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1、,第6章 波形发生电路,正弦波发生器（正弦振荡器）、非正弦波发生器。,本章主要内容：,返 回,前 进,6.1 正弦振荡器概述,1振荡器方框图,振荡器就是无需输入信号，自发产生一定大小、一定频率交流信号的电路。,2自激（平衡）条件,3起振条件,为保证振荡越来越强，必须有UfUi 即 FA1 A+F=2n(n=1、2、3、),4正弦振荡器的构成及分类,由放大器、正反馈网络、选频网络、稳幅措施等四部分构成。,根据选频网络的构成，正弦振荡器分为RC振荡器和LC振荡器两大类。,5能否振荡的判断,（1）首先分析是否具备正弦振荡的四个组成部分（选频网络和正反馈网络常由同一部分构成）；,（2）分析放大器能够正
2、常放大工作（一般检查静态工作点）；,（3）分析电路是否满足自激振荡条件（振幅条件容易满足，一般判断相位条件，即是否正反馈）。,6.2 RC正弦振荡器,1RC选频网络,在RC串并联网络中，当=0=1/RC时，Fmax=1/3 且F=0，其他频率信号的F显著变小。且F0 由此，RC串并联网络只允许频率为1/RC（或f0=1/2RC）的信号相位不变地通过（从而实现正反馈）且传输系数最大（1/3），其他频率信号通过很小且相位发生变化（不能实现正反馈）近似认为在诸多频率信号中，只允许（选择）0信号通过。,2RC桥式（文氏电桥）振荡器,电路由放大器（同相输入运放构成的负反馈放大器或两级负反馈放大器）、正反
3、馈网络（RC串并联网络）、选频网络（RC串并联网络）、稳幅措施（热敏电阻Rt）四部分构成。,（1）电路构成,f0=1/2RC,（2）振荡频率,调节双联电阻或双联电容即可调节振荡频率。,放大器的 Au=1+Rt/R1,（3）振荡条件,正反馈系数F=1/3,只要选取Rt2R1，就有Au3，从而满足起振条件FA1。,随着振荡的加强，电流变大，Rt阻值变小，使得FA=1，满足平衡条件，则振荡一直稳定进行下去。,3RC移相式振荡器,（1）RC移相网络,一级相移网络使信号相位变化090，三级RC相移网络使信号相位变化（移动）180(用于实现正反馈)。,（2）RC移相式振荡器,6.3 LC正弦振荡器,1LC
4、并联选频网络,选频特性：,当=o，Zmax=Zo=L/RC，且F=0，其他频率信号的Z显著变小，且F0。故认为LC网络具有选频性仅选择o频率信号。,2变压器反馈式LC振荡器,由放大器、选频网络（LC网络）、正反馈网络（带有同名端的变压器）和稳幅措施（放大器）构成。,（1）电路构成,（2）振荡频率,3三点式LC振荡器,必须有X1、X2性质相同，且与X3相反。此乃构成三端式LC振荡器的原则。简记为：射同基（集）反。,（1）构成三点式LC振荡器的原则,振荡频率为：,（2）电感三端式LC振荡器,其中，L=L1+L2+2M,振荡频率为：,（3）电容三端式LC振荡器,其中，C为C1、C2的串联,(4)电压
5、控制振荡器,.变容二极管,图1 变容管曲线,1.变容二极管,当加在变容二极管上的反压由-3V变到-30V时，其结电容容量变化范围约为183pF。,图2 电视机的甚高频电调谐回路示意图,2.电视机的甚高频电调谐电路,电路原理:关键词:1.变容二极管与L形成电压控制振荡器 2.开关二极管形成频段切换,由于变容二极管的电容变化范围约为183pF,达不到覆盖整个1-68频道电视节目,因此目前将1-68频道电视节目分为三个频段:带(1)VHF_L(甚高频-低段,1_5频道);(2)VHF_H(甚高频_高段,6_12频道);(3)UHF(超高频段;13_68频道).而采用开关二极管切换频段的办法，将甚高频
6、（VHF）的12个频道划分为两个频段，即15频道为低频段（中心频率52.588MHz），612频道为高频段（中心频率171219MHz）.,3.扫频仪变容二极管扫频电路,(5)石英晶体振荡器,1、石英晶体振荡器的结构 从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、,石英晶体结构图 一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图,2、符号和等效电路 Cs为与金属板之间的静电电容(约几个PF到几十PF,它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关
7、)；Lq(几十mH 到几百mH)、Cq(0.00020.1pF)为压电谐振的等效参量；Rq为振动磨擦损耗的等效电阻(约为100)。由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达100010000。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。,图3 石英晶体谐振器的等效电路和符号,3.一种石英晶体振荡器电路:,4.一种DSP CPU石英晶体振荡器电路:,62 电压比较器 一、电压比较器的基本特性功能:比较两个输入电压的大小，据此决定输出是高电平还是低电平。高电平=数字电路中
8、的逻辑“1”，低电平=逻辑“0”。比较器输出只有两个状态，不论是“1”或是“0”，比较器都工作在非线性状态。,图说明:(1)电路特点:反相端输入信号ui，同相端加入参考电压(ur)。(2)电路工作原理:比较器一般是开环工作，其增益很大。当ui ur时，输出为“高”；当ui ur时，输出为“低”。当ui接近ur时，输出电平发生转换，此刻同相端和反 相端可看成“虚短路”。(3)电压比较器的应用:可作为一位模数转换器:输入为模拟量，输出为数字量(0或1).即:可作为模拟和数字电路的接口电路，在实际中有着广泛应用。,图6.2.1 电压比较器的符号及传输特性,2.过零比较器条件:参考电平ur=0加入同相
9、端.工作:为零比较器.ur 0，Uo=L;ur 0，Uo=H.应用:电路可做为零电平检测器。该电路也可用于“整形”，将不规则的输入波形整形成规则的矩形波。,图:过零比较器及脉宽调制器输出波形(a)电路；(b)输出波形,3、迟滞比较器双稳态触发器(1).简单比较器应用中存在的问题 图621(a)的比较器存在两个问题：a.输出电压转换时间受运放压摆率SR的限制，导致高频脉冲的边缘不够陡峭(下图(a)所示)；b.是抗干扰能力差，(下图(b)所示)，若ui在参考电压ur(=0)附近有噪声或干扰，则输出波形将产生错误的跳变，直至ui远离ur值才稳定下来。如果对受干扰的uo波形去计数，计数值必然会多出许多
10、，从而造成极大的误差。,图6-6 简单比较器输出波形边缘不陡峭及受干扰的情况(a)输出波形边缘不陡峭(b)受干扰情况,2.迟滞比较器电路及传输特性 为了解决以上两个问题，在比较器中引入正反馈，构成所谓“迟滞比较器”。这种比较器具有很强的抗干扰能力，而且，由于正反馈加速了状态转换，从而改善了输出波形的边缘。1)反向输入的迟滞比较器 反向输入的迟滞比较器电路如图67(a)所示。其中R2将uo反馈到运放的同相端与R1一起构成正反馈，其正反馈系数F正为,图67迟滞比较器电路及传输特性(a)电路；(b)传输特性,图67迟滞比较器电路及传输特性(a)电路；(b)传输特性,623 双限(窗口)比较器双限比较
11、器是一种用于判断输入电压是否处于两个已知电平之间的电压比较器，常用于自动测试、故障检测等场合。图78(a)给出一个双运放或双比较器组成的窗口比较器，两个参考比较电平分别为UR1和UR2，且假定UR2UR1。由图可见：,图6-8双限(窗口)比较器(a)电路；(b)传输特性,例子:双向过压检测电路:利用上述窗口比较器设计的双向高压过压检测电路如图69所示。当输入电压uiUR1(显然也小于UR2)时，Uo1为低电平UoL，而Uo2为高电平UoH，V1截止，V2导通，UoUoH。当输入电压ui UR2时，Uo1为高电平UoH，而Uo2为低电平，V1导通，V2截止，UoUoH。当UR1 ui UR2时，
12、Uo1和Uo2均为低电平UoL，V1、V2同时截止，输出Uo=0。其传输特性如图68(b)所示。,图69 双向过压检测电路,6.4 非正弦波发生器,1矩形波发生器,（1）矩形波发生器,矩形波周期T=2RCln（1+2R1/R2）占空比D=1/2,（2）宽度可调矩形波发生器,矩形波周期T=T1+T2 T1=（R+Rw）Cln（1+2R1/R2）T2=（R+Rw）Cln（1+2R1/R2）则T=T1+T2=（2R+Rw）Cln（1+2R1/R2）占空比D=T1/T=（R+Rw）/（2R+Rw）,2三角波发生器,Uom=R1Uz/R2 T=4R1R4C/R2,3锯齿波发生器,Uom=R1Uz/R2 T1=2R1RwC/R2 T2=2R1RwC/R2 T=T1+T2=2R1RwC/R2,。函数信号发生器可产生：正弦波、三角波、方波、锯齿波等波形。（0.1Hz几十MHz）方框：,函数信号发生器原理图（）：,例：函数信号发生器可产生：正弦波、三角波、方波、脉冲等种波形。,
