波形发生器剖析PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章,波形发生器,9.1正弦波振荡电路的分析方法,9.2,RC,正弦波振荡电路,9.3,LC,正弦波振荡电路,9.4石英晶体振荡器,9.5非正弦波发生电路,9.1正弦波振荡电路的分析方法,9.1.1产生正弦波振荡的条件,放大电路,反馈网络,如果反馈电压,u,f,与原输入信号,u,i,完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号,自激振荡,。,图,反馈放大电路产生自激振荡的条件,由此知放大电路产生自激振荡的条件是：,即：,所以产生正弦波振荡的条件是：,幅度平衡条件,相位平衡条件,9.1.2正弦波振荡电路的组成和分析步骤,组成,：放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节。,分析步骤,：,一、判断能否产生正弦波振荡,1.检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分；,2.检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作；,3.分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件和振幅平衡条件。,判断相位平衡条件的方法是：,瞬时极性法,。,二、估算振荡频率和起振条件,9.2,RC,正弦波振荡电路,9.2.1,RC,串并联网络振荡电路,电路组成：,放大电路,集成运放 A；,选频与正反馈网络,R、C,串并联电路；,稳幅环节,R,F,与,R,组成的负反馈电路。,一、,RC,串并联网络的选频特性,Z,1,Z,2,取,R,1,=,R,2,=,R,，,C,1,=,C,2,=,C,，令,则：,得,RC,串并联电路的幅频特性为：,相频特性为：,最大，,F,=0。,0,F,0,1/3,+90,-,90,二、振荡频率与起振条件,1.振荡频率,2.起振条件,f,=,f,0,时，,由振荡条件知：,所以起振条件为：,同相比例运放的电压放大倍数为,即要求：,三、振荡电路中的负反馈,引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。,反馈系数,改变,R,F,，可改变反馈深度。增加负反馈深度，并且满足,则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。,采用具有负温度系数的热敏电阻,R,T,代替反馈电阻,R,F,，可实现自动稳幅。,R,T,9.2.2其他形式的,RC,振荡电路,一、移相式振荡电路,集成运放产生的相位移,A,=180,，如果反馈网络再相移 180,，即可满足产生正弦波振荡的相位平衡条件。,振荡频率为：,0,270,180,90,当,f,=,f,0,时，相移 180,，满足正弦波振荡的相位条件。,起振条件：,R,F,12,R,二、双 T 选频网络振荡电路,振荡频率约为：,当,f,=,f,0,时，双 T 网络的相移为,F,=180,；,反相比例运放的相移,A,=180,，因此满足产生正弦波振荡的相位平衡条件。,如果放大电路的放大倍数足够大，同时满足振幅平衡条件，即可产生正弦波振荡。,表 9-1三种,RC,振荡电路的比较,名称,RC,串并联网络振荡电路,移相式振荡电路,双 T 网络选频振荡电路,电路形式,振荡频率,起振条件,电路特点及应用场合,可方便地连续调节振荡频率，便于加负反馈稳幅电路，容易得到良好的振荡波形。,电路简单，经济方便，适用于波形要求不高的轻便测试设备中。,选频特性好，适用于产生单一频率的振荡波形。,9.3,LC,正弦波振荡电路,9.3.1,LC,并联电路的特性,当频率变化时，并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。,并联电路的导纳：,当,电路发生,并联谐振,。,并联谐振角频率,令：,谐振回路的品质因数,当,Q,1,时,谐振频率：,回路,等效阻抗,：,LC,并联回路的阻抗：,发生并联谐振时，,在谐振频率附近，,可见，,Q,值不同，回路的阻抗不同。,不同,Q,值时，,LC,并联电路的幅频特性：,Z,01,Z,02,Q,1,Q,2,Q,1,Q,2,相频特性：,F,+90,-,90,Q,1,Q,2,Q,1,Q,2,感性,纯阻,容性,结论：,1.当,f,=,f,0,时，电路为纯电阻性，等效阻抗最大；当,f,f,0,时，电路为容性。所以,LC,并联电路具有选频特性。,2.电路的品质因数,Q,愈大，选频特性愈好。,谐振时,LC,回路中的电流,电容支路的电流：,并联回路的输入电流：,所以：,当,Q,1,时，,结论,：谐振时，电容支路的电流与电感支路的电流大小近似相等，而谐振回路的输入电流极小。,9.3.2变压器反馈式振荡电路,一、电路组成,用瞬时极性判断为,正反馈,，所以满足自激振荡的相位平衡条件。,-,二、振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,图,变压器反馈式,振荡电路,9.3.3电感三点式振荡电路,一、电路组成,用瞬时极性判断为,正反馈,，所以满足自激振荡的相位平衡条件。,-,-,-,二、振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,9.3.4电容三点式振荡电路,一、电路组成,用瞬时极性判断为,正反馈,，所以满足自激振荡的相位平衡条件。,二、振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,-,-,-,9.3.5电容三点式改进型振荡电路,振荡频率,选择,C,C,1,，,C,C,2,，,则：,减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于产生高频振荡。,名称,变压器反馈式,电感三点式,电容三点式,电容三点式改进型,电,路,形,式,振荡频率,起振条件,同左,频率调节方法及范围,频率可调，范围较宽。,同左,频率可调，范围较小。,同左,振荡波形,一般,较差,好,好,频率稳定度,可达 10,-4,同左,可达 10,-4,10,-5,可达 10,-5,适用频率,几千赫 几十兆赫,同左,几兆赫 一百兆赫,同左,表 9-2各种,LC,振荡电路的比较,9.4石英晶体振荡器,9.4.1石英晶体的基本特性和等效电路,一、基本特性,压电效应,：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产生机械变形；若在晶片上施加机械压力，在晶片相应的方向上会产生一定的电场。,压电谐振,：晶片上外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅突然增加。,二、等效电路,符号：,串联谐振频率,并联谐振频率,电抗频率特性,O,f,X,f,s,f,p,容性,容性,感性,9.4.2石英晶体振荡电路,一、并联型石英晶体振荡电路,交流等效电路,振荡频率,由于,二、串联型石英晶体振荡电路,图,串联型石英晶体振荡电路,当振荡频率等于,f,S,时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。,振荡频率,调节,R,可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。,9.5非正弦波发生电路,9.5.1矩形波发生电路,一、电路组成,RC,充放电回路,滞回,比较器,滞回比较器：集成运放、,R,1,、,R,2,；,充放电回路：,R,、,C,；,钳位电路：VD,Z,、,R,3,。,二、工作原理,设,t=,0 时，,u,C,=,0，,u,O,=+,U,Z,则,t,O,u,C,O,u,O,t,u,+,u,-,当,u,-,=,u,C,=,u,+,时，,t,1,t,2,则,当,u,-,=,u,C,=,u,+,时，输出又一次跳变，,u,O,=+,U,Z,输出跳变，,u,O,=,-,U,Z,三、振荡周期,电容的充放电规律：,对于放电，,解得：,结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。,t,1,t,2,t,O,u,C,O,u,O,t,t,3,四、占空比可调的矩形波发生电路,使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。,t,O,u,C,u,O,t,O,T,1,T,2,T,充电时间,T,1,放电时间,T,2,占空比,D,一、电路组成,9.5.2三角波发生电路,二、工作原理,O,u,O1,t,O,u,O,t,当,u,+,=,u,-,=0 时，滞回比较器的输出发生跳变。,三、输出幅度和振荡周期,解得三角波的,输出幅度,当,u,+,=,u,-,=0 时，,u,O1,跳变为,-,U,Z,，,u,O,达到最大值,U,om,。,振荡周期,9.5.3锯齿波发生电路,一、电路组成,O,u,O1,t,O,u,O,t,T,1,T,2,T,二、输出幅度和振荡周期,