第八章2-波形发生器-讲讲解

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(7-32)
电子琴的振荡电路电路:
R28 R27
fo

2C
1 R1R2
R26
RF1 RF2 D1
R25
R1
D1
R24
C

_
uo
R23
+
R22
+
R21
C
R
(7-33)
3、用分立元件组成的RC振荡器
RF
R
R1
RC1 R2
C +
+
C1

+ T1 C2
R
C
+ ube
RE1 R3
RC2 + –
– T2 C3 +
成: A()、F()
(7-8)
自激振荡的条件: A()F () 1
因为: A() | A| A F() | F | F
所以,自激振荡条件也可以写成:
(1)振幅条件: | AF | 1
(2)相位条件:A F (2n 1) 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。
(7-11)
二 正弦波振荡电路工作原理
在各种波形的信号中,正弦波应用最广泛,而且它也 是低频电子电路的测试信号,所以我们首先以正弦波产 生电路为例来了解波形(信号)产生电路的组成原则, 工作原理等。 1、正弦波振荡电路:在没有外加输入信号的情况下,依 靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。广泛用 于测量、遥控、通信、自动控制、热处理和超声波电焊 等设备中。 2、正弦波振荡电路的种类:(用选频网络命名) ① RC正弦波振荡电路;② LC正弦波振荡电路;③ 石英 晶体正弦波振荡电路。
(7-18)
5、判断电路是否产生正弦波振荡的方法:
(1)观察电路是否包含了…… (2)判断放大电路是否能够正常工作,…… (3)利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡 的相位条件,… (4)判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件:
(7-19)
(7-20)
三、RC正弦波振荡电路
实用的RC正弦波振荡电路 多种多样,最典型的是RC桥 式振荡电路,又称为文式桥 振荡电路。 ① RC串并选频网络:因为在 振荡电路中既为选频网络, 又为正反馈网络,所以输入 电压为电路的u0,输出电压 为反馈电压uf。
起振时,RT略大于2R1,
R

_
使|AF|>1,以便起振;
C
+
uo
+
R
C
R1
起振后,uo逐渐增大则 RT逐渐减小,使得输出 uo为某值时,|AF|=1, 从而稳幅。
uo
t
Rt
A
(7-30)
能自行启动的电路(2)
R21
D1 R22
D2
R

_
C
+
+
C R1
R22为一小电阻, 使(R21+R22)略大 于2R1,|AF|>1, 以便起振;
3
F
这表明:只要RC串并选频网络匹配一个电压放
大倍数等于3,而且输入输出同相的放大电路
就可以构成正弦波振荡电路。
•考虑到起振条件,放大电路的AV应略大于3, 同时还应使放大电路有尽可能大的Ri和尽可能 小的R0。来减小放大电路对选频特性的影响, 使振荡频率几乎仅仅决定于选频网络,
(7-26)
(7-27)
uo 立即由+UOM 变成-UOM
(7-39)
2. 当uo = -UOM 时, u+=UL
uc –+
R
C


+
+
R1
R2
此时,电容C 经输出端放电。
uc
UH
uo
t
UL
uc降到UL时,uo上翻。
当uo 重新回到+UOM 以后,电路又进入另一 个
周期性的变化。 (7-40)
uc –+
R
uc UH
C

如果: 1 Aod F 0 则: Af
(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。例如:后面将介绍的方波发 生器、三角波发生器、锯齿波发生器等。
(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
(7-10)
问题2:如何稳幅?
起振后,输出将逐渐增大,若不采取稳幅,这 时若|AF|仍大于1,则输出将会饱和失真。
达到需要的幅值后,将参数调整为AF=1,即可稳幅。 起振并能稳定振荡的条件:
Uo B时,AF 1 Uo B时,AF 1 Uo B时,AF 1
具体方法将在后面具体电路中介绍。
+UCC
+ + –
RE2 CE
RC网络正反馈,RF、RE1组成负反馈,调整到 合适的参数则可产生振荡。
(7-34)
非正弦波发生器
(7-35)
我们的信号除正弦波外,还有矩形波、三角波、
锯齿波等非正弦波形。
这些信号发生电路的基础是矩形波发生电路,现我们 简要介绍一下矩形波发生电路的组成要求: (1)由于矩形波电压只有两个电平,不是高电平,就是 低电平,则电压比较器可以是它的重要组成部分。 (2)要产生振荡,就是要求输出的两种状态能自动地相 互转换,则电路中必须引入反馈。 (3)又因为输出状态要按一定的时间间隔交替变化,即 产生周期性变化,所以电路中还要有延迟环节来确定每种 状态持续的时间。显然要由RC电路来定时。
R2 上下门限电压:
UH

R1 R1 R2
U om
UL


R1 R1 R2
U om
(7-38)
uc –+
R
uc
U+H
C


+
t
+
uo
R1
0
uo
UOM
R2
二、工作原理
t 0 -UOM
1. 设 uo = + UOM 则:u+=UH 此时,输出给电容C 充电!
在 uc < UH 时, u- < u+ , uo 保持 + UOM 不变; 一旦 uc > UH , 就有 u- > u+ ,
(7-9)
问题1: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。
放大电路中存在噪声即瞬态扰动,这些扰动可分 解为各种频率的分量,其中也包括有fo分量。 选频网络:把fo分量选出,把其他频率的分量 衰减掉。这时,只要:
|AF|>1,且A+ B =2n,即可起振。

+
0
t
+ R1
uo UL
uo
R2
UOM
输出波形:
t 0
- UOM
T
(7-41)
方波发生器各部分的作用:
uc –+
R
C


+
+
uo
R1
R2
RC电路:起反馈和延迟作用,获得一定的频率。
反相迟滞比较器:起开关作用,实现高低电平的 转换。
(7-42)
三、周期与频率的计算 uc
UH
UH
UL

R1
R1 R2
则去掉 X i , 仍有信号输出。
X i X f
基本放大
电路Aod
反馈电路
F
X o
反馈信号代替了放大 电路的输入信号。
(7-5)
自激振荡条件的推导
X i + X i – X f
基本放大
电路Aod
X o
反馈电路
F
X o AodX i X f FX o X i X i X f
(7-3)
一、 产生自激振荡的原理
X i +
X i 基本放大
X o
– X f
电路Aod
改成正反馈
反馈电路
F
X i X i X f
只有正反馈电路才能产生自激振荡。
(7-4)
Βιβλιοθήκη Baidu
Xi +
X i
+ X f
基本放大
X o
电路Aod
反馈电路
F
如果:X f Xi ,
(7-36)
矩形波发生电路由反相迟滞电压比较器和RC电路组成。 其中RC回路既作为延迟环节,又作为反馈网络,电路通 过RC的充、放电过程实现输出环节的自动转换。
(7-37)
§8.3.2 方波发生器
一、电路结构
uc –+
R
C


+
+
R1
反相迟滞比较器,
输出经积分电路再
uo 输入到此比较器的 反相输入端。
(7-28)
2、用运放组成的RC振荡器
因为:A 1 R2
R2
R1
A 0
所以,若要满足相
R C

_ +
位条件,只有在
uo f= fo 处:F 0
+
R
C
R1
AF 1
A 1 R2 R1
F1 3
R2 2R1
(7-29)
能自行启动的电路(1)
RT
半导体 热敏电阻
t
| AF |1
• 满足起振条件后,电路把除频率f=f0以外的输出量 都逐渐衰减为零,因此输出量为频率f=f0的正弦波。
(7-17)
4、正弦波振荡电路的组成部分:
① 放大电路:保证电路能够有从起振到动态平 衡的过程,使电路获得一定幅值的输出量,实现 能量的控制。 ② 选频网络:确定电路的振荡频率,使电路产 生单一频率的振荡保证和电路产生正弦波振荡。 ③ 正反馈网络:引入正反馈,使放大电路的输 入信号等于反馈信号。 ④ 稳幅环节:也就是非线性环节,作用是使输 出信号幅值稳定。
随着uo的增加,R22 逐渐被短接,A自动 下降到使|AF|=1, 使得输出uo稳定在 某值。
(7-31)
输出频率的调整:
fo

1
2RC
R2
R1
R3
RF
K
R
C
R2
R1
R3 C
K

_ +
+
R
通过调整R或/和 C来调整频率。
K:双联波段开 关,切换R, 用于粗调振 荡频率。
uo
C:双联可调电 容,改变C, 用于细调振 荡频率。
(7-12)
(7-13)
3、正弦波振荡电路的及起振条件
(7-14)
• 在框图中, 由于电扰动(如合闸通电) ,电路产 生一个幅值很小的输出量,它含有有丰富的频率,而如 果电路只对频率为f0的正弦波产生反馈,则输出信号X0 将越来越大。 • 由于电路内部晶体管的非线性,当X0的幅值增大到 一定程度后,放大倍数的数值将减小,因此X0也不会无 限制地增大。 • 但当X0增大到一定数值时,电路到达动态平衡,这 时,输出量X0通过反馈网络F产生反馈量Xf作为放大电 路的输入量,而输入量又通过放大电路维持着输出量,
第八章

集成运放的运用(3)
----波形发生电
§8.3.1 §8.3.2 §8.3.3 §8.3.4 §8.3.5
正弦波发生器 方波发生器 三角波发生器 锯齿波发生器 压频转换
(7-1)
§8.3.1 正弦波发生器
(7-2)
• 在电子电路中,常常需要各种波形的信号, 如正弦波、矩形波、三角波和锯齿波等,作为测 试信号或控制信号。同时也为将所采集的信号能 够用于测量、控制、驱动负载或送入计算机等, 常会需要将信号进行转换,如:将电压转换成电 流,将电流转换成电压,将电压转换成频率与之 成正比的脉冲等……
U
OM
0
UL
uc上升阶段表示式: t
uc (t) UOM (U L UOM )e RC
t
T1
T2
T2
UH UOM (UL UOM )e RC
T1

T2

RC
ln(1
2R1 R2
)
uc下降阶段表示式: t
uc (t) UOM (UH UOM )e RC
T 2RC ln(1 2R1 ) R2
(7-15)
• 即: X 0 AF X 0
• 则正弦振荡的平衡条件为:AF 1
• 其模为: | AF | 1

----幅值平衡条件
• 相角为: A F 2n (n为整数)

----相位平衡条件。
(7-16)
* 起振条件:
•为使输出量在合闸后能够有一个从小到大直至平衡在 一定幅值的过程电路的起振条件为: 在电路满足相位平衡的条件下(xi与xf极性相同)。
传递函数:
U o U i

3 j(
1 f

fo )
Uo
fo f Ui
1 3
幅频特性: Uo
1
Ui
32 ( f fo )2 fo f

+90
相频特性:
1
arctg (
f

fo )
–90
3 fo f
fo
f
0 f
(7-25)
∵ 当f = f0时, F 1
A Au 1 3 ,
T1
UL UOM (UH UOM )e RC
f=1/T
(7-43)
方波发生器电路的改进:
uc –+
R
C


+
+
uo
R1
– uc + R
C


+
+
uo
R2
R1
UZ
R2
(7-44)
(7-45)
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。
Af

X o X i
Aod 1 Aod F
(7-6)
X i 基本放大
X o
电路Aod
X f
反馈电路
F
X i X f , X f FX o
X o Aod X i FAod X o
A odF 1
自激振荡的条件
(7-7)
Af
Aod 1 Aod F
(7-21)
(7-22)
(7-23)
Uo R2
R1
C1
U i
C2
U o U i

(1
R1 R2

C2 C1
)
1
j(
R1C2


1 )
R2C1

2 foR1C2 2
1 fo R2C1
时,相移为0。
(7-24)
fo 2
1 R1R2C1C2
1
如果:R1=R2=R,C1=C2=C,则:fo 2 RC
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