第6章 波形产生和变换

起振条件：
Rห้องสมุดไป่ตู้
Rf=2R1=210=20k
C
Rf
－∞
A +
+
uo
f0

1
2RC
=1592
Hz
R
C uf R 1
6.2 多谐振荡器
多谐振荡器是一种能直接产生方波或矩形 波的自激振荡器，由于方波或矩形波中含丰富的 谐波，因此称为多谐振荡器。
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6.2.2 由555定时器组成的多谐振荡器
555定时器的组成与功能
电路特点：
•易起振。由于电压放大倍数略大于3即可。 •输出波形好。因为有很深的负反馈。 •振荡频率可以调解。可以把两个R或C做成同 轴双连可变。
振荡频率的调节：
K：双联波段开关，
R2
切换R，用于
R1
R3
Rf
粗调振荡频率。
振荡频率：
f
0

1 2RC
K
R

_
uo
C
R2
+ +
R1
R3 C
R1
K
C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。
（2）引入负反馈，以稳定幅度，减小失真，改善性能。由

上推导有：F

1 3

，由振幅平衡条件： A F

1
，即：

AV
3
即可。而实际上两级放大器的AV远大于3，这将使工作范围超出
线性区，产生失真，为此引入深度电压串联负反馈。
对集成运放

A

1

R
f
3
R1
即：
Rf 2R1
文氏电桥名称的由来：RC串并联网络和负反馈网 络 Rf、R1组成四臂电桥，而放大器的输入端和 输出端分别接在电桥的两对角顶点上。
进入稳幅振荡。
自激振荡是一个经过反馈－放 然而大振－荡再电反路要馈能－自再行放起振大，的在多起次振循时应环满过足：
程，最后利用|非AF线| 性1 元件使输出的
电压幅度稳定在一个数值上。
起振条件：
| AF | 1
A F 2n
振荡建立过程
uo
uo3
uo2
uo1
ui1 ui2
ui3
由于反馈系数F UF 1，因此电压放大倍数A 3 UO 3
由放大电路部分可得电压放大倍数： A 1 Rf R1
幅值平衡条件：Rf＝2R1
电路总结： （1）RC串并联网络既是选频网络，又是正反馈网络，被选
频率的正弦信号通过RC网络相移为零，则反馈到输入端的信号 与原输入信号同相位，从而满足相位平衡条件。
（1）幅度条件：
.
.
| AF | 1
|
..
AF
|
Uo
.

Uf
.
1
Ui Uo
.
.
| Ui || Uf |
反馈信号振幅应等于输入信号振幅。
（2）相位条件：
A F 2n
n 0,1,2,
反馈信号相位应于输入信号同相。
起振条件
幅度平衡条件为: | AF | 1 ,是指振荡电路已
RC
Ui与 Uo同相、 Ui幅值达
到最大，且有：
.
Ui
.
Ui
.
Uo
1 3
RC选频电路频率特性
R1
.
Uo
R2
C1 C2
.
Ui
.
Uo
.
Ui
0
01/(RC)
当0=1/(RC)时
振荡频率：fo

1
2RC
此时
Z2的电压Uf＝
1 3
Uo，且Uf与Uo同相
满足自激振荡的相位平衡条件
而自激振荡的幅度平衡条件为: | AF | 1
稳幅环节
正弦波 振荡器
选频环节
1. 放大环节 保证放大电路能正常放大，以满足幅度条件。 2. 反馈环节
保证反馈为正反馈，以满足相位条件。 3. 选频环节 保证输出单一频率的正弦波。 4. 稳幅环节 保证输出正弦信号幅度的稳定。
1. 产生自激振荡的条件
.
Ui ~
1S
.
Ui
2
.
..
Uf F Uo
能自动稳幅的振荡电路
半导体热敏电阻 (负温度系数）
10k
10k
Rt
0.1u uf
100k
－∞
A +
+
uo
10k 0.1u 39k
起振时Rt较大 使A>3,易起振。
当uo幅度自激 增长时， Rt减 小，A减小。
当uo幅度达某 一值时， A→3。
当uo进一步增 大时， RT再减 小 ,使A<3。
因此uo幅度自 动稳定于某一 幅值。
例题：电路如图所示，
试求解： 1）RW的下限值； 2）振荡频率的调节范围。
解：（1）根据起振条件：
（Rf+Rw）≥2R
故RW的下限值为2kΩ。 （2）振荡频率的最大值和最小 值分别为：
f 0 max

2π
1 R1C
1.6kHz
f 0 min

2π
1 (R1
R2 )C
145Hz
例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才 能起振？振荡频率f0=？
第六章 波形产生和变换
6.1 正弦波振荡电路
正弦波振荡电路的作用
用来产生一定频率和幅度的正弦交流电。
正弦波振荡电路输出的交流电能是从电源的 直流电能转化而来。输出功率可以从几毫瓦到几 十千瓦。
正弦波振荡信号的频率范围：一赫以下至几 百兆赫。
正弦波振荡电路的应用
1. 作为信号源，广泛用于量测、自动控制、通讯、 广播电视及遥控等方面。 2. 作为高频能源，用于高频感应加热、冶炼、淬 火以及超声波焊接等工业加工方面。
能自动稳幅的振荡电路
R C
.
RC
Rf1
Rf2 1
D1
2
D2
－∞
A +
+
将Rf分为Rf1 和Rf2 ， Rf2并联二极管
uo
R1
起 振 时 D1 、 D2 不 导 通 ， Rf1+Rf2略大于2R1。随着uo 的 增 加 ， D1 、 D2 逐 渐 导 通 ， Rf2被短接， A自动下降 ， 起到稳幅作用。
放放放放 A
放放放放 F
.
..
Uo AUi
.
.
A

Uo
.
开环电压放大倍数
Ui
.
.
F

Uf
.
反馈系数
Uo
.
.
若Uf Ui 时，开关由1拨向2，反馈电压代替输入电压
将产生输出电压，即电路发生自激振荡。
.
当 Uf
.
..
Ui 时，则 A F 1
设A
A A, F

F
F
因此，振荡电路自激振荡的条件是：
uf ~ ui uo ~ ui
(ui1为初始电冲击)
ui
6.1.2 RC 振荡电路
用瞬时极性法判断反馈的极性
？？？
RF
R
Z1
C
uf
× +

∞
uo
Z2 R
C
ui
R1
-
判断结果： 正反馈，满足振荡的相位条件。
选频电路 RC选频电路
R1
.
Uo
R2
C1 C2
当R1=R2=R，C1=C2=C时
0 1 时
常用的正弦波振荡电路
1. RC 振荡电路（输出功率较小，频率较低） 2. LC 振荡电路（输出功率较大，频率较高）
正弦波振荡电路是将直流电转换成频率和幅值一 定的正弦交流电。
振荡电路是从无到有的建立起振荡，因而电路属 于正反馈电路，一般包含放大、反馈、选频和稳 幅几个环节。
放大环节
反馈环节