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1、波形发生和交换电路波形发生和交换电路你现在浏览的是第一页，共40页 波形发生电路和波形变换电路在测量、自动控制、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。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收音机、电视机和电子钟表等日常生活用品也离不开它。它。波形发生电路包括正弦波振荡电路和非正弦波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、三角波和同期性的连续
2、波形，例如正弦波、方波、三角波和锯齿波等。锯齿波等。你现在浏览的是第二页，共40页信号产生电路信号产生电路(振荡器振荡器)分类：分类：正弦波振荡正弦波振荡:非正弦波振荡：非正弦波振荡：RC 振荡器振荡器(1 kHz 数百数百 kHz)LC 振荡器振荡器(几百几百 kHz 以上以上)石英晶体振荡器石英晶体振荡器(频率稳定度高频率稳定度高)方波、方波、三角波、三角波、锯齿波等锯齿波等主要性主要性能能要求：要求：输出信号的输出信号的幅度准确稳定幅度准确稳定输出信号的输出信号的频率准确稳定频率准确稳定你现在浏览的是第三页，共40页1.1.1.1.正弦波振荡的条件正弦波振荡的条件正弦波振荡的条件正弦波振
3、荡的条件 无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。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。的是正反馈，且振荡频率可控。的是正反馈，且振荡频率可控。的是正反馈，且振荡频率可控。在电扰动下，对于某一特定频率在电扰动下，对于某一特定频率在电扰动下，对于某一特定频率在电扰动下
4、，对于某一特定频率f f f f0 0 0 0的信号形成正反馈：的信号形成正反馈：的信号形成正反馈：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。动态平衡，稳定在一定的幅值。动态平衡，稳定在一定的幅值。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正弦波振荡电路的基本概念 9.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路你现在浏览的是第四页，共40页 一旦产生稳定的振荡，则电路一旦产
5、生稳定的振荡，则电路一旦产生稳定的振荡，则电路一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即的输出量自维持，即的输出量自维持，即的输出量自维持，即幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件起振条件：起振条件：起振条件：起振条件：要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f f0 0，且在合闸通电时对，且在合闸通电时对，且在合闸通电时对，且在合闸通电时对于于于于f f=f f0 0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。信号有从小到
6、大直至稳幅的过程，即满足起振条件。信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。你现在浏览的是第五页，共40页 振荡电路的组成振荡电路的组成 根据振荡电路对起振、稳幅和振荡频率的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：要求，一般振荡电路由以下部分组成：(1)(1)放大电路：具有放大信号作用，并将直流电源转换放大电路：具有放大信号作用，并将直流电源转换 成振荡的能量。成振荡的能量。(2)(2)反馈网络：它形成正反馈，能满足相位平衡条件。反馈网络：它形成正反馈，能满足相位平衡条件。(3)(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选频网络：在正弦波振荡电
7、路中，它的作用是选择某一频率f fo o，使之满足振荡条件，形成单一频率的振荡。使之满足振荡条件，形成单一频率的振荡。(4)(4)稳幅电路：用于稳定振幅，改善波形。稳幅电路：用于稳定振幅，改善波形。2.2.正弦波振荡电路的组成正弦波振荡电路的组成你现在浏览的是第六页，共40页 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：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(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；正弦波振荡电路：其振荡频率较低
8、，一般在几百千赫以下；(2)LC(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赫；(3)(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。率，振荡频率稳定。3.3.正弦波振荡电路的分类正弦波振荡电路的分类 你现在浏览的是第七页，共40页 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：步骤来判断：v(1(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）
9、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 4个环节，尤其前个环节，尤其前3 3个环节；个环节；v(2(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）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；工作点设置得是否合理；v(3(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）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；检查幅值条件和起振条件是
10、否满足；v(4(4）估算振荡频率，其数值往往决于选频网络的参数。）估算振荡频率，其数值往往决于选频网络的参数。4.4.正弦波振荡电路的分析方法正弦波振荡电路的分析方法你现在浏览的是第八页，共40页相位条件的判断方法：相位条件的判断方法：瞬时极性法瞬时极性法 断开反馈，在断开处给放大电路加断开反馈，在断开处给放大电路加断开反馈，在断开处给放大电路加断开反馈，在断开处给放大电路加 f f f ff f f f0 0 0 0的信号的信号的信号的信号U U U Ui i i i，且规定其极性，且规定其极性，且规定其极性，且规定其极性，然后根据然后根据然后根据然后根据 U U U Ui i i i的极性
11、的极性的极性的极性 U U U Uo o o o的极性的极性的极性的极性 U U U Uf f f f的极性的极性的极性的极性 若若若若U U U Uf f f f与与与与U U U Ui i i i极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。生自激振荡。生自激振荡。生自激振荡。在多数正弦波振荡电路中，在多数正弦波振荡电路中，在多数正弦波振荡电路中，在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和反馈量均输出量、净输入量和反馈量均输出
12、量、净输入量和反馈量均输出量、净输入量和反馈量均为电压量。为电压量。为电压量。为电压量。极性？极性？你现在浏览的是第九页，共40页1.1.1.1.RCRCRCRC串并联选频网络串并联选频网络串并联选频网络串并联选频网络低频段低频段低频段低频段高频段高频段高频段高频段 在频率从在频率从0中中必有一个频率必有一个频率f0，F0。9.1.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路你现在浏览的是第十页，共40页RCRCRCRC串并联选频网络的频率响应串并联选频网络的频率响应串并联选频网络的频率响应串并联选频网络的频率响应当当当当 f f=f f0 0时，不但时，不但时，不但时，不但=0=0，且，且，且，且
13、最大，为最大，为最大，为最大，为1/31/3。你现在浏览的是第十一页，共40页 可引入电压串联负反馈，使电压可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于放大倍数大于3，且，且Ri大、大、Ro小，对小，对f0影响小影响小你现在浏览的是第十二页，共40页 2.RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路 你现在浏览的是第十三页，共40页 利用二极管稳幅的利用二极管稳幅的RCRC串并联正弦波振荡电路串并联正弦波振荡电路你现在浏览的是第十四页，共40页1.1.LCLC并联网络的选频特性并联网络的选频特性并联网络的选频特性并联网络的选频特性 理想理想理想理想LCLC并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷并联网络在
14、谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。大。大。大。谐振频率为谐振频率为谐振频率为谐振频率为在损耗较小时，品质因数及谐振频率在损耗较小时，品质因数及谐振频率在损耗较小时，品质因数及谐振频率在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗损耗损耗损耗 在在在在f ff f0 0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？9.1.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 你现在浏览的是第十五页，共4
15、0页三三、LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 1.LC并联电路的频率响应并联电路的频率响应 理想理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。阻抗无穷大。谐振频率为谐振频率为在损耗较小时，在损耗较小时，品质因数及谐振频率品质因数及谐振频率损耗损耗附加相移附加相移你现在浏览的是第十六页，共40页品质因数 LC并联回路的频率特性（Q1 Q2）a)幅频特性 b)相频特性你现在浏览的是第十七页，共40页 2.2.变压器反馈式变压器反馈式LCLC正弦波振荡电路正弦波振荡电路你现在浏览的是第十八页，共40页 变压器反馈变压器反馈LCLC振荡电路容易起振，若用可变电容器代替固定
16、电容振荡电路容易起振，若用可变电容器代替固定电容C C，则，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。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。你现在浏览的是第十九页，共40页3.3.电感反馈式振荡电路电感反馈式振荡电路 你现在浏览的是第二十页，共40页 电路特点：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L L2 2，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，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，
17、波形较差。常用于对波形要求不高的设备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。中，其振荡频率通常在几十兆赫以下。你现在浏览的是第二十一页，共40页4.4.电容反馈式振荡电路电容反馈式振荡电路 你现在浏览的是第二十二页，共40页电容反馈式电容反馈式电路特点：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，可达次谐波成分小，波形较好。振荡频率较高，可达100MHZ
18、100MHZ以上。常在电感以上。常在电感L L两端并联可变电容器，调节频率，但两端并联可变电容器，调节频率，但调节范围较小。调节范围较小。你现在浏览的是第二十三页，共40页 石英晶体振荡电路简称为石英晶体振荡电路简称为“晶振晶振”。和一般。和一般LCLC振荡电路比较，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,f/f可达可达1010-9-910101111。而一般。而一般LCLC振荡电路的频率稳定度无法达到振荡电路的频率稳定度无法达到10105 5。所以在。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，
19、例如，它广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。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 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 1.1.石英晶体石英晶体你现在浏览的是第二十四页，共40页你现在浏览的是第二十五页，共40页 石英晶体的压电效应：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。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而晶片
20、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。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，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。体积越小，一般谐振频率越高。你现在浏览的是第二十六页，共40页等效电路等
21、效电路A.串联谐振串联谐振特性特性 晶晶体体等等效效阻阻抗抗为纯阻性为纯阻性B.并联谐振并联谐振通常通常所以所以（a）代表符号）代表符号 （b）电路模型）电路模型 （c）电抗）电抗-频率响应特性频率响应特性 容性容性感性感性阻性阻性你现在浏览的是第二十七页，共40页实际使用时外接一小电容实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为则新的谐振频率为由于由于由此看出由此看出调整调整你现在浏览的是第二十八页，共40页 并联型石英晶体振荡电路并联型石英晶体振荡电路 2.2.石英晶体谐振电路石英晶体谐振电路 你现在浏览的是第二十九页，共40页串联型晶体振荡电路串联型晶体振荡电路 你现在浏览的是第三十页，共
22、40页 把正弦波以外的波形统称为非正弦波。把正弦波以外的波形统称为非正弦波。方波、三角波、锯齿波方波、三角波、锯齿波的产生电路电路通常由迟滞电压比较器和的产生电路电路通常由迟滞电压比较器和RCRC充放电电路组成，工作过充放电电路组成，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。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非正弦信号发生电路你现在浏览的是第三十一页，共40页1.1.方波发生器方波发生器正向充电：正向充电：uO（+UZ）RC地地反向充电：反向充电：地地C R uO（UZ）RC 回路回路滞回比较器滞回比较器 该电路从本质上看，它工作于该
23、电路从本质上看，它工作于该电路从本质上看，它工作于该电路从本质上看，它工作于比较器状态；比较器状态；比较器状态；比较器状态；RCRC构成负反馈回路，构成负反馈回路，构成负反馈回路，构成负反馈回路，R R1 1，R Rf f构成正反馈。电路的输出电压由运放构成正反馈。电路的输出电压由运放构成正反馈。电路的输出电压由运放构成正反馈。电路的输出电压由运放的的的的U UP P与与与与U UN N比较决定。比较决定。比较决定。比较决定。你现在浏览的是第三十二页，共40页2.工作原理：工作原理：(1)(1)设设 uOO=+U UZ Z,此时，此时，u uOO给给C C 充电充电充电充电,uC C ，则：则
24、：则：则：u u+=U=UT T+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦一旦一旦一旦 u uC C U UT T+,就有就有 u-u u+,u uOO立即由立即由+U UZ Z变成变成变成变成-UZ Z 。在在 u uC UT T+时，时，时，时，u-u+,设设设设uC C初始值初始值初始值初始值u uC C(0(0+)=0)=0u uOO保持保持保持保持+U UZ不变不变+UZ你现在浏览的是第三十三页，共40页此时，此时，C C向向向向u uOO放电，再反向充电放电，再反向充电放电，再反向充电放电，再反向充电(2)当当uO =-UZ 时，时，u+=UT-uC C达到达到达到达到UT T-时，
25、时，uOO上跳。上跳。上跳。上跳。UT+uctUT-当当当当u uOO重新回到重新回到重新回到重新回到+UZ Z后，电路又进入另一个后，电路又进入另一个后，电路又进入另一个后，电路又进入另一个周期性的变化。周期性的变化。周期性的变化。周期性的变化。-UZ你现在浏览的是第三十四页，共40页0UT+uCtUT-+UZuO0t -UZT完整的波形：完整的波形：方波的周期为：方波的周期为：你现在浏览的是第三十五页，共40页脉冲宽度脉冲宽度波形分析波形分析你现在浏览的是第三十六页，共40页 正向充电和反向充电时间常数可调，正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。占空比就可调。2.矩形波发生电路矩形
26、波发生电路为了占空比调节范围大，为了占空比调节范围大，R3应如何取值？应如何取值？你现在浏览的是第三十七页，共40页三角波发生器三角波发生器a)a)基本电路基本电路 b)b)输出波形输出波形A1过零迟滞电压比较器过零迟滞电压比较器 A2积分器积分器 uP 0 uP0=0方波和三角波的方波和三角波的周期周期 9.2.2 9.2.2 三角波发生电路三角波发生电路 从零值开始从零值开始线性上升线性上升 uP 0 UO1=-UZ UO1=+UZ 你现在浏览的是第三十八页，共40页9.2.3 锯齿波发生电路锯齿波发生电路 你现在浏览的是第三十九页，共40页模拟电子技术基础习题模拟电子技术基础习题模拟电子技术基础习题模拟电子技术基础习题你现在浏览的是第四十页，共40页