波形产生电路

nullnull目 录8.1 正弦波发生器的基本原理8.1.1　振荡器的方框图8.1.2　振荡条件8.1.3　起振和稳定8.2 RC桥式正弦波振荡电路8.1.4　正弦波振荡电路的分类8.2.1　RC串并联选频网络8.2.2　RC桥式振荡电路的振荡频率和起振条件8.3 LC正弦波振荡电路8.3.1　LC并联回路的频率特性8.3.2　LC正弦振荡器的基本形式第8章 波形产生电路null8.4 石英晶体振荡器8.4.1　石英晶体的基本特性8.4.2　石英晶体振荡电路的基本形式8.5 非正弦波信号发生器8.5.1　矩形波发生器8.5.2　三角波发生器8.5.3　锯齿波发生器8.5.4　555时基电路8.5.5　压控振荡器8.5.6　集成 函 关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函 数发生器8038目 录null本章重点: 1. 正弦波发生器的组成、振荡条件和工作原理 2. 正弦波发生器的类型 3. 非正弦波发生器的组成、工作原理和类型 4. 集成型波形发生器的工作原理和应用第8章 波形产生电路null本章难点: 1. 理想运放非线性特性的应用 本章重点介绍两类波形产生电路，一类是输出正弦波形的正弦波发生器，另一类是输出非正弦波形的非正弦波发生器。 在正弦波发生器电路中，主要介绍发生器的组成、振荡条件和各种类型振荡器；在非正弦波发生器电路中，主要介绍非正弦波发生器的组成和工作原理。 第8章 波形产生电路null8.1 正弦波发生器的基本原理 正弦波发生器是无需输入信号，能自动输出一定幅度、一定频率正弦信号的电路，从能量的角度来看，它是把直流能量转变为交流能量的电路。它在通信、无线电等诸多领域得到广泛应用。 null 8.1.1　振荡器的方框图 从结构上分析，正弦波振荡器是由正反馈网络和放大器组成的，其结构框图如图所示。 null８.１.２ 振荡条件只有正反馈电路才能产生自激振荡。null反馈信号代替了放大 电路的输入信号。nullXd=Xf所以，自激振荡条件也可以写成：自激振荡的条件：null8.1.3 起振条件和稳幅原理起振条件：结果：产生增幅振荡1、被动：器件非线性 2、主动：在反馈网络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：稳幅措施：null1.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。正弦波振荡器的一般组成null 8.1.4　正弦波振荡电路的分类 根据选频网络元件的不同，正弦波振荡器可分为RC振荡器、LC振荡器、石英晶体振荡器三种。RC振荡器一般输出数百千赫以下的低频信号，LC振荡器主要输出数百千赫的高频信号，石英晶体振荡器主要产生高稳定度高频率信号。null8.2 RC桥式正弦波振荡电路 RC桥式正弦波振荡电路原理如图8-2所示，图中集成运放A作为放大器，RC串并联网络组成选频网络，同时也作为振荡器的正反馈网络，R1、Rf组成电压负反馈以起到稳定和改善输出波形的作用。 从图中可以看出，RC串联支路，RC并联支路，R1支路，Rf支路，刚好构成一个文氏电桥的四个臂，如图8-3所示，因此把该振荡器称为RC桥式正弦波振荡器。null 8.2.1　RC串并联选频网络 在RC桥式正弦波振荡电路中，RC串并联电路既作为选频网络，又作为正反馈网络，该电路的频率特性十分重要。 null 8.2.1　RC串并联选频网络 根据上式得到反馈系数的幅频特性和相频特性分别为 null幅频特性曲线和相频特性曲线当 时,反馈系数的幅值 最大等于1/3，相位移 因此RC串并联网络有很好的选频作用。null 8.2.2　RC桥式振荡电路的振荡频率和起振条件 振荡频率为振荡角频率 8.3 LC正弦波振荡器8.3 LC正弦波振荡器8.3.1 LC并联回路的频率特性LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。R为电感和回路中的损耗电阻并联谐振。谐振时，电路呈阻性：null Q为谐振回路的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。谐振时LC并联谐振电路相当一个大电阻。LC并联谐振回路的幅频特性曲线null初级线圈次级线圈 在LC振荡器中，反馈信号通过互感线圈引出同名端：互感线圈的极性判别 8.3.2　LC正弦波振荡器的基本形式null１．变压器反馈式振荡电路 工作原理：三极管共射放大器。 利用互感线圈的同名端： 满足相位条件。振荡频率:null判断是否是满足相位条件——相位平衡法： 断开反馈到放大器的输入端点，假设在输入端加入一正极性的信号，用瞬时极性法判定反馈信号的极性。若反馈信号与输入信号同相，则满足相位条件；否则不满足。(+)(-)(+)null(+)(+)(+)(+)LC正弦波振荡器举例满足相位平衡条件null（+）（+）（–）（+） LC正弦波振荡器举例振荡频率:（–）满足相位平衡条件null仍然由LC并联谐振电路构成选频网络２. 三点式LC振荡电路原理：uf与uo反相uf与uo同相电感三点式：电容三点式：uf与uo反相uf与uo同相null振荡频率：（1）电感三点式LC振荡电路null（2） 电容三点式LC振荡电路振荡频率：null例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。8.4 石英晶体振荡电路8.4 石英晶体振荡电路Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。频率稳定问题LC振荡电路 Q ——数百石英晶体振荡电路 Q ——10000  500000null8.4.1 石英晶体的基特性2. 压电效应1. 结构：极板间加电场极板间加机械力压电效应：交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大 null3. 等效电路等效电路：（1）串联谐振４．电抗频率特性： 晶体等效纯阻且阻值≈0（2）并联谐振null8.4.2 石英晶体振荡电路利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路。1. 并联型石英晶体振荡器 石英晶体工作在fs与fp之间，相当一个大电感，与C1、C2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所以电路可以获得很高的振荡频率稳定性。null2. 串联型石英晶体振荡器 石英晶体工作在fs处，呈电阻性，而且阻抗最小，正反馈最强，相移为零,满足振荡的相位平衡条件。 对于fs以外的频率，石英晶体阻抗增大,且相移不为零，不满足振荡条件，电路不振荡。 null例：分析下图的振荡电路能否产生振荡，若产生振荡,石英晶体处于何种状态？8.5.1 方波发生器8.5.1 方波发生器1.电路结构由滞回比较电路和RC定时电路构成上下限:8.5 非正弦波信号发生器null2.工作原理：(1) 设 uo = + UZ , 此时，uO给C 充电, uc  ，则：u+=UT+在 uc < UT+ 时，u- < u+ , 设uC初始值uC(0+)= 0方波发生器uo保持+UZ不变一旦 uc > UT+ , 就有 u- > u+ , uo 立即由＋UZ变成－UZ 。null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。当uo 重新回到＋UZ 后，电路又进入另一个周期性的变化。null完整的波形：动画演示计算振荡周期T。null周期与频率的计算：T= T1 + T2 =2 T2 T2阶段uc(t)的过渡过程方程为:f = 1/T可推出:null3、占空比可调的方波发生器 改变电位器 RW 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。null电路结构：迟滞比较器+反相积分器8.5.2 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。null波形图振荡周期：null8.5.3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：(R6∥R4)C。 R6＜＜R4null 8.5.4　555时基电路1. 电路框图 555时基电路由分压器、两个比较器、触发器、缓冲器、复位电路、放电管等组成。其中分压器由三个高精度的阻值为5kΩ的电阻组成。null2. 工作原理null 8.5.5　压控振荡器1. 电路结构U为直流控制电压，A1组成积分电路，A2组成滞回比较器，场效应管T工作在开关状态，控制积分电容C的充放电，二极管D为隔离二极管。 2. 工作原理滞回比较器A2的两个门限电压为null 设开始时uC=0V，uo1=0V，uo2=-UZ，D导通，使T截止，这时I1=I2=U/4，由于U为直流电压，则电容C被恒流充电，uC随时间线性上升，uo1则直线下降，当uo1=UTH2时，比较器A2发生翻转，uo2=+UZ，D截止，T饱和导通，这时I2=I1-I3=-U/4R，电容恒流放电，uo1上升，当uo1上升至UTH1时，比较器A2再次翻转， uo2=-UZ，这时又重复刚开始的过程，周而复始产生振荡。 可以证明振荡器的振荡频率和周期为null 8.5.6　集成函授发生器80381. 8038的内部框图 8038的内部结构框图如图8-29所示，它由电压比较器、触发器、电子开关、波形变换电路、缓冲器、电流源等组成。 集成函数发生器8038是单片多用途的发生器，它可以产生正弦波、方波、三角波和锯齿波。 在图中，比较器A的门限电压为：2/3(VCC＋VEE)，比较器B的门限电压为： 1/3 (VCC+VEE)，电流源IS1和IS2担任外接电容C的充放电回路，且IS2>IS1，电容C的充放电转换由电子开关S控制：当S断开时，电流源IS1向电容C充电；当S闭合时，外接电容C通过IS2放电。开关S的状态受触发器的输出电平控制，当触发器输出低电平时，S断开；当触发器输出高电平时，S闭合。 null 8.5.6　集成函授发生器80382. 工作原理 设开始时，触发器输出为低电平，电子开关S断开，电流源IS1对电容C恒流充电，uc随时间线性上升，当uc =2/3 (VCC+VEE)时，比较器A产生跳变，使触发器翻转输出高电平，开关S闭合，电容C以(IS2－IS1) 恒流放电，uc随时间线性下降。当uc降至 1/3(VCC+VEE)，比较器B发生跳变，使触发器再次翻转输出低电平，开关S再次断开，如此重复开始时的过程，产生振荡。 电容C上形成的线性三角波，经缓冲器一路产生三角波输出信号，另一路经三角波变正弦波电路，产生正弦波输出信号。 触发器的输出电平，除用于控制电子开关S外，还用于产生方波输出信号。 null3. 8038的外部引脚排列 4. 8038的典型应用 利用8038组成的信号发生器如图8-31所示，图中，定时电容C、RP1、R3、R4决定发生器的振荡频率，RP2可调节方波占空比和锯齿波上升和下降的时间，RP3、RP4可调节正弦波的失真度。 本章小结本章小结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．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。