第10讲三角波发生器,正弦波发生器

第12章集成运算放大器12.6.2三角波发生器12.6.3RC正弦波振荡器12.6.4LC正弦波振荡器12.6信号发生电路海南风光此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！清华大学电机系电工学教研室唐庆玉编0U+HuctU+LUOMuo0t-UOMT上节回顾：方波发生器－++RR1R2C+ucuo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。－-+++RWR1R2CucuoD1D2abc设RwaRwcUOMuo0t-UOM反向积分器方波发生器12.6.2三角波发生器矩形波经积分电路便可产生三角波，但是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。－++R1R3R4C1uc_uo-+++C2R5R2三角波发生器电路1:三角波发生器(续)UOMuo10t-UOM－++R1R3R4C1uc_uo-+++C2R5R2uo1dtuRC1uio反相积分器上行的迟滞比较器－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1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.三角波发生器电路2:－++uoRR2R1uiom21HURRUom21LURRU上下门限电压上行的迟滞比较器U+HU+Luoui0Uom-Uom反相积分器dtuRC1uioui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uomuo-++CRRui回顾:－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1(1)设t=0时,uo1=+UOM,uc(0)=0,uo=0u1+u1+=o212uRRRo1211uRRR+=OM211URRRu1-=0,uo1保持+UOMUOMuo10t-UOM三角波发生器电路2(续):－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+(2)t=0~t1:uo1(0)=+UOM,uo(0)=0dtuRC1uo1o=-OMURCtt=t1:uo(t=t1)=OM21LURRUuo1从+UOM-UOMt1UOMuo10t-UOMU+LU+Huo(a)(b)21RCRRt1=将(b)式代入(a)式,可解出:三角波发生器电路2(续):－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+(3)t=t1~t2:uo1(t1)=-UOM,uo(t1)=U+Lt=t2:uo(t=t2)=OM21HURRUuo1从-UOM+UOM21RCRRt2=3可解出:UOMuo10t-UOMt1U+LU+Huouo(t1)udt=uRC1o1o+OMURC(t-t1)OM21URRt1tt2三角波发生器电路2(续):(4)t=t2~t3:uo1(t2)=+UOM,uo(t2)=U+Ht=t3:uo(t=t3)=OM21+LURRUuo1从+UOM-UOM21RCRRt3=5可解出:uo(t2)udt=uRC1o1o-OMURC(t-t2)OM21URRt2t－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+UOMuo10t-UOMt1U+LU+Huot2三角波发生器电路2(续):t3－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+三角波发生器电路2(续):UOMuo10t-UOMt1U+LU+Huot2t321RCRR三角波周期:T=2(t2-t1)=4T21RCRRt1=21RCRRt2=3t3=521RCRR三角波频率:f=1/T改型电路1调整电位器RW可以使三角波上下移动,而且使三角波正负半周时间不相等.－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1+E-ERW改型电路2tuoT1T2－++R2R1-++R´R2CuoRUo1被嵌位于±UzR决定T2,R´决定T1uottuoT1T2当R´=0时－++R2R1-++R´R2CuoRT1变为0三角波发生器,锯齿波发生器1.产生自激振荡的原理fidXXX改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。基本放大电路Ao反馈电路FiX+–dXoXfX12.6.3RC正弦波振荡器+如果：,ifXX则去掉,iX仍有信号输出。基本放大电路Ao反馈电路FdXoXfX反馈信号代替了放大电路的输入信号。基本放大电路Ao反馈电路FiX++dXoXfXfidofdooXXXXFXXAXFAAXXAooiof1基本放大电路Ao反馈电路FiX++dXoXfX自激振荡条件的推导自激振荡条件的推导（续）基本放大电路Ao反馈电路FdXoXfXfdofdooXXXFXXAX=FAoXoFAo=1自激振荡的条件FAAAoof1当xi=0时，AoF=1foAFA:01则(1)正反馈足够强,输入信号为0时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。(2)要获得非正弦自激振荡,反馈回路中必须有RC积分电路。)()(FA、(3)要获得正弦自激振荡,反馈回路中必须有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：自激振荡条件的推导（续）所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振幅条件：1||AF（2）相位条件：pjjnFA2n是整数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。因为：AAAj||)(FFFj||)(00自激振荡的条件：1)()(FA00自激振荡条件的推导（续）问题：如何启振？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。起振并能稳定振荡的条件：111AFBUAFBUAFBUooo时，时，时，2.RC振荡电路用RC电路构成选频网络的振荡电路即所谓的RC振荡电路，可选用的RC选频网络有多种，这里只介绍文氏桥选频电路。R1C1R2C2iUoU文氏桥选频电路)1()1(112211221CRCRjCCRRUUioR1C1R2C2iUoU时，相移为0。12211CRCR当如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：RCfp21012211CRCR21211CCRR01CR0)1()1(112211221CRCRjCCRRUUio13文氏桥选频电路)1(31CRCRjo时文氏桥选频电路)(3100ffffjUUio传递函数：2002)(31ffffUUio幅频特性：)(3100ffffarctgj相频特性：如果：R1=R2=R，C1=C2=CfioUU31+90–90ff0j0jUUio)1(31CRCRjRCfp210用运放组成的RC振荡器：0Aj只有在f0处,0Fj才满足相位条件：因为：AF=131F1fFRRAfF2RRuo_++RFRCRCRfA=3uouo3A=3同相放大器文氏桥选频电路输出正弦波频率：RCfp210例题:R=1k，C=0.1F，Rf=10k。RF为多大时才能起振？振荡频率f0=？Hzuo_++RFRCRCRfAF=1，31F1fFRRAA=3=210=20kRCfp210=1592Hz起振条件：fF2RR能自行起振的电路1半导体热敏电阻起振时RT2Rf,使A3,易起振。当uo幅度自激增长达某一值时，RT=2Rf，A=3。当uo进一步增大时，RT2Rf,使A3。因此uo幅度自动稳定于某一幅值。_++RTRCRCRfTuo能自行启动的电路2RF1+RF2略大于2Rf,随着uo的增加，RF2逐渐被短接，A自动下降，输出自动被稳定于某一幅值。将RF分为二个：RF1和RF2，RF2并联二极管_++RF1RCCRfRF2D1D2RK：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。振荡频率的调节：_++RFuoRCCRfKKR1R1R2R2R3R3振荡频率：RCfp210电子琴的振荡电路：_++RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R22112pCRR0f2121RRF12345176功率放大器使R2R121F1fF2RRAF1R2AF1可调A2RF1+RF2RfLC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，所以一般用分离元件组成放大电路。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。首先介绍一下LC选频网络。12.6.4LC正弦波振荡器LC10RCLZ0LCfp210LC选频网络(LC并联谐振电路)CLRuiLici(阻性)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。用于选频电路。R为电感线圈中的电阻CLRuiLici例:LC并联谐振电路中,L=1mH,C=0.1F,R=10，U=1V。求谐振时的f0、I0、IC、IL。LCfp210=15924HzRCLZ0=1000I0=U/Z0=1/1000=1mAIC=U/ZC=10mA1CZC==100IL=U/ZLR=9.95mA结论:并联谐振电路中ICILI0谐振信号通过互感线圈引出互感线圈的极性判别1234磁棒初级线圈次级线圈同极性端1234+–+–例1：++–+正反馈LC正弦波振荡器举例判断是否是正反馈:用瞬时极性法判断振荡频率:–+UCCCC1LLCfp210uo利用1：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2：互感线圈的同极性端电位变化相位相同。+UCCCC1L1L2例2：+––++正反馈–反相+振荡频率:M为两线圈的互感(L+L+2M)Cfp21012uo+UCCC1C1LC2+––+反相例3：正反馈振荡频率:LCfp210其中：C=C1C2C1+C2+UCCC1C2例4：–+–ubeube增加正反馈–++–