電路可能產(chǎn)生自激振蕩；否則電路不可能產(chǎn)生自激振蕩。在多數(shù)正弦波振蕩電路中，輸出量、凈輸入量和反饋量均為電壓量。極性？6常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分類(lèi)。1)RC正弦波振蕩電路：1兆赫以下2)LC正弦波振蕩電路：幾百千赫～幾百兆赫3)石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定5.分類(lèi)8.1.1正弦波振蕩電路的振蕩條件71.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)低頻段高頻段在頻率從0～∞中必有一個(gè)頻率f0，φF＝0o。8.1.2RC文氏橋正弦波振蕩電路8當(dāng)f=f0時(shí)，不但φ=0，且最大，為1/3。RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)8.1.2RC文氏橋正弦波振蕩電路91)是否可用共射放大電路？2)是否可用共集放大電路？3)是否可用兩級(jí)共射放大電路？應(yīng)為RC串并聯(lián)網(wǎng)路配一個(gè)電壓放大倍數(shù)略大于3、輸入電阻趨于無(wú)窮大、輸出電阻趨于0的放大電路。電壓串聯(lián)負(fù)反饋不符合相位條件不符合幅值條件可引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使電壓放大倍數(shù)大于3，且Ri大、Ro小，對(duì)f0影響小2.RC文氏橋正弦波振蕩電路8.1.2RC文氏橋正弦波振蕩電路10用同相比例運(yùn)算電路作放大電路。

因同相比例運(yùn)算電路有非常好的線性度，故R1

或Rf

用熱敏電阻，或加二極管作為非線性環(huán)節(jié)。文氏橋振蕩器的特點(diǎn)？以RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)、并引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成橋路，一對(duì)頂點(diǎn)作為輸出電壓，一對(duì)頂點(diǎn)作為放大電路的凈輸入電壓，就構(gòu)成文氏橋振蕩器。2.RC文氏橋正弦波振蕩電路8.1.2RC文氏橋正弦波振蕩電路11用瞬時(shí)極性法判斷可知，電路滿足相位平衡條件電路可以輸出頻率為的正弦波當(dāng)時(shí)，此時(shí)若放大電路的電壓增益為則振蕩電路滿足振幅平衡條件振蕩電路工作原理8.1.2RC文氏橋正弦波振蕩電路12采用非線性元件穩(wěn)幅措施熱敏元件熱敏電阻即熱敏電阻的作用起振時(shí)，Rf溫度↑8.1.2RC文氏橋正弦波振蕩電路13改變電容以粗調(diào)，改變電位器滑動(dòng)端以微調(diào)。加穩(wěn)壓管可以限制輸出電壓的峰-峰值。同軸電位器頻率可調(diào)的文氏橋振蕩器14矩形波三角波鋸齒波尖頂波常見(jiàn)的非正弦波8.2非正弦波產(chǎn)生電路15作業(yè)8.5,8.7,8.8,8.98.1振蕩電路與放大電路有何異同點(diǎn)。解：振蕩電路和放大電路都是能量轉(zhuǎn)換裝置。振蕩電路是在無(wú)外輸入信號(hào)作用時(shí)，電路自動(dòng)地將直流能量轉(zhuǎn)換為交流能量；放大電路是在有外輸入信號(hào)控制下，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。8.2

正弦波振蕩器振蕩條件是什么？負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激的條件是什么？?jī)烧哂泻尾煌?，為什么？解：正弦波振蕩電路的振蕩條件為，電路為正反饋時(shí)，產(chǎn)生自激的條件。負(fù)反饋放大電路的自激條件為，電路為負(fù)反饋時(shí)，產(chǎn)生自激的條件。8.3

根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)的不同，正弦波振蕩器可分為哪幾類(lèi)？各有什么特點(diǎn)？解：正弦波振蕩電路可分為RC正弦波振蕩器，LC正弦波振蕩器和石英晶體振蕩器。RC正弦波振蕩器通常產(chǎn)生低頻正弦信號(hào)，LC正弦波振蕩器常用來(lái)產(chǎn)生高頻正弦信號(hào)，石英晶體振蕩器產(chǎn)生的正弦波頻率穩(wěn)定性很高。8.4正弦波信號(hào)產(chǎn)生電路一般由幾個(gè)部分組成，各部分作用是什么？解：正弦波振蕩電路通常由四個(gè)部分組成，分別為：放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)。放大電路實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的控制，選頻網(wǎng)絡(luò)決定電路的振蕩頻率，正反饋網(wǎng)絡(luò)引入正反饋，使反饋信號(hào)等于輸入信號(hào)，穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)使電路輸出信號(hào)幅度穩(wěn)定。8.5當(dāng)產(chǎn)生20Hz～20KHz的正弦波時(shí),應(yīng)選用什么類(lèi)型的振蕩器。當(dāng)產(chǎn)生100MHz的正弦波時(shí),應(yīng)選用什么類(lèi)型的振蕩器。當(dāng)要求產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度很高的正弦波時(shí)，應(yīng)選用什么類(lèi)型的振蕩器。解：產(chǎn)生20Hz~20KHz的正弦波時(shí),應(yīng)選用RC正弦波振蕩器。產(chǎn)生100MHz的正弦波時(shí),應(yīng)選用LC正弦波振蕩器。當(dāng)要求產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度很高的正弦波時(shí)，應(yīng)選用石英晶體振蕩器。16作業(yè)8.6

電路如圖8.1所示，試用相位平衡條件判斷哪個(gè)電路可能振蕩，哪個(gè)不能振蕩，并簡(jiǎn)述理由。171.電壓比較器的功能：比較電壓的大小。輸入電壓是模擬信號(hào)；輸出電壓表示比較的結(jié)果，只有高電平和低電平兩種情況，為二值信號(hào)。使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓稱(chēng)為閾值電壓。廣泛用于各種報(bào)警電路。2.電壓比較器的描述方法

:電壓傳輸特性u(píng)O＝f(uI)電壓傳輸特性的三個(gè)要素：（1）輸出高電平UOH和輸出低電平UOL（2）閾值電壓UTH（3）輸入電壓過(guò)閾值電壓時(shí)輸出電壓躍變的方向8.2.1電壓比較器概述18電路特征：集成運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)或僅引入正反饋理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)：1)凈輸入電流為02)u+>u-時(shí)，

uO＝＋UOHu+<u-時(shí)，

uO＝－UOL無(wú)源網(wǎng)絡(luò)教學(xué)基本要求

1)電路的識(shí)別及選用；2)電壓傳輸特性的分析。8.2.1電壓比較器198.2.1電壓比較器特點(diǎn)：1.簡(jiǎn)單電壓比較器虛斷成立，虛短不成立（1）串聯(lián)型電壓比較器：輸入信號(hào)與參考電壓從不同輸入端輸入的比較器，具有輸入電阻大的特點(diǎn)反相輸入電壓比較器20（1）串聯(lián)電壓比較器

輸入為正負(fù)對(duì)稱(chēng)的正弦波時(shí)，輸出為方波。稱(chēng)為過(guò)零比較器當(dāng)把輸出電壓從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值稱(chēng)為門(mén)限電壓

1.簡(jiǎn)單電壓比較器21

當(dāng)1.簡(jiǎn)單電壓比較器（1）串聯(lián)電壓比較器22解：（2）并聯(lián)型電壓比較器利用疊加原理可得理想情況下，輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)對(duì)應(yīng)的U+＝U-＝0，即門(mén)限電壓1.簡(jiǎn)單電壓比較器接于同一端，并聯(lián)23（1）若要UTH>0，則應(yīng)如何修改電路？（2）若要改變曲線躍變方向，則應(yīng)如何修改電路？（3）若要改變UOL、UOH呢？門(mén)限電壓1.簡(jiǎn)單電壓比較器24應(yīng)為高電平錯(cuò)誤電平簡(jiǎn)單電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但抗干擾能力較差。因此提出了另一種抗干擾能力較的強(qiáng)遲滯電壓比較器。8.2.1電壓比較器252.遲滯比較器（1）電路組成（2）門(mén)限電壓為U+上門(mén)限電壓下門(mén)限電壓回差電壓8.2.1電壓比較器而U+與uo有關(guān)，對(duì)于uo的兩個(gè)值可得U+的兩個(gè)門(mén)限電壓262.遲滯比較器（3）傳輸特性8.2.1電壓比較器遲滯寬度表示抗干擾能力的強(qiáng)弱，遲滯寬度越寬，抗干擾能力越強(qiáng)，同時(shí)靈敏度越低。并且輸入電壓的峰值必須大于遲滯寬度，否則輸出電壓不可能跳變。遲滯寬度設(shè)ui＜UTH-，則u-＜u+，

uO＝+UZ。此時(shí)u+＝UTH+，增大

ui，直至+UTH+，再增大，

uO才從+UZ躍變?yōu)椋璘Z。設(shè)ui＞+UTH+，則u-＞u+，

uO＝－UZ。此時(shí)u+＝UTH-，減小

ui，直至UTH-，再減小，

uO才從－UZ躍變?yōu)?UZ。27解：（1）門(mén)限電壓（3）輸出電壓波形例電路如圖所示，試求門(mén)限電壓，畫(huà)出傳輸特性和如圖所示輸入信號(hào)下的輸出電壓波形。（2）傳輸特性28（1）寫(xiě)出u+、u-的表達(dá)式，令u+＝

u-，求解出的uI即為UTH；（2）根據(jù)集成運(yùn)放的輸出電壓幅值或輸出端限幅電路決定輸出的高、低電平；電壓比較器的分析方法（三要素）（3）根據(jù)輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端決定輸出電壓的躍變方向。291.若要電壓傳輸特性曲線左右移動(dòng)，則應(yīng)如何修改電路？討論一：如何改變滯回比較器的電壓傳輸特性2.若要電壓傳輸特性曲線上下移動(dòng)，則應(yīng)如何修改電路？3.若要改變輸入電壓過(guò)閾值電壓時(shí)輸出電壓的躍變方向，則應(yīng)如何修改電路？改變輸出限幅電路30討論二：從電壓傳輸特性識(shí)別電路，畫(huà)波形已知各電壓比較器的電壓傳輸特性如圖所示，說(shuō)出它們各為哪種電壓比較器；輸入電壓如圖所示，畫(huà)出各電路輸出電壓的波形。同相輸入單限比較器反相輸入滯回比較器窗口比較器你能分別組成具有圖示電壓傳輸特性的電壓比較器電路嗎？31輸出無(wú)穩(wěn)態(tài)，有兩個(gè)暫態(tài)；若輸出為高電平時(shí)定義為第一暫態(tài)，則輸出為低電平為第二暫態(tài)。1.基本組成部分

（1）開(kāi)關(guān)電路：因?yàn)檩敵鲋挥懈唠娖胶偷碗娖絻煞N情況，即兩個(gè)暫態(tài)；故采用電壓比較器。

（2）反饋網(wǎng)絡(luò)：因需自控，在輸出為某一暫態(tài)時(shí)孕育翻轉(zhuǎn)成另一暫態(tài)的條件，故應(yīng)引入反饋。

（3）延遲環(huán)節(jié)：要使兩個(gè)暫態(tài)均維持一定的時(shí)間，故采用RC環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，從而決定振蕩頻率。8.2.2方波發(fā)生器322.電路組成正向充電：

uO（+UZ）→R3→C→地反向充電：地→C→R3→uO（－UZ）RC回路滯回比較器8.2.2方波發(fā)生器333.工作原理

設(shè)合閘通電時(shí)電容上電壓為0，uO上升，則產(chǎn)生正反饋過(guò)程：

uO↑→u+↑→uO↑↑，直至uO＝UZ，u+＝+UT，為第一暫態(tài)。8.2.2方波發(fā)生器第一暫態(tài)：uO＝UZ，u+＝+UT。343.工作原理

電容正向充電，t↑→u-↑，t→∞，u-

→UZ；但當(dāng)u-

＝+UT時(shí)，再增大，uO從+UZ躍變?yōu)椋璘Z，u+＝－UT，電路進(jìn)入第二暫態(tài)。

電容放電，t↑→u-

↓，t→∞，u-

→－UZ；但當(dāng)u-

＝－UT時(shí)，再減小，uO從－UZ躍變?yōu)?UZ，u+

＝+UT，電路返回第一暫態(tài)。8.2.2方波發(fā)生器354.波形分析8.2.2方波發(fā)生器365.占空比可調(diào)電路

正向充電和反向充電時(shí)間常數(shù)可調(diào)，占空比就可調(diào)。8.2.2方波發(fā)生器378.2.3三角波發(fā)生器

1.電路組成

用積分運(yùn)算電路可將方波變?yōu)槿遣?。兩個(gè)RC環(huán)節(jié)實(shí)際電路將兩個(gè)RC環(huán)節(jié)合二為一為什么采用同相輸入的滯回比較器？uO要取代uC，必須改變輸入端。集成運(yùn)放應(yīng)用電路的分析方法：化整為零（分塊），分析功