章节波形发生电路
92页1、波形发生电路,第 7 章,7.1 正弦波振荡电路,7.2 非正弦波信号产生电路,小 结,7.1 正弦波振荡电路,7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理,7.1.2 RC 正弦振荡,7.1.3 LC 正弦振荡,引 言,信号产生电路,(振荡器Oscillators),分类:,正弦波振荡:,非正弦波振荡:,RC 振荡器(1 kHz 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 要求能:,输出信号的幅度准确稳定,输出信号的频率准确稳定,引 言,7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理,一、振荡条件,微弱的电扰动中,某一频率成分通过正反馈逐渐放大,则产生正弦振荡。, 振幅平衡条件, 相位平衡条件,n = 0, 1, 2, ,二、起振条件,起振条件,1/Fu,Au = 1/Fu,O,ui,uo,Au,uo,Au Fu 1,Au Fu 1,Ui1,Uo1,Uf1,Ui2,Uo2,Uf2,Ui3,Uo3,Uf2,Ui4,Uo4,uf,起振,稳幅, ,动画演示,三、电路的组成和起振的判断,1. 放大电路 Au,2. 正反馈网络 Fu,3
2、. 选频率网络实现单一频率的振荡,4. 稳幅环节使振荡稳定、波形好,满足振荡条件,组成:,分类:,按选频率网络分类,RC 正弦波振荡器,LC 正弦波振荡器,晶体振荡器,判断:,1. 检查电路组成,2.“Q”是否合适,3. 是否满足起振条件,7.1.2 RC 正弦振荡,一、RC 桥式振荡电路,1. RC 串并联选频网络,式中: 0 = 1/RC,当 = 0 时, = 0,2. RC 桥氏振荡电路,A = 2n,F = 0,2) 电路:,同相 放大器,1) 组成:,3)振荡频率,5)幅值条件,Rf 不能太大,否则 正弦波将变成方波,应使:, ,4)相位条件,6)稳幅措施,热敏电阻稳幅,为使电 Au 为非线性,起振时,应使 Au 3,稳幅后 Au = 3。,正温度系数,负温度系数,二极管稳幅,12.4 k R2 8.1 k,起振时信号小, 二极管电阻大,Au 1 + (R2+ R3)/R1 3,R2 2R1 - R3,起振后二极管电阻逐渐减小,,Au 1 + R2/R1 = 3,为使失真小:,R2 2R1,f0 = 1.94 kHz,动画演示,二、RC 移相式振荡电路,一节 RC 环节,移相
3、 90,二节 RC 环节,移相 180,三节 RC 环节,移相 270, 满足相位平衡条件,优点:,结构简单,缺点:,选频特性差,输出波形差,7.1.3 LC 振荡电路,类型:变压器反馈式 、 电感三点式、 电容三点式,一、变压器反馈式 LC 振荡电路,L 的等效损耗电阻,(一) LC 并联回路的特性,Z,1. 谐振频率 f0,2. 谐振阻抗 Z0,3. 回路品质因数 Q,4. 频率特性,Q 大,Q 小,Q 增大,幅频特性,相频特性,5. 并联谐振的本质, 电流谐振,1) Z = Z0,呈纯阻,2)形成环流,大小是总电流的 Q 倍, ,(二)变压器反馈式振荡电路,满足相位平衡条件,1、电感三点式和电容三点式LC正弦波发生器,把并联LC回路中的C或L分成两个,则LC回路就 有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个 极相连,就形成了LC三点式正弦波发生电路。 它们又分为电感三点式和电容三点式两类。,LC三点式正弦波发生电路图,a)电感三点式,b)电容三点式,二、三点式 LC 振荡电路,2、组成LC三点式正弦波发生电路的规律,LC三点式正弦波发生电路的一般结构如下图所示。,图 LC三点式正
4、弦波发生电路的一般结构,a)反相放大,b)同相放大,若考虑到a中的负载阻抗,运放输出电阻为,,,无反馈时的,因此,其中,,为了使电路振荡,应有,,上式应为实数,,分母的需不应为零,即:,进而可得,、,而,必须与它们异号。,由因为:,所以得:,为了产生振荡,由上式可得:,和,所以必然有,结论:在LC三点式正弦波发生电路中,为了 满足产生振荡的相位平衡条件,同性 质电抗的中间点必须接集成运放的同 相输入端。,3、 电感三点式 振荡电路,M,优点:,缺点:,易起振(L 间耦合紧);,易调节(C 可调)。,输出取自电感,对 高次谐波阻抗大, 输出波形差。,4、 电容三点式振荡电路,考毕兹振荡器(Colpitts),C3,优点:波形较好,缺点:,2) V 极间电容影响 f0,1) 调频时易停振,C 3的改进,三、石英晶体(Crystal)振荡电路,(一)石英晶体谐振器的阻抗特性,1. 结构和符号,化学成分 SiO2,结构,晶片,符号,2. 压电效应,形变,形变,机械振动,外力,压电谐振 外加交变电压的频率等于晶体固有频率时,机械振动幅度急剧加大的现象。,3. 等效电路,Lq 晶体的动态电感 (1
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