《波形发生电路》PPT课件.ppt

第九章波形发生电路,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,如果：,则去掉，仍有信号输出。,反馈信号代替了放大电路的输入信号。,放大电路产生自激振荡的条件,产生自激振荡的条件是,相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。,对照第五章中所讨论的负反馈放大电路产生自激振荡的条件：,与本节得到的自激振荡条件相比，两者相,差一个负号，这是由于两者反馈极性不同所致。,反馈放大电路输入信号和反馈信号的符号关系：,问题1：如何起振？,Uo是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。,放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。,选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：,，且A+F=2n，即可起振。,问题2：如何稳幅？,起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅措施，这时若仍大于1，则输出将会饱和失真。,达到需要的幅值后，将参数调整为，即可稳幅。,起振并能稳定振荡的条件：,稳幅由电路中的非线性元件实现,9.1.2正弦波振荡的组成和分析步骤,组成：放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅环节,分析步骤：,一、判断能否产生正弦波振荡,1.是否具备正弦波振荡的组成部分；2.静态工作点是否能保证放大电路正常工作；3.是否满足自激振荡条件（相位条件和幅度条件）。,二、估算振荡频率和起振条件,振荡频率由相位平衡条件决定，起振条件由幅度条件决定。,9.2RC正弦波振荡电路,9.2.1RC串并联网络振荡电路,R1、C1，R2、C2，RF，R组成电桥的四个臂文氏电桥电路。,一、RC串并联网络的选频特性,低频时，1/C1R1，1/C2R2，此时可将R1和1/C2忽略。低频等效电路为：,高频时，1/C1R1，1/C21，以便起振；,随着uo的增加，R22逐渐被短接，A自动下降到使|AF|=1，使得输出uo稳定在某值。,四、振荡频率的调节,通过调整R或C来调整频率。,K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。,C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。,电子琴的振荡电路：,例：一台由文氏电桥振荡电路组成的正弦波信号发生器，采用如图方法调节输出频率。切换不同的电容作为频率粗调，调节同轴电位器作为细调。已知C1、C2、C3、分别为0.25F、0.025F、0.0025F，固定电阻R=3k，电位器RW=30k。试估算该仪器三挡频率的调节范围。,解：(1)在低频挡，C=0.25F，当电位器调至最大时，R+RW=(3+30)k=33k,当电位器调至零时，R+RW=3k,(2)在中频挡，C=0.025F。当电位器调至最大时，,当电位器调至零时，,(3)在高频挡，C=0.0025F。当电位器调至最大时，,当电位器调至零时，,该仪器三挡频率的调节范围是：19Hz212Hz，190Hz2.12kHz，1.9kHz21.2kHz，,三挡频率均在音频范围内，且三挡之间互相有一部分覆盖，故能在19Hz21.2kHz的全部范频率围内连续可调，是一台频率可调的音频信号发生器。,五*、用分立元件组成的RC振荡器,ube,RC网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。,9.2.2*其他形式的RC振荡电路,一、移相式振荡电路,放大电路，采用反相输入方式，A=180。,正反馈网络，采用三节RC移相电路，每节RC移相范围为090，三节总相移0270，故必存在一频率，使移相电路的相移为180。,即此时AF=A+F=360，满足振荡相位平衡条件。,通常选C1=C2=C3=C，R1=R2=R，此时，电路的振荡频率为：,起振条件为：,二、双T选频网络振荡电路,+,-,A,R,RF,R3,C,2C,C,R,R,R3略小于R/2，此时电路的振荡频率为：,当f=f0时，双T网络的相位移F=180，而反相输入比例电路的相位移F=180，AF=A+F=360，满足振荡相位平衡条件。,放大电路的放大倍数必须足够大，以满足,三种RC振荡电路的比较（课本表8-1）,LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分立元件组成放大电路。本节只对LC振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。,9.3*LC正弦波振荡电路,首先介绍LC选频网络的特性。,9.3.1LC并联电路的特征,电路的复数导纳为：,当回路导纳的虚部等于0时，回路呈现纯电阻，回路电流与电压同相，电路发生并联谐振。谐振角频率为0，则：,令,谐振回路的品质因数,则,当Q1时，,当LC回路发生并联谐振时，,LC并联回路阻抗的一般表达式,在谐振频率附近，即当0时，,不同Q值时LC并联回路的幅频特性和相频特性（Q1Q2）：,感性,容性,纯阻,LC并联回路具有选频特性；谐振频率f0的数值与电路参数有关；Q值越大，选频特性越好，谐振时的阻抗值Z0也越大。,谐振时回路中的电流,谐振时电容中电流的幅值：,LC并联回路的输入电流为：,即,当Q1时,谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！,例1：LC并联谐振电路中,L=1mH,C=0.1F,R=10，U=1V。求谐振时的f0、I0、IC、IL。,=15924Hz,=1000,I0=U/Z0=1/1000=1mA,IC=U/ZC=10mA,IL=U/ZLR=9.95mA,结论:并联谐振电路中ICILI0,谐振信号通过互感线圈引出,互感线圈的极性判别,磁棒,初级线圈,次级线圈,同极性端,+,+,+,例1：,正反馈,频率由LC谐振网络决定。,9.3.2LC正弦波振荡器举例,振荡频率:,判断是否是正反馈:用瞬时极性法判断,利用晶体管共射极放大器集电极电位变化与基极反相，发射极与基极同相；利用互感线圈的同极性端电位变化相位相同。,例2：,正反馈,设uB,uC,uD,uB,uL2,ube,uL1,D,瞬时极性法判断：,+,+,+,反相,+,正反馈,振荡频率由C、L1、L2谐振网络决定。,M为两线圈的互感,例3：,正反馈,设uB,uC,uC1,uC2,uB,频率由L、C1、C2组成的谐振网络决定。,uC1,uC1减小时，uC2如何变化？,设L、C1、C2组成的谐振网络中的电流为i，则,+,+,例3：瞬时极性法判断：,正反馈,振荡频率:,其中：,例4：,正反馈,设uB,uC,uE,ube,uA,ube,uC1,用瞬时极性法判断：,+,+,+,ube增加,正反馈,频率由L、C1、C2组成的谐振网络决定。,9.4*石英晶体振荡器,Q越大，LC振荡电路的幅频特性曲线越尖锐，选频特性越好；相频特性在f0附近也越陡，频率的稳定度越高。,石英晶体的Q值高，选频特性好，频率稳定高,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、压电谐振，固有频率（谐振频率）,二、等效电路,静电电容C0等效电感L：表示机械振动的惯性等效电容C：表示晶片的弹性,串联谐振频率：,并联谐振频率：,石英晶体的电抗-频率特性：,容性,感性,容性,9.4.1石英晶体振荡电路,一、并联型,振荡频率：,此时晶体呈感性,二、串联型,一、电路结构,上下门限电平：,下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端。,9.5非正弦波形发生电路9.5.1矩形波发生电路,二、工作原理,1.设uo=+UOM,此时，输出给C充电!,则：u+=UH,一旦uCUH,就有u-u+,在uCUH时，,u-u+,uo保持+UOM不变；,uo立即由UOM变成UOM,此时，C经输出端放电。,2.当uo=-UOM时，,u+=UL,uC降到UL时，uo上翻。,当uo重新回到UOM以后，电路又进入另一个周期性的变化。,0,输出波形：,RC电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。,下行迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。,矩形波发生器各部分的作用：,三、周期与频率的计算,f=1/T,uC上升阶段表示式:,uC下降阶段表示式:,矩形波发生器电路的改进：,思考题：点b是电位器RW的中点，点a和点c是b的上方和下方的某点。试定性画出点电位器可动端分别处于a、b、c三点时的uo-uC相对应的波形图。,占空比可调的矩形波发生电路,电路一：方波发生器矩形波积分电路三角波,9.5.2三角波发生器,此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。,uo,三角波的周期由方波发生器确定，其幅值也由周期T和参数R、C决定。,电路二：电路一的改型,反向积分电路,上行迟滞比较器,特点：由上行的迟滞比较器和反相积分器级联构成，迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入。,上行的迟滞比较器,回顾:,上下门限电平：,回顾:,反相积分器,周期和频率的计算：,电路三：是电路二的改型电路,调整电位器RW可以使三角波上下移动。即给纯交流的三角波叠加了一个直流分量。,T1时间段，电容C通过R放电,T2时间段，电容C通过R充电,充放电的时间T1、T2可通过R、R调整。当R=0时，则为锯齿波发生器。,电路四：是电路二的改进电路,uo1被嵌位于Uz,9.5.3锯齿波发生电路,改变三角波发生器中积分电路的充放电时间常数，使放电的时间常数为0，即把三角波发生器转换成了锯齿波发生器。,压频转换,|ui|UZ,把锯齿波发生器积分电路的充电电压由uo1变为ui，则锯齿波发生器转变为压频转换电路。即输出uo的频率由输入电压ui的大小决定。,设uo1=+UZ，则D2截止，D1导通，ui给电容C充电，uo下降，当uo下降到U+L时uo1翻转到-UZ，这时，D1截止，D2导通，电容C快速放电，uo上升，当uo上升到U+H时uo1翻转到+UZ。如此周期变化。uo为锯齿波。,工作原理：,uc,由电路的工作情况可知：,改变电压ui,uo的频率变化,充电电压变化,因此，称该电路为压频转换电路。,充电时间变化,由工作原理可知，uo在U+L、U+H之间变化：,第九章结束,模拟电子技术基础,