第7章 信号的产生和变换电路

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UCC RB1 CB RB2
1 f0 = = 2π LC
电子技术(电工学Ⅱ)
RC RB C1 C2
1 CC 2π L1 1 2 C1 +C 2
电子技术(电工学Ⅱ)
主讲: 主讲:陈国联
7.2 非正弦波信号发生器
7.2.1 方波信号发生器
1.
L
RC
电路的组成 R
F
uI UTH O R3 UTL uO uO UZ
F =
Uf = Uo
32 + (
f f − 0 )2 f0 f
0 10-2 10-1 100 101 102
f f0
100 80 60 40 20
1 1 + jω RC Z1 = R + = jω C jω C
1 1 R jω C Z2 = R / / = = 1 jω C 1 + jω RC R+ jω C R
电子技术(电工学Ⅱ)
电子技术(电工学Ⅱ)
第7章 信号的产生和变换电路
7.1 正弦波振荡电路 7.2 非正弦波信号发生器
西安交通大学电工电子教学中心 陈国联
主讲: 主讲:陈国联
7.4 555集成定时器及其应用
1
电子技术(电工学Ⅱ)
7.1 正弦波振荡电路
7.1.1 正弦波振荡电路的基本原理
1.
自激振荡的条件 S接1:U = AU
C R2
2 R2 ) R1 2R TL = RW2C ln(1 + 2 ) R1 TH = RW1C ln(1 +
T = ( RW1 + RW2 )C ln(1 + 2 R2 ) R1 2 R2 ) R1

R1
−UZ
UTL
uC
2 R2 T = TH + TL = 2 RF C ln(1 + ) R1
f0 =
电子技术(电工学Ⅱ)
RB
N 1 L1 N2 L2 C
N1 L1
CB RB2
1 1 = 2π L′C 2π ( L1 + L2 + 2M )C
1 2
RE
CE
RE
CE
电 路 特 点
M
为L 与L 之间的互感 ① 线圈L 和L 耦合 紧密,易起振 ② 输出波形较差, 含高次谐波
1 2
16
17
4.
电容三点式正弦波振荡电路
θ
2
RF1
F=
为了满足 AF =1,
1+ RF = 3, RF = 2 R1 R1
F 1
Uf 1 = , ϕ F = 0o , UO 3
f0 =
1 2πRC
R1
∞D
C R C
Uo
R1

C R C
Uo
A=3
Uf
Uf
R
起振时应满足: 起振时应满足: R >2R 即 A>3
UO
R
R
↑→r ↓→ |A|↓→|AF|=1
10-1
100
101
102
ω0
ω
f f0
2.
文氏电桥正弦波振荡电路
RF R1
Uf
电子技术(电工学Ⅱ)
主讲: 主讲:陈国联

C R C
U R A = o = 1 + F , ϕ A = 0o R1 Uf
Uo
稳幅措施 二极管稳幅电路 D
3
1
电子技术(电工学Ⅱ)
主讲: 主讲:陈国联
热敏电阻稳幅电路
RF2 RF
I = I C + I RL = jω CU +
ω 0C −
R 2 + (ω 0 L)2 = L C
2
ω0 L =0 R 2 + (ω 0 L)2
2
ω0 L =
1 LC
L − R2 C 1− R 2C = L
L ω L 1+ 0 = 2 RC R 1 LC 1− 1 1 + Q2 ≈
主讲: 主讲:陈国联
变压器反馈式LC振荡电路 选频放大器
UCC RB1 C1
Uo
Au =
Au
β Z
rbe
变压器反馈式LC振荡电路
UCC C Uo L N1
F=
Uf N =− 2 N1 Uo
F =
RL
N2 N1
ϕ F = 180
rbe
*
N3
Au = −
βZ
RC C
L C2
RB1 C1 f
1 2π LC
UCC C RB1 C1 RB2 * L N1 N3 * N2 RL
电路特点: 电路特点:
① 起振容易 ② 由于LC谐振回路 良好的选频性, 良好的选频性,输出 波形较好 ③ 由于变压器分布 参数的限制, 参数的限制,振荡 频率不是很高
主讲: 主讲:陈国联
3.
电感三点式正弦波振荡电路
UCC N2 RB1 L2 C
(3)
谐振时电流关系
U R 2 + (ω 0 L)2 L = = R I RC
I RL
电容三点式
I IC
L1
I RL
C1 L C2
U
IC
C L2
U
I C = jω 0CU = jω 0C I RL =
ωL L I = j 0 I = jQI RC R
R − jω 0 L R − jω 0 L U = Z I= 2 I R + jω 0 L R 2 + (ω 0 L)2 0 R + (ω 0 L) 2 Z0 R − jω 0 L I = (1 − jQ ) I ≈ − jQI = R
R Uf Z2 1 + jω RC F= = = R U o Z1 + Z 2 1 + jω RC + jω C 1 + jω RC
ω ω0 − ) ω0 ω
1
F
0.15 0.1 0.05
Z1
Uo
=
=
Z2
jω RC (1 + jω RC )2 + jω RC
jω RC 1 + j3ω RC − (ω RC )2 1
D
UO
↑→R ↓→|A|↓→|AF|=1
F
ຫໍສະໝຸດ Baidu
6
主讲:陈国联
7
主讲:陈国联
电子技术(电工学Ⅱ)
7.1.3 LC正弦波振荡电路
振荡电路的振荡频率 由于受放大电路带负载能力的限制R不能太小, 不能太小,C过 小振荡频率易受寄生电容的影响而不稳定, 小振荡频率易受寄生电容的影响而不稳定,所以RC振 荡电路的频率一般不超过200kH ,在高频场合多用LC 振荡电路 LC振荡电路的特点: 由于普通运放的频带较窄, 由于普通运放的频带较窄,LC振荡电路一般由分 振荡电路一般由分 立元件组成。 立元件组成。 LC振荡电路的分 类: 变压器反馈式 电感三点式 电容三点式
Q= 1 LC
ω0 L
R
ω0 =
9
1 R = − LC L
(2)
谐振阻抗
I = U(
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I
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R ) R 2 + (ω 0 L) 2
IC
U
C
I RL L R
(4)
谐振时电压的瞬时极性 电感三点式
I
IC
电子技术(电工学Ⅱ)
主讲: 主讲:陈国联
Z0 =
1
主讲: 主讲:陈国联
11
电子技术(电工学Ⅱ)
Z = Z0 1 f f 1+ Q − 0 f0 f
2 2
主讲: 主讲:陈国联
ϕ Z ( f ) = − arctan Q
f f − 0 f f0
IC
U
C
I RL L R
100 80
Q=20
0.8 Q=5 0.6 Q=10 Q=20
Ui
C2
* N
2
Uf
对于:f = f = 2π 1LC Z为阻性, 为阻性,且其值最大
0
Ui
RB2
RE
CE
O
f0
RB2
Uo
ϕ A = 180
Au
最大
1
RE
CE
f = f0 =
调整线圈匝数N 、N 使 A F > 1 即可产生振荡
2
u
ϕ A + ϕ F = 360
14
主讲:陈国联
15
主讲:陈国联
电子技术(电工学Ⅱ)
UTH
τ
e
t

t
τ
=
uC ( t ) − uC ( ∞ ) uC (0 + ) − uC ( ∞ )
O
±U
Z
−UZ
−UZ
TH
t = τ ln
TL
U TL = −
UTL
R2 U R1 + R2 Z
uC (0+ ) − uC (∞ ) uC (t ) − uC (∞ )

u+ = UTH
R2 = U R1 + R2 Z
3.
主讲: 主讲:陈国联
2.
工作原理
RF uO UZ R3 uO O R1 t UTL UTH
振荡频率
U TH = R2 U R1 + R2 Z
uC ( t ) = uC (∞ ) + [uC (0+ ) − uC ( ∞ )]e

t
τ
− t

uC C R2
uO UZ
uC ( t ) − uC ( ∞ ) = [ uC (0 + ) − uC (∞ )]e
Z
uI uC C R2
U TH =
19

R1
t
RE
CE
C1 C2 L
电 ① 输出波形好 路 ② 振荡频率可以 特 高达 100MHZ以上。 以上。 点
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主讲: 主讲:陈国联
±U
O
t
R2 R2 U , U TL = − U R1 + R2 Z R1 + R2 Z
−UZ
18
电子技术(电工学Ⅱ)
u+ = U TL
R2 =− U R1 + R2 Z
TH = RF C ln(1 +
21
2 R2 ) R1
R2 U − UZ R1 + R2 Z TH = RFC ln R2 U − UZ R1 + R2 Z
20
电子技术(电工学Ⅱ)
t = τ ln uO UZ
U TH = R2 U R1 + R2 Z
60 40 20
Z = Z0
1 f f 1 + jQ − 0 f f 0
f f ϕ Z ( f ) = − arctan Q − 0 f f0
Z Z 0 0.4
0.2
ϕZ ( f ) 0
-20 -40 -60 -80
Q=5 Q=10
0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
I
I U
I RL
IC
I
IC
L1
I RL
C1 L C2
U
I RL
C L2
U
10
(5)
频率特性
I
电子技术(电工学Ⅱ)
1 L jω C C Z= ≈ 1 1 R + jω L + R + j(ω L − ) ωC jω C ( R + jω L )
Z0 ≈ = ω0 L ω ω0 L ω ω0 1 1+ j − − 1+ j R ω 0 ω 0ω LC R ω0 ω L RC
2.
Ui
Uf
3
0.35
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A F
Uo
2
电子技术(电工学Ⅱ)
1. RC
主讲: 主讲:陈国联
电子技术(电工学Ⅱ)
F= Uf = Uo 1 3 + j(
X: 1 Y: 0.3333 0.3 0.25 0.2
主讲: 主讲:陈国联
串并联网络的选频特性
R C R C
Uf
7.1.2 RC正弦波振荡电路
0 0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
-100 0.4
Z = Z0
1 f f 1 + Q2 − 0 f f0
2
当f = f
13
f f0
0
=
1 2π LC
时,
Z = Z0 =
L , RC
其值 最大 ,ϕ
f f0
Z
=0
12
电子技术(电工学Ⅱ)
2.
主讲: 主讲:陈国联
电子技术(电工学Ⅱ)
工作原理
∞ u1+ A1 R3 uO1 R R2 D Z
uO1 C ∞ A1
Z
UZ O uO –UZ uO O t t1 t
主讲: 主讲:陈国联
电子技术(电工学Ⅱ)
4.
主讲: 主讲:陈国联
uC (0+ ) − uC (∞ ) uC ( t ) − uC (∞ )
占空比可独立调节的方波发生器
D2 RW2 RW D1 RW1 R3 uO
UTH
O
t TH TL
U TL = − R2 UZ R1 + R2
R2 U + UZ R + R2 Z TL = RF C ln 1 R2 − U + UZ R1 + R2 Z 2R TL = RF C ln(1 + 2 ) R1
RC
1 f0 = 2πRC
Z
8
1. LC
并联谐振回路
I
电子技术(电工学Ⅱ)
(1)
U R + jω L R − jω L = U [jω C + 2 ] R + (ω L)2 ωL R = U[ 2 + j(ω C − 2 )] R + (ω L)2 R + (ω L)2
谐振频率
IC
U
C
I RL L R
o f i f
2
i
S 1
Ui
A F
Uo
如 U = U , 则U 可替 代 U 自激振荡的条件为: AF=1 幅度平衡条件: 幅度平衡条件: AF = 1 相位平衡条件: ϕ + ϕ = 2nπ
i
U f = FU o = AFU i
Uf
A
F
(n=0,1,2…)
振荡的建立与稳定 建立振荡应满足: |AF| >1 S 2 1 选择某一频率的信 号形成增幅振荡 电路由 |AF| >1 |AF| = 1 电路变为等幅振荡 3. 正弦波振荡电路的组成 放大电路 正反馈电路 选频电路 稳幅电路
4
1 3 + j(ω RC − ) ω RC 1 1 , ω0 = = ω ω0 RC 3 + j( − )
=
f f − 0 f0 f ϕ F = − arctan( ) 3
ϕF
1 3
0 -20 -40 -60
X: 1 Y: 0
当f = f
5
0
=
1 2πRC
时, F = U U
f o
=
,ϕ
F
=0
-80 -100 10-2
22
±U
= RW C ln(1 +
Z
q=
RW1 R = W1 RW1 + RW2 RW
主讲:陈国联
23
主讲:陈国联
电子技术(电工学Ⅱ)
1.
电子技术(电工学Ⅱ)
2.
电路组成 三角波发生器由 滞回电压比较器 反相积分器 C 组成

A1 R1 R2 D Z R3 uO1 R
7.2.3 三角波和锯齿波信号发生器
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