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1、第9章 波形的发生与变换电路9.1 9.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.2.1 9.2.1 矩形波发生电路矩形波发生电路9.1 正弦波振荡电路9.1.1 概述一、产生正弦波振荡的条件一、产生正弦波振荡的条件正弦波振荡：指不加任何输入信号的情况下，由电指不加任何输入信号的情况下，由电路自身产生一定频率和幅值的正弦波电压输出。路自身产生一定频率和幅值的正弦波电压输出。+正反馈的方框图 正反馈的方框图正弦波振荡电路的方框图 正弦波振荡电路的方框图和和 大小和相位都一致。大小和相位都一致。条件：条件：和和 大小和相位都一致。大小和相位都一致。条件：条件：产生自激振荡的条件：产生自激振荡的条件：(1
2、)(1)相位条件：相位条件：(振振荡电路必须是荡电路必须是正反馈正反馈)振荡产生的首要条件振荡产生的首要条件(2)(2)幅度条件：幅度条件：必须有必须有足够的反馈量足够的反馈量(可以通过调整可以通过调整AA或或F F 达到达到)。二、正弦波振荡电路的组成二、正弦波振荡电路的组成(1)(1)放大电路放大电路:放大信号放大信号(2)(2)反馈网络反馈网络:必须是必须是正反馈正反馈(3)(3)选频网络选频网络:保证输出为单一频率的正弦波保证输出为单一频率的正弦波(4)(4)稳幅环节稳幅环节:使电路能从使电路能从，过渡到，过渡到，从而达到稳幅振荡。，从而达到稳幅振荡。三、正弦波振荡电路的分类三、正弦波
3、振荡电路的分类常用的有：常用的有：LCLC振荡电路振荡电路：输出功率大、频率高。：输出功率大、频率高。RC RC 振荡电路振荡电路：输出功率小、频率低。：输出功率小、频率低。石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路：频率稳定度高。：频率稳定度高。9.1.2 RC正弦波振荡电路一、一、RCRC串并联网络的频率特性串并联网络的频率特性+R C RC令：令：幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性：O009090O当当=oo时时，达达最最大大值值，且且=00，与与 同相同相。即网络具有选频特性。即网络具有选频特性。二、二、RCRC正弦波振荡电路的结构正弦波振荡电路的结构ui+放大电路放大电路(同相比例 同相比
4、例运算电路 运算电路)uf+选频网络选频网络反馈网络反馈网络稳幅环节稳幅环节 RR2R1 C RCuoA+三、振荡条件三、振荡条件当当 时，时，uuf f 与与 uuoo同相。同相。起振时，起振时，即：即：RR22 2 2RR11达到稳定时：达到稳定时：RR22=2=2RR11振荡频率：振荡频率：改变R、C 可调节振荡频率uouf+ui+RR2R1 C RCA+四、工作原理四、工作原理电路中微小的起始扰动信号经正反馈反馈到输入电路中微小的起始扰动信号经正反馈反馈到输入端，反馈电压经放大电路后有更大的输出，最后端，反馈电压经放大电路后有更大的输出，最后利用稳幅环节稳定下来。利用稳幅环节稳定下来。
5、热敏电阻热敏电阻稳幅原理稳幅原理具有具有负温度系数负温度系数的热敏电的热敏电阻，利用它的非线性可以阻，利用它的非线性可以自动稳幅。自动稳幅。起振时，由于起振时，由于 uuo o 很小，很小，流过流过RR22的电流也很小，的电流也很小，阻值高，使阻值高，使RR2 2 22RR11，使，使uuooRR22TT RR2R1 C RCA+u uo o当当RR22=2=2RR11时，时，振荡稳定。振荡稳定。思考：思考：若热敏电阻具有正温度若热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？系数，应接在何处？9.1.3 LC正弦波振荡电路LC LC 振荡电路振荡电路可以产生可以产生1000MHz1000MHz以上以上的
6、正弦波信号的正弦波信号。由于高频运放价格较高，所以一般用分立元件组成放由于高频运放价格较高，所以一般用分立元件组成放大电路。大电路。常用的有：常用的有：电感反馈式电感反馈式变压器反馈式变压器反馈式电容反馈式电容反馈式一、一、LCLC并联网络的频率特性并联网络的频率特性谐振时有：R+LC谐振角频率：因为L R，所以并联谐振的特点:(1)回路的等效阻抗为纯电阻，电路中阻抗模为最大。称电路的品质因数R越小，Q值越大，谐振时的阻抗值越大。令：(2)谐振时电路中的电流当Q1时，有0L R。谐振时，LC并联回路电流比输入电流大得多。R+LC(3)阻抗的频率特性Q值越大，曲线越尖锐，选择性越好。f f0ff
7、0+90900Q大Q小二、二、LCLC选频放大电路选频放大电路L LC C+V VCC CCR Rb2 b2R Rb1 b1R Re eC Ce eT Tu ui i+-相当于集电极电阻RC当f=f0时，电压放大倍数最大，且集电极动态电位和输入电压反相。根据反馈引入根据反馈引入的方法不同分的方法不同分电感反馈式电感反馈式变压器反馈式变压器反馈式电容反馈式电容反馈式三、变压器反馈式LC正弦波振荡电路(1)(1)电路结构电路结构L LC C+V VCC CCR RL LC C1 1R Rb2 b2R Rb1 b1R Re eC Ce eL Lf fT T放大电路放大电路选频电路选频电路反馈网络反馈
8、网络(2)(2)振荡频率：振荡频率：稳幅措施稳幅措施 利用晶体利用晶体管的非线性性。管的非线性性。正反馈正反馈四、电感三点式LC正弦波振荡电路(1)(1)电路结构电路结构L L1 1C C+V VCC CCR RL LC C1 1R Rb2 b2R Rb1 b1R Re eC Ce eL L2 2T T由于由于LCLC回路向外引出三回路向外引出三个端子，分别接至晶体个端子，分别接至晶体管的管的ee、bb、cc极上，故称极上，故称三点式振荡电路。三点式振荡电路。L L2 2C CR RL LR Rb2 b2L L1 1T TR Rb1 b1交流通路交流通路正反馈正反馈四、电感三点式LC正弦波振荡
9、电路L L1 1C C+V VCC CCR RL LC C1 1R Rb2 b2R Rb1 b1R Re eC Ce eL L2 2T T(2)(2)振荡频率：振荡频率：MM为线圈的互感。为线圈的互感。五、电容三点式LC正弦波振荡电路(1)(1)电路结构电路结构C C2 2C C1 1+V VCC CCC CR Rb2 b2R Rb1 b1R Re eC Ce eL LT TR Rc c正反馈正反馈(2)(2)振荡频率：振荡频率：+u uf f-+u ui i-改进的电容反馈式振荡电路(1)(1)电路结构电路结构(2)(2)振荡频率：振荡频率：C C2 2C C1 1+V VCC CCC CR
10、 Rb2 b2R Rb1 b1R Re eC Ce eL LT TR Rc cC C若若CCCC11，CCCC22例1在图中标明变压器副边的同名端，使电路在图中标明变压器副边的同名端，使电路满足正弦波振荡的相位条件。满足正弦波振荡的相位条件。C C+V VCC CCR Rb2 b2R Rb1 b1R Re eC Cb bL L1 1T TL L2 2C C1 1共基极放大电路共基极放大电路9.1.4 石英晶体正弦波振荡电路一、石英晶体简介一、石英晶体简介11、符号、符号 22、等效电路、等效电路C C0 0L LC CR RCC00表示晶体不振动时的等表示晶体不振动时的等效静电电容。效静电电容
11、。它的大小与晶片的几何尺它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般寸、电极面积有关，一般为几为几pFpF几十几十pFpF；机械振荡的惯性用机械振荡的惯性用LL等效，等效，一般为几十一般为几十mHmH几百几百mHmH；晶片的弹性用晶片的弹性用 CC等效，其值很小，一般只有等效，其值很小，一般只有0.00020.1pF0.00020.1pF；因摩擦造成的损耗用因摩擦造成的损耗用 RR等效，约为等效，约为100100。33、石英晶体的频率特性、石英晶体的频率特性C C0 0L LC CR R有两个谐振频率：有两个谐振频率：(1)(1)串联谐振频率串联谐振频率ffss：(2)(2)并联谐振频率并联谐
12、振频率ffpp：因因CCCC00，所以所以33、石英晶体的频率特性、石英晶体的频率特性C C0 0L LC CR RO OX Xf f当当f f=ffss时时，CC00RR，所以电路呈阻性；所以电路呈阻性；当当f f ffss时时，LL、CC、RR支路呈容性支路呈容性当当ffss f f ffpp时时，电路呈电路呈容性。容性。感性 感性容性 容性容性 容性f fs sf fp p阻性 阻性阻性 阻性二、石英晶体正弦波二、石英晶体正弦波振荡电路振荡电路石英晶体振荡电路有两种：石英晶体振荡电路有两种：(1)(1)把振荡频率选在把振荡频率选在f f ss和和ffpp之间，使石英晶体呈感性；之间，使石
13、英晶体呈感性；(2)(2)把振荡频率选在把振荡频率选在f f ss处，使石英晶体呈电阻性，处，使石英晶体呈电阻性，把石英晶体设在反馈网络中。把石英晶体设在反馈网络中。C C0 0L LC CR RO OX Xf f感性 感性容性 容性容性 容性f fs sf fp p阻性 阻性阻性 阻性11、并联型石英晶体振荡电路、并联型石英晶体振荡电路C C2 2C C1 1+V VCC CCC CR Rb2 b2R Rb1 b1R Re eC Ce eL LT TR Rc c电感性 电感性振荡频率：振荡频率：总电容：总电容：22、串联型石英晶体振荡电路、串联型石英晶体振荡电路C C1 1+V VCC CC
14、R Rb2 b2R Rb1 b1R Re1 e1T T1 1R Rc cR Re2 e2T T2 2R Rf f电阻性 电阻性正反馈正反馈电路的振荡频率电路的振荡频率为石英晶体的为石英晶体的ffss。RRff用来调节正反馈的反馈量。用来调节正反馈的反馈量。RRff过大，反馈量太小不能振荡；过大，反馈量太小不能振荡；RRff过小，反馈量太大使输出波形失真。过小，反馈量太大使输出波形失真。9.2.1 矩形波发生电路一、方波发生电路一、方波发生电路11、电路组成、电路组成+uC反相输入滞回比较器反相输入滞回比较器RCRC充放电电路充放电电路滞回比较器的输出：滞回比较器的输出：uo+AR1R2uNR4
15、R3CDZUZ阈值电压为阈值电压为:uuoo=UZ滞回比较器的电压传输特性：滞回比较器的电压传输特性：uo+AR1R2uNR4R3CDZUZuIuoO UT-UT+U UZ Z U UZ Z22、工作原理、工作原理设电源接通时，设电源接通时，uuoo=+=+UUZ Z，uuCC=0=0+uCuuoo 通过通过 RR3 3 对电容对电容CC充电，充电，uuCC 按指数规律增长。按指数规律增长。当当uuCC 稍大于稍大于+UUTT 时，时，uuoo=-UUZZ电容通过电容通过 RR3 3 放电，放电，uuCC 按指数规律衰减。按指数规律衰减。当当uuCC 稍小于稍小于-UUTT 时，时，uuoo=
16、+=+UUZZ3、波形图uCOt+UT-UTuOOt+UZ-UZ44、振荡周期、振荡周期T1T2T占空比：占空比：改变改变RR11、RR22、RR33、CC就就可改变振荡频率。可改变振荡频率。补：周期的求法uuC C 的响应利用的响应利用“三要素三要素”公式求公式求在充电过程中在充电过程中代入得：代入得：二、矩形波发生电路二、矩形波发生电路uo+AR1R2R4R3CDZUZD2D1Rw1RwRw2充电充电放电放电振荡周期：振荡周期：占空比：占空比：改变改变RRww就可改变占空比，但不改变振荡频率。就可改变占空比，但不改变振荡频率。本章作业：本章作业：9.1；9.3；9.6；9.7(做在书上)9.59.5；9.12 9.12(做在作业本上)本章学习结束 Goodbye!