波形发生和交换电路课件

《波形发生和交换电路课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《波形发生和交换电路课件（40页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第第9章章 波形发生和交换电路波形发生和交换电路9.2 9.2 非正弦信号发生电路非正弦信号发生电路9.1 9.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 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收音机、电视机和电子钟表等日常生活用品也离不开它。离不开它。 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

2、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波形，例如正弦波、方波、三角波和锯齿波等。锯齿波等。 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oioXXX9

3、.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211FAnFAFAooXFAX幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件1FA 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)

4、(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 为了保证振荡电路产生单一频率的正弦波，电路必须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，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：通常可分为： (1) RC (1) RC正弦波振荡电路：

5、其振荡频率较低，一般在几百千赫正弦波振荡电路：其振荡频率较低，一般在几百千赫以下；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几百兆赫； (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。固有频率，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 对于一个振荡电路，首先要判断它能否产生振荡。通常可采对于一个振荡电路，首先要判断它能否产生振荡。通常可采用下列步骤来判断：用下列步骤来判断：v (1(1）检查振

6、荡器是否存在放大电路、反馈网络、选频网络和稳）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）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；的静态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）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；然后检查幅值条件和起振条

7、件是否满足；它肯定不能振荡；然后检查幅值条件和起振条件是否满足；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 iU极性？极性？900 0Ff，Uf900 Ff，UfUo.Uf.I.Uo.Uf.I. 在频率从在频率从0中必有一个频率中必有一个频率f0，F0。9.1.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路CRCRCRUUF j1 j1 j1of ) 1 ( j31RCRCFF)( j31 21000ffffFRCf，则令 可引

8、入电压串联负反馈，使可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于电压放大倍数大于3，且，且Ri大、大、Ro小，对小，对f0影响小影响小 2. RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路 31F1FA11RRAFf12RRF时 210RCf 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1 1F F2 2V VD Df f) )/ / /( (1 1RRRRALCfCLRQ 2110 ，LCf 210 9.1.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 三三、 LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 1. LC并联电路的并联电路的频率响应频率响应LCfCLRQ2110 ， 理想

9、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。LCf 210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Z附加相移附加相移品质因数 CLRRLQ10LC并联回路的频率特性（Q1 Q2） a) 幅频特性 b)相频特性LCf210 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 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振荡电路容易起振，若用可变电容器代替固定电容电容C C，则调频比较方便，缺点是振荡频率不太高，通常为几兆，则调频比较方便，缺点是振荡频率不太

10、高，通常为几兆赫十几兆赫。赫十几兆赫。 CMLLLCf)(221212103. 3. 电感反馈式振荡电路电感反馈式振荡电路 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，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，波形较差。常用基波强，使输出波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。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

11、。 212102121CCCCLLCf4. 4. 电容反馈式振荡电路电容反馈式振荡电路 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，使输出波容抗小，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，形中的高次谐波成分小，波形较好。振荡频率较高，可达可达100MHZ100MHZ以上。常在电感以上。常在电感L L两端并联可变电容器，两端并联可变电容器，调节频率，但调节范围较小。调节频率，但调节范围较小。 石英晶体振荡电路简称为石英晶体振荡电路简称为“晶振

12、晶振”。和一般。和一般LCLC振荡电路比振荡电路比较，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, , f/ff/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。所以在要求频率稳定度高的场合，常采用石英晶体振荡电。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，例如，它广泛应用于标准频率发生器，频率计、电话、电视、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。计算机等设备中。 9.1.4 石英晶体振荡电路石

13、英晶体振荡电路 1. 1. 石英晶体石英晶体 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。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而晶片的机械振动，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，这种机械振动和交变电场的幅度是极其微小的，只有在外加交变电压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等于石英晶片的固有振动频

14、率时，振幅才会急剧增大，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，这种现象称为压电谐振。这种现象称为压电谐振。 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。 等效电路等效电路LCf21s A. 串联谐振串联谐振特性特性 晶 体 等 效 阻晶 体 等 效 阻抗为纯阻性抗为纯阻性0p121CCLCfB. 并联谐振并联谐振通常通常0CC 0s1CCf所以所以很接近很接近与与 psff（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

15、容性容性感性感性阻性阻性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s0s121CCCLCf 由于由于s0CCC s0s1CCCf 由此看出由此看出 )(21s0ssCCCff；时时， 0 pssffC sss ffC 时时，调整调整之之间间变变化化和和在在可可使使 psssfffC 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 串联型晶体振荡电路串联型晶体振荡电路 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、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锯齿波的

16、产生电路电路通常由迟滞电压比较器和RCRC充放电电路组充放电电路组成，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。荡器。 9.2 非正弦信号发生电路非正弦信号发生电路1. 1. 方波发生器方波发生器Z211TURRRU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ZU滞回比较器滞回比较器ZU2.工作原理：工作原理：0tuo+UZ-UZucUT+0tu- u+ , , +UZ(2) 当当uO = -UZ 时，时， u+=UT-UT+uctUT-UZ0UT+uCtUT-+

17、UZuO0t - UZT)21ln(212RRRCT求出、终了值、时间常数，根据三要素，即起始值)21ln(2213RRCRT%50kTT占空比脉冲宽度脉冲宽度波形分析波形分析 正向充电和反向充电时间常数可正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。调，占空比就可调。2. 矩形波发生电路矩形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？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 21122121RRRuRRRuuOOPuP 0 uP0 =0ZZURRu Uu120201ZZURRu Uu120201方波和三角波方波和三角波的周期的周期 RCRRT124 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 9.2.3 锯齿波发生电路锯齿波发生电路 CRRRRTw132)2(2