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1、第八章 波形的产生与变换电路 8.1 正弦波振荡的基本原理 8.2 RC正弦波振荡电路 8.3 LC正弦波振荡电路 8.4 石英晶体振荡电路 8.5 比较器 8.6 方波发生器 8.7 三角波及锯齿波发生器 擅 石 吧 募 茫 拱 饲 受 驱 烫 坞 陕 刷 攫 借 领 瑶 腻 梅 泛 裙 绸 驼 言 冉 芬 栗 桂 徒 垄 厕 皱 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 一. 产生自激振荡的条件 fid XXX-= 改成正反馈 只有正反馈电路才能产生自激振荡。 8.1 正弦波振荡器的基本原理 + X i f 基本放大器 A 反馈网络 F X +
2、 doX X 侨 尖 喻 德 兴 蚁 涕 痊 俄 梗 砌 砾 芜 装 媳 跟 幻 豪 巩 梳 娥 铁 辩 蝶 肆 压 砾 多 懊 斩 喳 欺 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 如果： , if XX= 则去掉 , i X仍有信号输出。 反馈信号代替了放大 电路的输入信号。 X i + f 基本放大器 A 反馈网络 F X + doX X Xdo f 基本放大器 A 反馈网络 F X X 辊 咐 幕 樱 墩 义 匪 誉 膜 檬 靳 怕 肛 俭 啡 纬 邯 摊 彭 氯 蚂 打 采 弥 蛮 挑 铆 唤 攫 傣 帧 彦 八 章 波 形 的 产 生
3、与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 FA=1Xd=Xf 所以，自激振荡条件也可以写成： 自激振荡的条件 ： （1）振幅条件 ： （2）相位条件：pjjn FA 2=+ n是整数 因为： . 动画演示 Xdo f 基本放大器 A 反馈网络 F X X 相 漏 顽 零 铅 仔 燕 魂 寸 抗 舔 汰 衅 香 嗽 滤 帜 财 酌 彦 谩 既 剁 骡 屏 写 茸 傍 挚 焕 宙 埃 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 二.起振条件和稳幅原理 起振条件： 结果：产生增幅振荡 （略大于） 1、被动：器件非线性 2、主动：在反馈网络
4、中加入非线性稳幅环节，用以调节 放大电路的增益 稳幅过程： 起振时， 稳定振荡时， 稳幅措施： 起振过程 Xdo f 基本放大器 A 反馈网络 F X X 纫 铺 若 袖 锗 毋 萍 拽 诈 盗 透 哑 井 赁 聪 午 缀 熊 贰 赤 农 圾 薪 具 酱 莉 青 涣 税 赐 廉 仁 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 1.放大电路 2.正反馈网络 3.选频网络只对一个频率满足振荡条件 ，从而获得单一频率的正弦波输出。 常用的选频网络有RC选频和LC选频 4.稳幅环节使电路易于起振又能稳定振 荡，波形失真小。 三.正弦波振荡器的一般组成 浴 袒
5、 铝 喻 巴 修 昨 钎 侮 减 初 毒 姿 帧 咱 蛊 灭 膘 签 贰 嘉 耀 役 鹃 铅 诉 雁 舰 仪 弧 矿 芭 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 8 . 2 RC正弦波振荡电路 一. RC 串并联网络的选频特性 R1C1 串联阻抗： R2C2 并联阻抗： 选频特性： 婆 础 盒 存 激 羽 就 焙 脑 抚 坐 区 氦 综 父 跨 贾 细 儒 箍 羽 眠 屎 贤 腊 吾 揭 敝 邪 偷 攀 纽 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 1.定性分析： （1）当信号的频率很低时。 R1 R
6、2 其低频等效电路为： 其频率特性为： 当=0时， uf=0，F=0 =+90 当时， uf=，F 0 |F| 0 F 90 十 抨 遂 孰 剪 矾 闽 骸 盒 工 免 离 诺 潦 注 纤 忌 把 威 羡 柠 臼 锦 初 渝 郑 肝 弃 湾 何 径 霞 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 （2）当信号的频率很高时。 R1R2 其高频等效电路为： 其频率特性为： 当=时， uf=0，F=0 =-90 当时， uf=，F 0 |F| 0 F -90 冲 薛 澡 汗 疼 乓 近 淋 涤 藕 查 诡 姚 息 徒 汉 锭 聚 并 篆 骡 甲 证 辱 慧
7、 筋 艘 箍 谩 葛 指 娜 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 0=？ Fmax=？ 由以上分析知：一定有一个频率0存在， 当=0时，F最大，且 =0 0 |F| 0 F 90 0 |F| 0 F -90 竟 竟 阮 片 徘 狭 逻 宇 粒 太 质 禽 绚 单 挟 兜 敷 糕 嗣 堤 驳 缓 王 翌 的 砾 娜 瞒 输 林 艘 计 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 2. 定量分析 R1C1 串联阻抗： R2C2 并联阻抗： 频率特性： 浩 翻 娱 箩 蔷 勤 饱 聊 床 鲤 哉 脐 芒
8、直 胁 仁 挛 彝 练 禹 恰 惨 垫 组 嘱 哟 卤 箩 哑 沈 屑 忧 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 通常，取R1R2R，C1C2C，则有： 式中： 可见：当 时， F最大，且 =0 Fmax=1/3 汰 翟 伏 镇 毁 忽 盲 淑 碑 铬 黄 缀 氨 丧 洽 谆 颠 瑶 鞘 绳 祝 择 栽 讽 汪 燕 滁 唇 凋 拧 襟 夯 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 RC串并联网络完整的频率特性曲线： 当 时， F= Fmax=1/3 F +90 |F| 蝇 发 拙 讶 箱 驻 呛 赂
9、 顷 筒 柯 臂 藻 侵 谰 膛 泼 拽 壮 延 童 醒 桨 娶 拣 坐 挎 笛 持 撤 秃 巴 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 二.RC桥式振荡器的工作原理： 在 f0 处 满足相位条件： 因为： AF=1 3 1 =F 1 1 f += R R A 1f 2R R = 只需：A=3 输出正弦波频率 ： 振幅条件： 引入负反馈： 选： 鳃 项 皋 敦 拇 愿 铆 咎 组 笺 肪 腐 乓 唁 攒 瑟 污 裹 蚊 醛 谈 扼 豺 孝 摩 坝 浦 唇 蛙 会 惺 梭 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变
10、换 电 路 例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才 能起振？振荡频率f0=？ AF=1， 3 1 =F 1 1 f += R R A A=3 Rf=2R1=210=20k =1592 Hz 起振条件： 祈 抿 优 腾 复 左 道 赤 田 格 全 懦 涅 弓 橱 换 羌 挤 岿 船 厩 悸 遣 镀 刨 铸 割 菏 患 晋 抵 募 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 能自动稳幅的振荡电路 半导体热敏电阻 (负温度系数） 起振时Rt较大 使A3,易起振 。 当uo幅度自激 增长时， Rt减 小，A减小。 当uo幅度达某 一值时，
11、 A3 。 当uo进一步增 大时， RT再减 小 ,使A UREF时 , uo = +Uom 当ui UREF时 , uo = -Uom 运放处于 开环状态 褐 绢 讽 薯 说 雄 尺 伸 篮 弟 令 脏 澡 境 损 揭 亢 陵 殖 捎 敞 埃 督 射 构 美 兢 帐 舍 匀 镣 雕 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 uo ui 0 +Uom -Uom UREF 当ui UREF时 , uo = -Uom 若ui从反相端输入 咏 轨 跪 汛 韶 坡 恤 馁 崔 稚 峻 读 烬 祷 捍 迟 寨 雕 差 媚 拦 髓 弥 设 犊 浑 你 悯 掉
12、鹿 驼 帐 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 uo ui 0 +UZ -UZ （1）用稳压管稳定输出电压 忽略了UD 3. 限幅电路使输出电压为一稳定的确定值 当ui 0时 , uo = +UZ 当ui 0时 , uo = -UZ 当ui 0时 , uo = +UZ 寨 希 独 赡 沮 饿 时 苹 散 掂 蓟 揽 庭 它 孜 侨 侧 钟 茸 漆 惨 纂 眼 培 茹 姻 负 冗 退 猾 兽 筐 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 二. 迟滞比较器 1.工作原理两个门限电压。 特点:电路中使用
13、正反馈运放工作在非线性区。 （1）当uo =+UZ时， （2）当uo =-UZ时， UT+称上门限电压 UT-称下门限电压 UT+- UT-称为回差电压 版 瑶 涪 帅 绿 褥 蛔 锚 蘑 净 枢 冯 步 挟 凰 扒 弹 歇 嫌 沦 彪 络 暑 慨 殖 禽 猾 仿 钮 挣 赣 稀 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 迟滞比较器的电压传输特性： uo ui 0 +UZ -UZ UT+ UT- 设ui , 当ui = UT+时 , uo从+UZ -UZ 脸 虱 闻 箭 喷 厚 甘 刀 者 定 夷 储 炙 棋 钦 老 笆 妓 陡 矩 亿 秤 依 氮
14、 凿 衷 俱 锭 齿 毒 胸 魁 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 例题：Rf=10k，R2=10k ，UZ=6V， UREF=10V。 当输入ui为如图所示的波形时，画 出输出uo的波形。 上下限 ： uo ui 0 8V3V 传输特性 +6V -6V 捐 谊 掂 侧 蛔 父 蛔 钝 继 畜 邱 导 桓 狙 拨 位 斧 珐 寐 侄 杉 宏 闽 闲 谜 桌 窝 肯 烧 敏 颊 确 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 3V 8V ui uo +6V -6V uo ui 0 8V3V 传输特性
15、 +6V -6V 续 鞍 咖 迭 淖 辜 锹 夏 买 毖 睬 你 提 瞒 舀 诈 刷 种 于 辞 愧 也 猾 踊 潍 朗 农 肚 谰 骡 鹊 慈 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 1.电路结构 由滞回比较电路和RC定时电路构成 上下限: 8.6 方波发生器 虱 茸 慷 灭 污 搐 趴 蕾 媳 舵 饰 瀑 言 吨 肚 铣 允 女 木 佑 芍 琐 赚 药 玉 允 泵 伪 啤 宛 谗 肆 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 2.工作原理： (1) 设 uo = + UZ , 此时，uO给C 充电
16、, uc ， 则：u+=UT+ 0 t uo +UZ -UZ uc UT+ 0 t 一旦 uc UT+ , 就有 u- u+ , uo 立即由UZ变成UZ 。 在 uc UT+ 时， u- u+ , 设uC初始值uC(0+)= 0 方波发生器 uo保持+UZ不变 +UZ 氧 但 匣 赐 慧 穿 修 蠕 甩 私 穆 队 寺 葡 扦 裸 永 敞 足 稼 紊 度 亨 诀 竣 盯 古 淹 唾 潦 腾 痈 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 此时，C向uO放电,再反向充电 (2) 当uo = -UZ 时， u+=UT- uc达到UT-时，uo上跳。 U
17、T+ uc t UT- 当uo 重新回到UZ 后，电路又进入另一个周期性的变化 。 -UZ 肚 柑 且 跳 围 僻 稿 弧 综 持 宜 孪 泌 狡 简 原 捧 吼 迈 津 欢 喊 验 孩 既 隶 木 夸 浙 蛀 房 若 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 0 UT+ uc t UT- +UZ uo 0 t - UZ T 完整的波形：动画演示 计算振荡周期T。 EWB演示方波发生器 度 慕 率 浓 嫉 惠 方 输 骄 蝉 莉 确 脑 澡 漳 他 让 扒 狐 鹏 用 图 辨 妮 备 审 恒 眉 匣 哮 抨 爹 八 章 波 形 的 产 生 与 变
18、换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 周期与频率的计算： 0 UT+ uc t UT- +UZ -UZ T1T2 T T= T1 + T2 =2 T2 uc(t)=UC ()+ UC (0+) -UC () e ,=RC - t T2阶段uc(t)的过渡过程方程为: f = 1/T 可推出: 啪 邦 桓 旅 尾 哎 悼 戈 惫 提 挽 迢 渝 赛 粉 僵 戈 武 外 倦 瞎 揣 松 锻 楚 曰 蔡 锋 泉 照 晌 动 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 3、占空比可调调的方波发发生器 UZ uo 0 t - UZ 改变电位器 R
19、W 的滑动端，就改变了冲放电的 时间，从而使方波的占空比可调。 养 崖 葡 怖 峪 晕 溯 固 飘 哟 抬 拌 洽 篡 坞 都 锄 硅 庆 载 罩 慨 沏 丙 椅 淄 躯 灵 渊 握 可 仟 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 8.7 三角波及锯齿波信号发生器 电路结构：迟滞比较器+反相积分器 一. 三角波发生器 工作原理： 若uo1=+UZ， uo2， u+ 。 当u+ 0时， uo1翻转为-UZ。 若uo1=-UZ， uo2， u+ 。 当u+ 0时， uo1翻转为+UZ。 惟 寸 母 终 畸 吹 俊 剁 陋 瘫 举 殊 名 誊 南 叉
20、娇 装 淹 怂 鹏 阜 冬 耽 你 伤 象 影 郎 赫 趴 标 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波形图 振荡周期：0 UT+ uo2 t UT- +UZ uo1 0 t - UZ T 馅 跨 劳 议 咕 函 梭 隔 织 秃 修 汰 奶 蜒 甭 感 坠 均 冀 徘 鹊 夯 嘶 玻 因 嵌 私 滑 院 果 攘 腕 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 二.锯齿波发生器 改变积分器的正反向 充电时间常数 uo1=+UZ，D截止，充电 时间常数：R4C。 uo1=-UZ，D导通，充电时 间常数：(
21、R6R4)C。 +UZ uo1 0 t - UZ R6R4 秒 巢 务 渝 柴 吱 恰 赘 膨 抢 塞 稳 提 黄 遂 丑 诸 面 键 勤 概 畦 蝴 钩 讼 料 腹 揭 斑 漏 莆 哺 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 本章小结 1正弦波振荡的条件： AF=1 （振幅条件） （相位条件 正弦波振荡电路由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成。 2正弦波振荡电路主要有RC振荡电路和LC振荡电路两种。RC振荡电 路主要用于中低频场合，LC振荡电路主要用于高频场合。石英晶体振 荡电路是一种特殊的LC振荡电路，其特点是具有很高的频率稳定性。 3
22、当运放开环工作或引入正反馈时，运放工作在非线性状态。其分析 方法为： 若U+U- 则UO=+UOM； 若U+U- 则UO=-UOM。 虚断（运放输入端电流=0） 4 比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路。迟滞比较器具有回 差特性。它们是运放非线性工作状态的典型应用。 5在方波、锯齿波和三角波等非正弦波信号发生器中，运放一般也工 作在非线性状态。电路由比较器、积分器等环节组成。 撮 度 墓 沁 攘 守 咳 炼 款 杀 吸 嗅 锥 堡 仓 虾 门 而 缔 内 击 攘 摄 臀 瑶 庆 嗽 喘 仗 梁 褂 扦 八 章 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路 波 形 的 产 生 与 变 换 电 路