【电子教案--模拟电子技术】第七章波形发生电路

模拟电子技术波形发生电路第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模拟电子技术7.1正弦波振荡电路7.1.1正弦波振荡电路的工作原理7.1.2RC正弦振荡7.1.3LC正弦振荡引言模拟电子技术信号产生电路(振荡器—Oscillators)分类：正弦波振荡:非正弦波振荡：RC振荡器(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模拟电子技术7.1.1正弦波振荡电路的工作原理一、振荡条件放大器反馈网络Ui•Au•Fu•Uo•Uf•RL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。;ioUUAu•••;ofUUFu•••1uuFA••—振幅平衡条件π2FAAFn—相位平衡条件n=0,1,2,1uuFA••模拟电子技术二、起振条件起振条件iouuAuofuuFuπ2AFn放大器Au反馈网络FuUoUfUi1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu1AuFu1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf起振稳幅1AF••模拟电子技术三、电路的组成和起振的判断1.放大电路Au2.正反馈网络Fu3.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:模拟电子技术放大器选频正反馈网络UoUfUi选频放大器正反馈网络UoUfUi判断:1.检查电路组成2.“Q”是否合适3.是否满足起振条件模拟电子技术)j1//(j1Cj1//12ωCRωCRωRUUFu•••7.1.2RC正弦振荡一、RC桥式振荡电路)1(j31ωRCωRC)(j3100ωωωω3//arctan00ωωωωF0Fu.310f9090200)//(91uF•1.RC串并联选频网络式中:0=1/RC当=0时Fu=1/3.=0º模拟电子技术2.RC桥氏振荡电路A=2nF=0º2)电路：同相放大器1)组成：8CR1RfRiUoUCRfU•••模拟电子技术nAF23)振荡频率RCf2104)振荡条件21fRR1f2RRRf不能太大，否则正弦波将变成方波应使：1uuFA••31F•3A•模拟电子技术5)稳幅措施热敏电阻稳幅8CR1RfRiUoUCRfU为使电Au为非线性，起振时，应使Au3，稳幅后Au=3。正温度系数负温度系数)/1(1fuffRRART二极管稳幅8R1R2oUV1V2R312.4kR28.1k起振时信号小，二极管电阻大Au1+(R2+R3)/R13R22R1R3起振后二极管电阻逐渐减小，Au1+R2/R1=3为使失真小：R22R1f0=1.94kHzRCf2108.2k6.2k22k4.3k0.01F8.2k0.01F模拟电子技术二、RC移相式振荡电路8CRRfRoUCRC一节RC环节移相90二节RC环节移相180三节RC环节移相270RCf6π210对于的信号，180F180A0AF—满足相位平衡条件优点：结构简单缺点：选频特性差，输出波形差模拟电子技术7.1.3LC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LrCIs.L的等效损耗电阻)j(j1)j(j1ωLrωCωLrωCZ)1(j1/CrrLrCL(一)LC并联回路的特性Z模拟电子技术1.谐振频率f010，LCωLCfπ2102.谐振阻抗Z0rCLZ03.回路品质因数QCLrCrωrLωQ1100CωQLQωZ000模拟电子技术4.频率特性)1(j1/ωrCωrLrCLZ)//(j1000ffffQZ0ZZ0Q大Q小0f90º90ºQ增大幅频特性相频特性模拟电子技术5.并联谐振的本质—电流谐振LuCr–+iiLiC1)Z=Z0呈纯阻2)形成环流，大小是总电流的Q倍IQILωLQωIZZIILLC000CLII••IC•IL•U•I•模拟电子技术(二)变压器反馈式振荡电路LC+VCCVRERB1RB2CECB180A180F0AF—满足相位平衡条件LCf210×模拟电子技术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振荡电路模拟电子技术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0r，模拟电子技术无反馈时的LLuoUZrZAA0/311/ZZZFu31232121ZZZZZZrZZAFAououu因此32131221XXXjrXXXZZAouo其中，模拟电子技术为了使电路振荡，应有1uuFA，上式应为实数，分母的需不应为零，即：0321XXX213XXX进而可得31131221XXXAXXXXXAFAuououu21XXAuo模拟电子技术、上式说明，为了产生振荡，1X2X的符号必须而3X必须与它们异号。由因为：LoLuouZrZAA211ZZZFu所以得：211ZZZrZZAFALoLuouu模拟电子技术32121331XXXjrXXXXXAouo为了产生振荡，由上式可得：213XXX和31XXAFAuouu因此，3X必须与1X异号。由于31XIUXIUooof所以必然有13XX模拟电子技术结论：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。模拟电子技术3、电感三点式振荡电路C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1×M123oU•iU•fU•模拟电子技术)2(2121210CMLLLCf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。模拟电子技术4、电容三点式振荡电路考毕兹振荡器(Colpitts)×LCCCCLCf212102121+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123LC3oU•iU•fU•模拟电子技术优点：波形较好缺点：2)V极间电容影响f01)调频时易停振3211111CCCC212130LCLCfC3的改进模拟电子技术三、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结构晶片涂银层焊点符号模拟电子技术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。模拟电子技术3.等效电路rqC0CqLqLq—晶体的动态电感(103~102H)(大)Cq—晶体的动态电容(0.1pF)(小)rq—等效摩擦损耗电阻(小)1qqqCLrQCo—晶片静态电容(几~几十pF)模拟电子技术1qqqCLrQ大小小大4.频率特性和谐振频率fXfPfS容性容性感性21qqSCLf21q0q0qPCCCCLf10qSCCf模拟电子技术5.使用注意2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。1)要接一定的负载电容CL(微调)，以达标称频率。模拟电子技术(二)石英晶体谐振电路1.串联型f=fs，晶体呈纯阻+VCCVRERB1RB2CBLC2.并联型fsffp，晶体呈感性+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC××模拟电子技术7.2非正弦波信号产生电路7.2.1电压比较器7.2.2方波产生电路7.2.3压控方波产生电路7.2.4三角波发生电路模拟电子技术7.2.1电压比较器(Comparer)一、单限电压比较器功能：类型基本比较器简单比较器(单门限)窗口比较器(双门限)迟滞比较器(施密特触发器)比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小8uIuOOuIuO1.过零电压比较器uI0uI0UOmaxUOmaxUOHUOL模拟电子技术OuIuO2.同相输入单门限比较器8uIUREFUZUZUREFuIUREFUZuIUREF门限电压UT特点:1)工作在非线性区2)不存在虚短(除了uI=UREF时)3)存在虚断门限电压UT=UREF模拟电子技术二、窗口比较器uO88U1U2uIV1V2uO1uO2模拟电子技术设U1U2，比较器采用单电源uIuO1uO2V1V2uOU2U1U2uIU1UOmax截止导通UZ0UOmax0导通截止UZ00截止截止0UZOuIuOU1U2模拟电子技术应用举例—三极管值分选电路885V2.5VV1V2V+15V10k20k20k430k1M5k1.5k3CG50100，LED不亮。分析电路是否满足要求：50或100，LED亮，模拟电子技术[解]IB=(150.7)/1430=0.01mA当50时，IC0.5mA，UC2.5V,V2导通，LED亮当100时，IC1mA，UC5VV1导通，LED亮当50100时，2.5VUC5V，LED不亮模拟电子技术1)电路和门限电压三、迟滞比较器1.反相型迟滞比较器uIRR18UREFR2R3UZPuO正反馈212Z211REFPRRRURRRUU当uIuP时，uO=UZ当uIuP时，uO=+UZ当uI=uP时，状态翻转212Z1REFTRRRURUU212Z1REFTRRRURUU模拟电子技术例：R1=30k，R2=15k,UZ=6V,UREF=0,求UT。)(V23015156V)(23015156-TTUU，模拟电子技术特点：2)传输特性RR18uIUREFR2R3UZPuOOuIuOUT+UTUZUZ当uI逐渐增大时只要uIUT+，则uO=UZ一旦uIUT+，则uO=UZ当uI逐渐减小时只要uIUT，则uO=UZ一旦uIUT，则uO=UZ上门限下门限U=UT+UTU回差电压uI上升时与上门限比,uI下降时与下门限比。模拟电子技术2.同相型迟滞比较器R1R8uIUREFR2R3UZNPuO状态翻转时，uP=uN=UREFREF212Z1IURRRURu即若UREF=012ZTRRUU则12ZTRRUU模拟电子技术212Z1IPRRRURuu传输特性OuIuOUT+UTUZUZU=UT+UT12Z2RRU模拟电子技术抗干扰OuIt单门限比较UTuOUOHUOLOt迟滞比较OuItUT-UT+UOHUOLOtuO模拟电子技术整形OuItUT+UT-OuOtUOHUOLOuItUT+UT-OuOtUOHUOL模拟电子技术7.2.2方波产生电路(AstableMultivibrator)1.电路组成和输出波形R1C8R2R3UZuOR积分电路滞回比较器UZuOuCtUT+UT-UZ模拟电子技术2.振荡频率212ZTRRRUU212ZTRRRUU)21ln(212RRRCTTf1占空比=50%模拟电子技术7.2.3压控方波产生电路一、积分-施密特触发器型压控振荡器V1V2+VCCV3施密特触发器uduORCuCI0V4V5压控恒流源压控恒流源积分器积分器镜象电流源镜象电流源uO=UOLV3