【電子教案-模擬電子技術(shù)】第七章波形發(fā)生電路

1、波形發(fā)生電路第 7 章7.1正弦波振蕩電路7.2非正弦波信號產(chǎn)生電路小結(jié)7.1正弦波振蕩電路7.1.1 正弦波振蕩電路的工作原理7.1.2 RC 正弦振蕩7.1.3 LC 正弦振蕩引言信號產(chǎn)生電路(振蕩器Oscillators)分類：正弦波振蕩:非正弦波振蕩：RC 振蕩器(1 kHz 數(shù)百 kHz)LC 振蕩器(幾百 kHz 以上)石英晶體振蕩器(頻率穩(wěn)定度高)方波、三角波、鋸齒波等主要性要求能：輸出信號的幅度準確穩(wěn)定輸出信號的頻率準確穩(wěn)定引言7.1.1 正弦波振蕩電路的工作原理一、振蕩條件放大器反饋網(wǎng)絡(luò)UiAuFuUoUfRL微弱的電擾動中，某一頻率成分通過正反饋逐漸放大，則產(chǎn)生正弦振蕩。

2、振幅平衡條件 相位平衡條件n = 0, 1, 2, 二、起振條件起振條件放大器Au反饋網(wǎng)絡(luò)FuUoUfUi 1/FuAu = 1/FuOuiuoAuuoAu Fu 1Au Fu 3，穩(wěn)幅后 Au = 3。正溫度系數(shù)負溫度系數(shù)二極管穩(wěn)幅8R1R2V1V2R312.4 k R2 8.1 k起振時信號小，二極管電阻大Au 1 + (R2+ R3)/R1 3R2 2R1 - R3起振后二極管電阻逐漸減小，Au 1 + R2/R1 = 3為使失真?。篟2 2R1f0 = 1.94 kHz8.2 k6.2 k22 k4.3 k0.01 F8.2 k0.01 F二、RC 移相式振蕩電路8CRRfRCRC一節(jié)

3、 RC 環(huán)節(jié)移相 90二節(jié) RC 環(huán)節(jié)移相 180三節(jié) RC 環(huán)節(jié)移相 270對于的信號， 滿足相位平衡條件優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單缺點：選頻特性差，輸出波形差7.1.3 LC 振蕩電路類型：變壓器反饋式 、 電感三點式、 電容三點式一、變壓器反饋式 LC 振蕩電路LrCIs.L 的等效損耗電阻(一) LC 并聯(lián)回路的特性Z1. 諧振頻率 f02. 諧振阻抗 Z03. 回路品質(zhì)因數(shù) Q 4. 頻率特性0Z Z 0Q 大Q 小0f90-90Q 增大幅頻特性相頻特性5. 并聯(lián)諧振的本質(zhì) 電流諧振LuCr +iiLiC1) Z = Z0 呈純阻2)形成環(huán)流，大小是總電流的 Q 倍 ICILUI(二)變壓器反饋

4、式振蕩電路LC+VCCVRERB1RB2CECB滿足相位平衡條件1、電感三點式和電容三點式LC正弦波發(fā)生器把并聯(lián)LC回路中的C或L分成兩個，則LC回路就有三個端點。把這三個端點分別與三極管的三個極相連，就形成了LC三點式正弦波發(fā)生電路。它們又分為電感三點式和電容三點式兩類。LC三點式正弦波發(fā)生電路圖a）電感三點式b）電容三點式二、三點式 LC 振蕩電路2、組成LC三點式正弦波發(fā)生電路的規(guī)律LC三點式正弦波發(fā)生電路的一般結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖 LC三點式正弦波發(fā)生電路的一般結(jié)構(gòu)a）反相放大b）同相放大若考慮到a中的負載阻抗運放輸出電阻為，無反饋時的因此其中，為了使電路振蕩，應(yīng)有，上式應(yīng)為實數(shù)，分母的

5、需不應(yīng)為零，即：進而可得、上式說明，為了產(chǎn)生振蕩，的符號必須而必須與它們異號。由因為：所以得：為了產(chǎn)生振蕩，由上式可得：和因此，必須與異號。由于所以必然有結(jié)論：在LC三點式正弦波發(fā)生電路中，為了 滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件，同性 質(zhì)電抗的中間點必須接集成運放的同 相輸入端。3、 電感三點式 振蕩電路C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1M123優(yōu)點：缺點：易起振(L 間耦合緊)；易調(diào)節(jié)(C 可調(diào))。輸出取自電感，對高次諧波阻抗大，輸出波形差。4、 電容三點式振蕩電路考畢茲振蕩器(Colpitts)+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123LC3優(yōu)點：波形較好缺點：2) V 極

6、間電容影響 f01) 調(diào)頻時易停振C 3的改進三、石英晶體(Crystal)振蕩電路(一)石英晶體諧振器的阻抗特性1. 結(jié)構(gòu)和符號化學成分 SiO2結(jié)構(gòu)晶片涂銀層焊點符號2. 壓電效應(yīng)形變形變機械振動外力壓電諧振外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時，機械振動幅度急劇加大的現(xiàn)象。3. 等效電路rqC0CqLqLq 晶體的動態(tài)電感 (10-3 102 H)(大)Cq 晶體的動態(tài)電容 ( 0.1 pF)(小)rq 等效摩擦損耗電阻(小)Co 晶片靜態(tài)電容 (幾 幾十 pF)大小小大4. 頻率特性和諧振頻率fXfPfS容性容性感性5. 使用注意2)要有合適的激勵電平。過大會影響 頻率穩(wěn)定度、振壞晶片；

7、過小會使 噪聲影響大，還能停振。1)要接一定的負載電容 CL(微調(diào))， 以達標稱頻率。(二)石英晶體諧振電路1. 串聯(lián)型 f = fs，晶體呈純阻+VCCVRERB1RB2CBLC2. 并聯(lián)型fs f fp，晶體呈感性+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC7.2非正弦波信號 產(chǎn)生電路7.2.1 電壓比較器7.2.2 方波產(chǎn)生電路7.2.3 壓控方波產(chǎn)生電路7.2.4 三角波發(fā)生電路7.2.1 電壓比較器(Comparer)一、單限電壓比較器功能：類型基本比較器簡單比較器(單門限)窗口比較器(雙門限)遲滯比較器(施密特觸發(fā)器)比較電壓信號(被測試信號與標準信號)大小8uIuOOuIuO1

8、. 過零電壓比較器uI 0UOmax-UOmaxUOHUOLOuIuO2. 同相輸入單門限比較器8uIUREFUZUZUREFuI UREF門限電壓 UT特點:1)工作在非線性區(qū)2)不存在虛短 (除了uI = UREF 時) 3)存在虛斷門限電壓 UT = UREF二、窗口比較器uO88U1U2uIV1V2uO1uO2設(shè) U1 U2 ，比較器采用單電源uIuO1 uO2 V1 V2uO U1U2 uI U1UOmax截止 導通UZ0UOmax0導通 截止UZ00截止 截止0UZOuIuOU1U2應(yīng)用舉例 三極管 值分選電路885 V2.5 VV1V2V+15 V10 k20 k20 k430

9、k1 M5 k1.5 k3CG50 100，LED 不亮。分析電路是否滿足要求： 100，LED 亮，解IB = (15 - 0.7 ) /1430= 0.01 mA當 50 時，IC 0.5 mA，UC 100 時，IC 1 mA，UC 5 V V1 導通，LED 亮當 50 100 時，2.5 V UC uP 時， uO = -UZ當 uI uP 時， uO = +UZ當 uI = uP 時， 狀態(tài)翻轉(zhuǎn)例：R1 = 30 k，R2 =15 k, UZ = 6 V, UREF = 0, 求 UT。特點：2)傳輸特性RR18uIUREFR2R3UZPuOOuIuOUT+UT-UZ-UZ當 uI

10、 逐漸增大時 只要 uI UT+ ，則 uO = -UZ當 uI 逐漸減小時只要 uI U T- ，則 uO = -UZ一旦 uI I01電子開關(guān) S1. 原理1188+VCCRRRRSCI01I02uC6932-VEE或地10反相器電壓跟隨器正弦波變換器當 Q = 0，S 斷開，C 充電 (I01) 至 2/3VCCQ = 1當 Q = 1，S 閉合，C 放電 (I02 -I01) 至 1/3VCCQ = 0當 I02 = 2I01， 引腳 9 輸出方波，引腳 3 輸出三角波；當 I02 2I01， 引腳 9 輸出矩形波，引腳 3 輸出鋸齒波。2. 應(yīng)用12345678ICL80381413

11、12111091314正弦波失真度調(diào)整正弦波失真度調(diào)整正弦波輸出三角波輸出矩形波輸出調(diào)頻偏置電壓輸入調(diào)頻偏置電壓輸出接電阻 RA接電阻 RB接電容 C+VCC-VEE (或地)調(diào)占空比和正弦波失真調(diào)頻率調(diào)占空比和正弦波失真RP2RP4 RP1+VCC-VEERRAICL803845131011128RBRP3CC16921. 獲得三角波的基本方法方波積分電路三角波2. 鋸齒波發(fā)生電路在三角波發(fā)生電路中，如果電容的充電、放電時間常數(shù)不相等，則可使積分電路的輸出為鋸齒波。7.2.4 三角波發(fā)生電路小 結(jié)第 7 章一、信號產(chǎn)生電路的分類：正弦波振蕩:非正弦波振蕩：RC 振蕩器 (低頻)LC 振蕩器

12、(高頻)石英晶體振蕩器(振蕩頻率精確)方波、三角波、鋸齒波等。二、正弦波振蕩條件、電路結(jié)構(gòu)和選頻電路1. 振蕩條件 振幅平衡條件 相位平衡條件n = 0, 1, 2, 判斷電路是否起振采用瞬時極性法，即斷開反饋網(wǎng)絡(luò)，加一信號，如果信號極性逐級變化后，返回后與原信號同極性，則滿足相位平衡條件。2. 振蕩電路的兩種結(jié)構(gòu)放大器選頻正反饋網(wǎng)絡(luò)UoUfUi選頻放大器正反饋網(wǎng)絡(luò)UoUfUi3. 選頻電路及其特性1) RC 串并聯(lián)式幅頻特性0Fu .相頻特性0f90 90當 = 0 = 1/RC 時Fu= 1/3. = 0電路2) LC并聯(lián)諧振回路LuCr +iiLiC阻抗幅頻特性電路0Z Z 0阻抗相頻特

13、性0f90 90諧振頻率諧振阻抗回路品質(zhì)因數(shù)三、正弦波振蕩電路1. RC 橋氏振蕩電路8CR1RfRCR振蕩頻率振蕩條件即自動穩(wěn)幅措施：使電 Au 成為非線性Rf 串接二極管(圖略)Rf 串接負溫度系數(shù)熱敏電阻R1 采用正溫度系數(shù)熱敏電阻3. LC 振蕩電路變壓器反饋式LC+VCCVRERB1RB2CECB電感三點式C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1電容三點式+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123四、石英晶體振蕩電路1. 等效電路和頻率特性符號等效電路rqC0CqLq頻率特性fXfPfS串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率2. 石英晶體諧振電路串聯(lián)型 f = fs，晶體呈純阻并聯(lián)型fs f fp，晶體呈感性五、比較器OuIuOUZUREFUZ1. 單限電壓比較器 傳輸特性O(shè)uIuOUZUREFUZ特點：1) 工作在非線性區(qū)2) 不存在虛短 (除了uI = UREF 時) 3) 存在虛斷門限電壓 UT = UREF六、非正弦波振蕩電路1. 產(chǎn)生方波振蕩的基本原理CuOR施密特觸發(fā)器當施密特觸發(fā)器輸出高(低)電平時，電容 C 的充電方向不同，每當 uC 超過上(下)門限電壓時，施密特觸發(fā)器的輸出電平就發(fā)生跳變，使電容改變充電方向，于是形成 uO 周而復始的高、低電平跳變，即方波振蕩。施密特觸發(fā)器的構(gòu)成：遲滯比較器 (運放接成正反饋) 555 定時器的施密特觸