波形發(fā)生電路1第1頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一§9.1

正弦波振蕩電路的分析方法9.1.1產(chǎn)生正弦波振蕩的條件放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)+–改成正反饋+第2頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)++如果：則去掉，仍有信號輸出。放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)反饋信號代替了放大電路的輸入信號。第3頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生自激振蕩的條件是振幅平衡條件相位平衡條件第4頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋；振幅條件可以通過調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達(dá)到。對照第五章中所討論的負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件：與本節(jié)得到的自激振蕩條件相比，兩者相差一個(gè)負(fù)號，這是由于兩者反饋極性不同所致。+-(a)負(fù)反饋（相減）++(a)正反饋（相加）反饋放大電路輸入信號和反饋信號的符號關(guān)系：第5頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一問題1：如何起振？Uo

是振蕩器的電壓輸出幅度，B是要求輸出的幅度。起振時(shí)Uo=0，達(dá)到穩(wěn)定振蕩時(shí)Uo=B。放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動(dòng)，這些擾動(dòng)可分解為各種頻率的分量，其中也包括有fo分量。選頻網(wǎng)絡(luò)：把fo分量選出，把其他頻率的分量衰減掉。這時(shí)，只要：，且A+F=2n，即可起振。第6頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一問題2：如何穩(wěn)幅？起振后，輸出將逐漸增大，若不采取穩(wěn)幅措施，這時(shí)若仍大于1，則輸出將會(huì)飽和失真。達(dá)到需要的幅值后，將參數(shù)調(diào)整為

，即可穩(wěn)幅。起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：時(shí)，時(shí)，時(shí)，穩(wěn)幅由電路中的非線性元件實(shí)現(xiàn)第7頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一9.1.2正弦波振蕩的組成和分析步驟組成：放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)分析步驟：一、判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩1.是否具備正弦波振蕩的組成部分；2.靜態(tài)工作點(diǎn)是否能保證放大電路正常工作；3.是否滿足自激振蕩條件（相位條件和幅度條件）。二、估算振蕩頻率和起振條件振蕩頻率由相位平衡條件決定，起振條件由幅度條件決定。第8頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一§9.2

RC正弦波振蕩電路9.2.1RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路+-AR1R2R’C1RFC2選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)R1、C1

，R2、C2

，RF

，R’

組成電橋的四個(gè)臂——文氏電橋電路。一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性R1R2C1C2+-+-Z1Z2低頻時(shí)，1/C1>>R1，1/C2>>R2，此時(shí)可將R1和1/C2忽略。低頻等效電路為：第9頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一R1R2C1C2+-+-Z1Z2低頻R2C1+-+-高頻時(shí)，1/C1<<R1，1/C2<<R2，此時(shí)可將1/C1和R2忽略。高頻等效電路為：越低，1/C1越大，的幅度越小，且其相位超前越多。當(dāng)0時(shí)，0，F(xiàn)+90。第10頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一R1R2C1C2+-+-Z1Z2高頻C2R1+-+-越高，1/C2越小，的幅度越小，且其相位滯后越多。當(dāng)時(shí)，0，F(xiàn)-

90。只有當(dāng)為某一中間值時(shí)，才有可能得到的值較大，且與同相。第11頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一頻率特性R1R2C1C2+-+-Z1Z2第12頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一取R1=R2=R，C1=C2=C則第13頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一令則幅頻特性相頻特性第14頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)時(shí)，，即當(dāng)時(shí)，，且與同相0f1/3f0(a)幅頻特性(b)相頻特性0ff0+90–90第15頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一二、振蕩頻率與起振條件+-AR1R2R’C1RFC2相位平衡條件要求：時(shí)而放大電路部分是集成運(yùn)放，采用同相輸入，在中頻范圍內(nèi)時(shí)可見電路的振蕩頻率為1.振蕩頻率第16頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一2.起振條件+-AR1R2R’C1RFC2時(shí)起振條件要求而同相比例運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)為為使電路起振，振蕩電路中負(fù)反饋支路的參數(shù)必須滿足第17頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一三、振蕩電路中的負(fù)反饋+-AR1R2R’C1RFC2電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路中電壓串聯(lián)負(fù)反饋的作用：(1)提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性;(2)改善振蕩電路的輸出波形;(3)進(jìn)一步提高放大電路的輸入電阻，降低輸出電阻;(4)減小放大電路對RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)選頻特性的影響(5)提高振蕩電路的帶負(fù)載能力。負(fù)反饋系數(shù)：改變RF或R’的阻值大小可以調(diào)節(jié)負(fù)反饋的深度，使振蕩電路產(chǎn)生比較穩(wěn)定而失真又較小的正弦波信號。第18頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一能自行啟動(dòng)的電路（1）+-AR1R2R’C1RTC2t半導(dǎo)體熱敏電阻tRTA負(fù)反饋系數(shù)：F起振時(shí)，RT略大于2R’，使|AF|>1，以便起振；起振后，uo逐漸增大，則RT逐漸減小，使得輸出uo為某值時(shí)，|AF|=1，從而穩(wěn)幅。第19頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一+-ARRCCVD1VD2R22R21R1能自行啟動(dòng)的電路（2）負(fù)反饋系數(shù)：R22為一小電阻，使(R21+R22)略大于2R1，|

AF

|>1，以便起振；隨著uo的增加，R22逐漸被短接，A自動(dòng)下降到使|

AF

|=1，使得輸出uo穩(wěn)定在某值。第20頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一RFRCCRR1R1R2R2R3R3+-AKKuo四、振蕩頻率的調(diào)節(jié)通過調(diào)整

R

或

C

來調(diào)整頻率。K：雙聯(lián)波段開關(guān)，切換R，用于粗調(diào)振蕩頻率。C：雙聯(lián)可調(diào)電容，

改變C，用于細(xì)

調(diào)振蕩頻率。第21頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一RF1R1CC+-A+uoRF2D1D2RR21R22R23R24R25R26R27R28電子琴的振蕩電路：第22頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一例：一臺由文氏電橋振蕩電路組成的正弦波信號發(fā)生器，采用如圖方法調(diào)節(jié)輸出頻率。切換不同的電容作為頻率粗調(diào)，調(diào)節(jié)同軸電位器作為細(xì)調(diào)。已知C1、C2、C3、分別為0.25F、0.025F

、0.0025F

，固定電阻R=3k，電位器RW=30k。試估算該儀器三擋頻率的調(diào)節(jié)范圍。RWRRWRC1C2C3C1C2C3解：(1)在低頻擋，C=0.25F，當(dāng)電位器調(diào)至最大時(shí)，

R+RW=(3+30)k=33k當(dāng)電位器調(diào)至零時(shí)，R+RW=3k第23頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一(2)在中頻擋，C=0.025F。當(dāng)電位器調(diào)至最大時(shí)，當(dāng)電位器調(diào)至零時(shí)，(3)在高頻擋，C=0.0025F。當(dāng)電位器調(diào)至最大時(shí)，當(dāng)電位器調(diào)至零時(shí)，第24頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一該儀器三擋頻率的調(diào)節(jié)范圍是：19Hz～212Hz，190Hz～2.12kHz，1.9kHz～21.2kHz，三擋頻率均在音頻范圍內(nèi)，且三擋之間互相有一部分覆蓋，故能在19Hz～21.2kHz的全部范頻率圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，是一臺頻率可調(diào)的音頻信號發(fā)生器。第25頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一五*、用分立元件組成的RC振蕩器RCRC+VCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF++++–+++–––+ubeRC網(wǎng)絡(luò)正反饋，RF、RE1組成負(fù)反饋，調(diào)整到合適的參數(shù)則可產(chǎn)生振蕩。第26頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一9.2.2*其他形式的RC

振蕩電路一、移相式振蕩電路+-AR’RFR1R2C1C2C3反相輸入比例電路三節(jié)RC移相電路放大電路，采用反相輸入方式，A=180。正反饋網(wǎng)絡(luò)，采用三節(jié)RC移相電路，每節(jié)RC移相范圍為0～90，三節(jié)總相移0～270，故必存在一頻率，使移相電路的相移為180。即此時(shí)AF=A+F=360，滿足振蕩相位平衡條件。第27頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一三節(jié)RC電路的相頻特性0ff0+90+180+270+-AR’RFR1R2C1C2C3通常選C1=C2=C3=C，R1=R2=R，此時(shí)，電路的振蕩頻率為：起振條件為：第28頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一二、雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路+-AR’RFR3C2CCRR雙T

選頻網(wǎng)絡(luò)反相輸入比例電路R3略小于R/2，此時(shí)電路的振蕩頻率為：當(dāng)f=f0

時(shí)，雙T網(wǎng)絡(luò)的相位移F=180，而反相輸入比例電路的相位移F=180，AF=A+F=360，滿足振蕩相位平衡條件。放大電路的放大倍數(shù)必須足夠大，以滿足三種RC振蕩電路的比較（課本表8

-

1）第29頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一LC振蕩電路的選頻電路由電感和電容構(gòu)成，可以產(chǎn)生高頻振蕩。由于高頻運(yùn)放價(jià)格較高，所以一般用分立元件組成放大電路。本節(jié)只對LC振蕩電路做一簡單介紹，重點(diǎn)掌握相位條件的判別?！?.3*

LC

正弦波振蕩電路首先介紹LC選頻網(wǎng)絡(luò)的特性。第30頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一9.3.1LC

并聯(lián)電路的特征CLR+-Z電路的復(fù)數(shù)導(dǎo)納為：當(dāng)回路導(dǎo)納的虛部等于0時(shí)，回路呈現(xiàn)純電阻，回路電流與電壓同相，電路發(fā)生并聯(lián)諧振。諧振角頻率為0，則：第31頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一令諧振回路的品質(zhì)因數(shù)則當(dāng)Q>>1時(shí)，當(dāng)LC回路發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，第32頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一LC并聯(lián)回路阻抗的一般表達(dá)式在諧振頻率附近，即當(dāng)0時(shí)，第33頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一不同Q值時(shí)LC并聯(lián)回路的幅頻特性和相頻特性（Q1>Q2）

：Q1Q20Z0Z+90-90Q1Q2感性容性純阻LC并聯(lián)回路具有選頻特性；諧振頻率f0的數(shù)值與電路參數(shù)有關(guān)；Q值越大，選頻特性越好，諧振時(shí)的阻抗值Z0也越大。第34頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一CLR+-Z諧振時(shí)回路中的電流諧振時(shí)電容中電流的幅值：LC并聯(lián)回路的輸入電流為：即當(dāng)Q>>1時(shí)諧振時(shí)回路電流比總電流大的多，外界對諧振回路的影響可以忽略！第35頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一例1：LC并聯(lián)諧振電路中,L=1mH,C=0.1F,R=10，U=1V。求諧振時(shí)的f0、I0、IC、IL。=15924Hz=1000I0=U/Z0=1/1000=1mAIC=U/ZC=10mA1CZC==100

IL=U/ZLR=9.95mA結(jié)論:并聯(lián)諧振電路中IC

IL>>I0諧振信號通過互感線圈引出CRUI0ICILL第36頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一互感線圈的極性判別1234磁棒初級線圈次級線圈同極性端1234+–+–第37頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一++––+例1：正反饋+VCCCC1C2頻率由LC諧振網(wǎng)絡(luò)決定。

9.3.2LC正弦波振蕩器舉例振蕩頻率:判斷是否是正反饋:用瞬時(shí)極性法判斷利用晶體管共射極放大器集電極電位變化與基極反相，發(fā)射極與基極同相；利用互感線圈的同極性端電位變化相位相同。第38頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一例2：正反饋+VCCCC1L1L2C2uL1uL2uC設(shè)uBuCuDuBuL2

ubeuL1

D瞬時(shí)極性法判斷：+––+–+反相+正反饋振蕩頻率由C、

L1、

L2諧振網(wǎng)絡(luò)決定。(L+L+2M)Cfp210?12M為兩線圈的互感第39頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一例3：正反饋設(shè)uBuCuC1

uC2

uB頻率由L、

C1、

C2組成的諧振網(wǎng)絡(luò)決定。+VCCC1LC2ABC+––+uLuC1

uC1減小時(shí)，uC2如何變化？設(shè)L、

C1、

C2組成的諧振網(wǎng)絡(luò)中的電流為i，則

ii第40頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一+VCCC1C1LC2+––+反相例3：瞬時(shí)極性法判斷：正反饋振蕩頻率:其中：第41頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一例4：正反饋+VCCC1C2設(shè)uBuCuEubeuAAECBubeuC1

用瞬時(shí)極性法判斷：ube+–++–––ube增加正反饋頻率由L、

C1、

C2組成的諧振網(wǎng)絡(luò)決定。第42頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一§9.4*石英晶體振蕩器

Q越大，LC

振蕩電路的幅頻特性曲線越尖銳，選頻特性越好；相頻特性在f0附近也越陡，頻率的穩(wěn)定度越高。石英晶體的Q值高，選頻特性好，頻率穩(wěn)定高第43頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一

9.4.1石英晶體的基本特性和等效電路一、基本特性壓電效應(yīng)、壓電諧振，固有頻率（諧振頻率）二、等效電路C0CLR靜電電容C0等效電感L：表示機(jī)械振動(dòng)的慣性等效電容C：表示晶片的彈性串聯(lián)諧振頻率：并聯(lián)諧振頻率：第44頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一石英晶體的電抗-頻率特性：Xf0fsfp容性感性容性

9.4.1石英晶體振蕩電路一、并聯(lián)型+VCCC2C1CERERB1RB2RC第45頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一振蕩頻率：+VCCC2C1CERERB1RB2RC此時(shí)晶體呈感性第46頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一二、串聯(lián)型RE1RB1RB2RC+VCCC1RE2R第47頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一一、電路結(jié)構(gòu)上下門限電平：下行的遲滯比較器，輸出經(jīng)積分電路再輸入到此比較器的反相輸入端。－++RR1R2C+ucuo–§9.5非正弦波形發(fā)生電路

9.5.1矩形波發(fā)生電路第48頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一二、工作原理1.設(shè)uo

=

+UOM此時(shí)，輸出給C充電!則：u+=UH0tuoUOM-UOMU+HuC0t一旦uC>UH

,就有u->u+,在uC<UH

時(shí)，u-

<u+,uo

保持+UOM

不變；uo

立即由＋UOM

變成－UOM

－++RR1R2C+ucuo–第49頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一此時(shí)，C

經(jīng)輸出端放電。2.當(dāng)uo

=

-UOM時(shí)，u+=ULuC降到UL時(shí)，uo上翻。UHuCtUL當(dāng)uo

重新回到＋UOM

以后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化。－++RR1R2C+ucuo–第50頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一0UHuCtULUOMuo0t-UOMT輸出波形：－++RR1R2C+ucuo–第51頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一RC電路：起反饋和延遲作用，獲得一定的頻率。下行遲滯比較器：起開關(guān)作用，實(shí)現(xiàn)高低電平的轉(zhuǎn)換。－++RR1R2C+ucuo–矩形波發(fā)生器各部分的作用：第52頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一三、周期與頻率的計(jì)算f=1/TuC上升階段表示式:uC下降階段表示式:uC0UHtULT1T2第53頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一矩形波發(fā)生器電路的改進(jìn)：－++RR1R2C+ucuo–－++RR1R2C+ucuoUZ–第54頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一思考題：點(diǎn)b是電位器RW

的中點(diǎn)，點(diǎn)a

和點(diǎn)c

是b的上方和下方的某點(diǎn)。試定性畫出點(diǎn)電位器可動(dòng)端分別處于

a、b、c

三點(diǎn)時(shí)的uo-uC

相對應(yīng)的波形圖。－-+++RWR1R2CucuoD1D2abc占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路第55頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一反向積分電路方波發(fā)生器電路一：方波發(fā)生器矩形波積分電路三角波9.5.2三角波發(fā)生器－++RR1R2C+uc-++RR2Cuo此電路要求前后電路的時(shí)間常數(shù)配合好，不能讓積分器飽和。第56頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一－++RR1R2C+uc-++RR2Cuouo1uo三角波的周期由方波發(fā)生器確定，其幅值也由周期T和參數(shù)R、C決定。0uo1tUom-Uom第57頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一電路二：電路一的改型－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1反向積分電路上行遲滯比較器特點(diǎn)：由上行的遲滯比較器和反相積分器級聯(lián)構(gòu)成，遲滯比較器的輸出作為反相積分器的輸入，反相積分器的輸出又作為遲滯比較器的輸入。第58頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一－++uoRR2R1ui上行的遲滯比較器回顧:上下門限電平：uoui0Uom-UomULUH第59頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一回顧:反相積分器ui-++RR2Cuoui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uom第60頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R100uo1t＋UOM－UOMuotUHUL第61頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一周期和頻率的計(jì)算：tuoUHULT－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1T1T2第62頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一電路三：是電路二的改型電路調(diào)整電位器RW可以使三角波上下移動(dòng)。即給純交流的三角波疊加了一個(gè)直流分量。+E-ERW－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1第63頁，共71頁，2023年，2月20日，星期一tuoT1T2-－++R2R1++R′R2CuoR+–T1

時(shí)間段，電容C通過R′

放電T2

時(shí)間段，電容C通過R充電充放電的時(shí)間T1、T2可通過R、R'調(diào)整。當(dāng)R'=0時(shí)，則為