第九章 波形发生和交换电路

第9章波形发生和交换电路9.2非正弦信号发生电路9.1正弦波振荡电路本节课的教学目的：1、理解互补输出级的组成、工作原理。2、理解为消除交越失真必须设置合适的静态工作点，以及对偏置电路的基本要求。3、理解消除交越失真的互补输出级的工作原理。4、理解引入准互补输出级的必要性。5、初步掌握放大电路的读图方法。波形发生电路和波形变换电路在测量、自动控制、通讯、无线电广播和遥测、遥感等许多技术领域中有着广泛的应用。收音机、电视机和电子钟表等日常生活用品也离不开它。波形发生电路包括正弦波振荡电路和非正弦波振荡电路，它们不需要外加输入信号就能产生各种同期性的连续波形，例如正弦波、方波、三角波和锯齿波等。信号产生电路(振荡器)分类：正弦波振荡:非正弦波振荡：RC振荡器(1kHz~数百kHz)LC振荡器(几百kHz以上)石英晶体振荡器(频率稳定度高)方波、三角波、锯齿波等主要性能要求：输出信号的幅度准确稳定输出信号的频率准确稳定 9.1正弦波振荡电路1.正弦波振荡的条件无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。。9.1.1正弦波振荡电路的基本概念要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电时对于f=f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。 振荡电路的组成根据振荡电路对起振、稳幅和振荡频率的要求，一般振荡电路由以下部分组成： (1)放大电路：具有放大信号作用，并将直流电源转换成振荡的能量。 (2)反馈网络：它形成正反馈，能满足相位平衡条件。 (3)选频网络：在正弦波振荡电路中，它的作用是选择某一频率fo，使之满足振荡条件，形成单一频率的振荡。 (4)稳幅电路：用于稳定振幅，改善波形。2.正弦波振荡电路的组成为了保证振荡电路产生单一频率的正弦波，电路必须有选频电路（又称选频网络）。根据选频网络组成的元件，通常可分为：(1)RC正弦波振荡电路：其振荡频率较低，一般在几百千赫以下；(2)LC正弦波振荡电路：其振荡频率较高，一般在几百千赫～几百兆赫；(3)石英晶体正弦波振荡电路：其振荡频率等于石英晶体的固有频率，振荡频率稳定。3.正弦波振荡电路的分类对于一个振荡电路，首先要判断它能否产生振荡。通常可采用下列步骤来判断： (1）检查振荡器是否存在放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节4个环节，尤其前3个环节； (2）分析基本放大电路能否正常工作，主要检查基本放大电路的静态工作点设置得是否合理； (3）检查电路是否满足振荡条件，首先检查是否满足相位平衡条件，可以用瞬时极性法进行判别，若电路未构成正反馈，则它肯定不能振荡；然后检查幅值条件和起振条件是否满足； (4）估算振荡频率，其数值往往决于选频网络的参数。4.正弦波振荡电路的分析方法相位条件的判断方法：瞬时极性法断开反馈，在断开处给放大电路加f＝f0的信号Ui，且 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 其极性，然后根据Ui的极性→Uo的极性→Uf的极性若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。极性？9.1.2RC正弦波振荡电路1.RC串并联选频网络低频段高频段在频率从0～∞中必有一个频率f0，φF＝0º。RC串并联选频网络的频率响应可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于3，且Ri大、Ro小，对f0影响小2.RC桥式正弦波振荡电路利用二极管稳幅的RC串并联正弦波振荡电路9.1.3LC正弦波振荡电路1.LC并联网络的选频特性理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗附加相移品质因数LC并联回路的频率特性（Q1Q2）a)幅频特性b)相频特性2.变压器反馈式LC正弦波振荡电路变压器反馈LC振荡电路容易起振，若用可变电容器代替固定电容C，则调频比较方便，缺点是振荡频率不太高，通常为几兆赫～十几兆赫。3.电感反馈式振荡电路电路特点：电感三点式振荡电路简单，容易起振，调频方便。由于反馈信号取自电感L2，电感对高次谐波感抗大，所以高次谐波的正反馈比基波强，使输出波形含有较多的高次谐波成分，波形较差。常用于对波形要求不高的设备中，其振荡频率通常在几十兆赫以下。4.电容反馈式振荡电路电容三点式电路特点：由于反馈电压取自电容两端，电容对高次谐波容抗小，对高次谐波的正反馈比基波弱，使输出波形中的高次谐波成分小，波形较好。振荡频率较高，可达100MHZ以上。常在电感L两端并联可变电容器，调节频率，但调节范围较小。石英晶体振荡电路简称为“晶振”。和一般LC振荡电路比较，晶振具有极高的频率稳定性，其值用频率的相对变化量表示,△f/f可达10-9~10－11。而一般LC振荡电路的频率稳定度无法达到10－5。所以在要求频率稳定度高的场合，常采用石英晶体振荡电路，例如，它广泛应用于标准频率发生器，频率计、电话、电视、计算机等设备中。9.1.4石英晶体振荡电路1.石英晶体石英晶体的压电效应：如果在石英晶片上加一个交变电压（电场），晶片就会产生与该交变电压频率相似的机械变形振动。而晶片的机械振动，又会在其两个电极之间产生一个交变电场，这种现象称为压电效应。在一般情况下，这种机械振动和交变电场的幅度是极其微小的，只有在外加交变电压的频率等于石英晶片的固有振动频率时，振幅才会急剧增大，这种现象称为压电谐振。石英晶片的谐振频率取决于晶片的几何形状和切片方向，体积越小，一般谐振频率越高。等效电路A.串联谐振特性晶体等效阻抗为纯阻性B.并联谐振（a）代表符号（b）电路模型（c）电抗-频率响应特性感性实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为由此看出并联型石英晶体振荡电路2.石英晶体谐振电路 串联型晶体振荡电路把正弦波以外的波形统称为非正弦波。方波、三角波、锯齿波的产生电路电路通常由迟滞电压比较器和RC充放电电路组成，工作过程有一张一弛的变化，所以又将这些电路称为张弛振荡器。9.2非正弦信号发生电路1.方波发生器正向充电：uO（+UZ）→R→C→地反向充电：地→C→R→uO（－UZ）RC回路滞回比较器该电路从本质上看，它工作于比较器状态；RC构成负反馈回路，R1，Rf构成正反馈。电路的输出电压由运放的UP与UN比较决定。2.工作原理：(1)设uO=+UZ,此时，uO给C充电,uC，则：u+=UT+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+)=0uO保持+UZ不变此时，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。完整的波形：方波的周期为：波形分析脉冲宽度2.矩形波发生电路正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。为了占空比调节范围大，R3应如何取值？ 三角波发生器 a)基本电路b)输出波形A1过零迟滞电压比较器A2积分器uP0uP<0=0方波和三角波的周期9.2.2三角波发生电路从零值开始线性上升uP0UO1=-UZUO1=+UZ9.2.3锯齿波发生电路模拟电子技术基础习题本节课的教学目的：1、理解互补输出级的组成、工作原理。2、理解为消除交越失真必须设置合适的静态工作点，以及对偏置电路的基本要求。3、理解消除交越失真的互补输出级的工作原理。4、理解引入准互补输出级的必要性。5、初步掌握放大电路的读图方法。