模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程(第三版)楊素行 PPT課件 第八章

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1、第 八 章 波 形 發(fā) 生 器8.1正弦波振蕩電路的分析方法8.2RC 正弦波振蕩電路8.3LC 正弦波振蕩電路8.4石英晶體振蕩器8.5非正弦波發(fā)生電路 8.1正弦波振蕩電路的分析方法8.1.1 產(chǎn) 生 正 弦 波 振 蕩 的 條 件iU 放 大 電 路A io UAU 反 饋 網(wǎng) 絡(luò)FtUU sin2 ii Of UFU 如 果 反 饋 電 壓 u f 與 原 輸 入 信 號(hào) ui 完 全 相 等 ， 則 即 使無(wú) 外 輸 入 信 號(hào) ， 放 大 電 路 輸 出 端 也 有 一 個(gè) 正 弦 波 信 號(hào) 自 激 振 蕩 。圖 8.1.1反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件 由 此 知 放 大 電

2、路 產(chǎn) 生 自 激 振 蕩 的 條 件 是 ：if UU 即 ： iiof UUAFUFU 所 以 產(chǎn) 生 正 弦 波 振 蕩 的 條 件 是 ：1FA 1FA 幅 度 平 衡 條 件 2arg FA nFA 相 位 平 衡 條 件 ,2,1,0n 8.1.2 正 弦 波 振 蕩 電 路 的 組 成 和 分 析 步 驟 組 成 ： 放 大 電 路 、 反 饋 網(wǎng) 絡(luò) 、 選 頻 網(wǎng) 絡(luò) 和 穩(wěn) 幅 環(huán) 節(jié) 。 分 析 步 驟 ： 一 、 判 斷 能 否 產(chǎn) 生 正 弦 波 振 蕩 1. 檢 查 電 路 是 否 具 備 正 弦 波 振 蕩 的 組 成 部 分 ； 2. 檢 查 放 大 電 路 的

3、 靜 態(tài) 工 作 點(diǎn) 是 否 能 保 證 放 大 電 路 正常 工 作 ； 3. 分 析 電 路 是 否 滿 足 自 激 振 蕩 的 相 位 平 衡 條 件 和 振 幅平 衡 條 件 。 判 斷 相 位 平 衡 條 件 的 方 法 是 ： 瞬 時(shí) 極 性 法 。 二 、 估 算 振 蕩 頻 率 和 起 振 條 件 8.2RC 正弦波振蕩電路8.2.1 RC 串 并 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 振 蕩 電 路電 路 組 成 ：放 大 電 路 集 成 運(yùn) 放 A ；選 頻 與 正 反 饋 網(wǎng) 絡(luò) R、 C 串 并 聯(lián) 電 路 ；穩(wěn) 幅 環(huán) 節(jié) R F 與 R 組 成 的 負(fù) 反 饋 電 路 。圖 8.2.1 圖

4、8.2.2一 、 RC 串 并 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 的 選 頻 特 性 Z1Z2)1)1( 1 111 12211221 2211 22221 2 CRCRCCRR CRCR CRRUUF j( j1j jf取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ， 令 RC10 則 ： )j(3 1 00 F 得 RC 串 并 聯(lián) 電 路 的 幅頻 特 性 為 ： 2002 )(3 1 F 3arctg 00F 相 頻 特 性 為 ： 時(shí) ，當(dāng) RC10 31F 最 大 ， F = 0。 00F 0 F 01/3+90 -90圖 8.2.3 二 、 振 蕩 頻 率 與 起 振 條 件1. 振 蕩 頻

5、 率 RCf 2 102. 起 振 條 件 1FA f = f0 時(shí) ， 31F 由 振 蕩 條 件 知 ：所 以 起 振 條 件 為 ： 3A同 相 比 例 運(yùn) 放 的 電 壓 放 大 倍 數(shù) 為 RRAu Ff 1即 要 求 ： RR 2F 三 、 振 蕩 電 路 中 的 負(fù) 反 饋 引 入 電 壓 串 聯(lián) 負(fù) 反 饋 ， 可 以 提 高 放 大 倍 數(shù) 的 穩(wěn) 定 性 ，改 善 振 蕩 電 路 的 輸 出 波 形 ， 提 高 帶 負(fù) 載 能 力 。反 饋 系 數(shù) RR RF F 改 變 RF， 可 改 變 反 饋 深 度 。增 加 負(fù) 反 饋 深 度 ， 并 且 滿 足3A 則 電 路

6、可 以 起 振 ， 并 產(chǎn) 生 比 較 穩(wěn) 定 而 失 真 較 小 的 正弦 波 信 號(hào) 。 采 用 具 有 負(fù) 溫 度 系 數(shù) 的 熱 敏 電 阻 R T 代 替 反 饋 電 阻 RF ， 可 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 穩(wěn) 幅 。 RT圖 8.2.4 8.2.2 其 他 形 式 的 RC 振 蕩 電 路一 、 移 相 式 振 蕩 電 路 集 成 運(yùn) 放 產(chǎn) 生 的 相 位 移 A = 180， 如 果 反 饋 網(wǎng) 絡(luò) 再 相 移 180， 即 可 滿 足 產(chǎn) 生 正 弦 波 振蕩 的 相 位 平 衡 條 件 。振 蕩 頻 率 為 ： RCf 32 10 0f f0 27018090 當(dāng) f = f0

7、時(shí) ， 相 移 180，滿 足 正 弦 波 振 蕩 的 相 位 條 件 。 起 振 條 件 ： R F 12 R圖 8.2.6 二 、 雙 T 選 頻 網(wǎng) 絡(luò) 振 蕩 電 路振 蕩 頻 率 約 為 ：RCf 510 當(dāng) f = f0 時(shí) ， 雙 T 網(wǎng) 絡(luò) 的 相 移 為 F = 180； 反 相 比例 運(yùn) 放 的 相 移 A = 180， 因 此 滿 足 產(chǎn) 生 正 弦 波 振 蕩 的 相位 平 衡 條 件 。 如 果 放 大 電 路 的 放 大 倍 數(shù) 足 夠 大 ， 同 時(shí) 滿 足 振 幅 平衡 條 件 ， 即 可 產(chǎn) 生 正 弦 波 振 蕩 。圖 8.2.8 表 8 - 1三種 RC

8、振蕩電路的比較名 稱 RC 串 并 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 振 蕩 電 路 移 相 式 振 蕩 電 路 雙 T 網(wǎng) 絡(luò) 選 頻 振 蕩 電 路電 路形 式振 蕩頻 率起 振條 件 電 路 特點(diǎn) 及 應(yīng)用 場(chǎng) 合 可 方 便 地 連 續(xù) 調(diào) 節(jié) 振 蕩頻 率 ， 便 于 加 負(fù) 反 饋 穩(wěn) 幅 電路 ， 容 易 得 到 良 好 的 振 蕩 波形 。 電 路 簡(jiǎn) 單 ， 經(jīng) 濟(jì)方 便 ， 適 用 于 波 形 要求 不 高 的 輕 便 測(cè) 試 設(shè)備 中 。 選 頻 特 性 好 ， 適 用 于產(chǎn) 生 單 一 頻 率 的 振 蕩 波 形 。RCf 2 10 3A RCf 32 10 RCf 510 1 23 FAR

9、R ，RR 12F 8.3LC 正弦波振蕩電路 8.3.1 LC 并 聯(lián) 電 路 的 特 性 當(dāng) 頻 率 變 化 時(shí) ， 并 聯(lián) 電 路 阻 抗的 大 小 和 性 質(zhì) 都 發(fā) 生 變 化 。并 聯(lián) 電 路 的 導(dǎo) 納 ：當(dāng) 電 路 發(fā) 生 并 聯(lián) 諧 振 。 2222 )(j)( j1j LR LCLR R LRCY 0)( 202 00 LR LC 圖 8.3.1 并 聯(lián) 諧 振 角 頻 率 LCLR 11)( 1 200 令 ： RLQ 0 諧 振 回 路 的 品 質(zhì) 因 數(shù)當(dāng) Q 1 時(shí) LC10 LCf 2 10諧 振 頻 率 ： )11(j1 )1j( j)1j(j1j )j(1j

10、2LCRL CRL CLR LCLRC LRCZ 回 路 等 效 阻 抗 ：RCLYZ 00 1LC 并 聯(lián) 回 路 的 阻 抗 ： 發(fā) 生 并 聯(lián) 諧 振 時(shí) ，LC10 在 諧 振 頻 率 附 近 ， )1(j1 2200 QZZ可 見 ， Q 值 不 同 ， 回 路 的 阻 抗 不 同 。 Z 0 不 同 Q 值 時(shí) ， LC 并 聯(lián)電 路 的 幅 頻 特 性 ： Z01Z02Q1 Q2 Q1Q2相 頻 特 性 ： 0F +90-90 Q1Q2Q1 Q2感 性 純 阻 容 性結(jié) 論 ： 1. 當(dāng) f = f0 時(shí) ， 電 路 為 純 電 阻性 ， 等 效 阻 抗 最 大 ； 當(dāng) f f0

11、 時(shí) ， 電 路 為容 性 。 所 以 LC 并 聯(lián) 電 路 具 有 選 頻特 性 。 2. 電 路 的 品 質(zhì) 因 數(shù) Q 愈 大 ，選 頻 特 性 愈 好 。圖 8.3.2 諧 振 時(shí) LC 回 路 中 的 電 流 ULR LUCI 202 00C )( 電 容 支 路 的 電 流 ：并 聯(lián) 回 路 的 輸 入 電 流 ： ULR RI 202 )(所 以 ： IQI C 當(dāng) Q 1 時(shí) ，II C II L LC II 結(jié) 論 ： 諧 振 時(shí) ， 電 容 支 路 的 電 流 與 電 感 支 路 的 電 流 大小 近 似 相 等 ， 而 諧 振 回 路 的 輸 入 電 流 極 小 。 8.

12、3.2 變 壓 器 反 饋 式 振 蕩 電 路一 、 電 路 組 成 用 瞬 時(shí) 極 性 判 斷 為 正 反饋 ， 所 以 滿 足 自 激 振 蕩 的 相位 平 衡 條 件 。 - 二 、 振 蕩 頻 率 和 起 振 條 件 LCf 2 10振 蕩 頻 率起 振 條 件 MCRr be圖 8.3.3變壓器反饋式振蕩電路 8.3.3 電 感 三 點(diǎn) 式 振 蕩 電 路一 、 電 路 組 成 用 瞬 時(shí) 極 性 判 斷為 正 反 饋 ， 所 以 滿 足自 激 振 蕩 的 相 位 平 衡條 件 。 - - -二 、 振 蕩 頻 率 和 起 振 條 件 CMLLLCf )2(2 12 1 210 振

13、蕩 頻 率起 振 條 件 RrML ML be21圖 8.3.4 8.3.4 電 容 三 點(diǎn) 式 振 蕩 電 路一 、 電 路 組 成 用 瞬 時(shí) 極 性 判 斷為 正 反 饋 ， 所 以 滿 足自 激 振 蕩 的 相 位 平 衡條 件 。 二 、 振 蕩 頻 率 和 起 振 條 件 21 210 2 12 1 CC CCLLCf 振 蕩 頻 率起 振 條 件 RrCC be12 - - 圖 8.3.5 8.3.5 電 容 三 點(diǎn) 式 改 進(jìn) 型 振 蕩 電 路 210 111 12 1 CCCLf 振 蕩 頻 率選 擇 C C1， C C2，則 ： LCf 2 10 減 小 了 三 極 管

14、極 間 電 容 對(duì) 振 蕩 頻 率 的 影 響 ， 適 用 于產(chǎn) 生 高 頻 振 蕩 。圖 8.3.6 名 稱 變 壓 器 反 饋 式 電 感 三 點(diǎn) 式 電 容 三 點(diǎn) 式 電 容 三 點(diǎn) 式 改 進(jìn) 型電路形式振 蕩 頻 率起 振 條 件 同 左 頻 率 調(diào) 節(jié) 方法 及 范 圍 頻 率 可 調(diào) ， 范 圍較 寬 。 同 左 頻 率 可 調(diào) ， 范圍 較 小 。 同 左振 蕩 波 形 一 般 較 差 好 好頻 率 穩(wěn) 定 度 可 達(dá) 10-4 同 左 可 達(dá) 10-4 10-5 可 達(dá) 10-5適 用 頻 率 幾 千 赫 幾 十 兆赫 同 左 幾 兆 赫 一 百兆 赫 同 左 表 8 -

15、2各種 LC 振蕩電路的比較LCf 2 10 CMLLf )2(2 1 210 21 210 2 1 CC CCLf 210 111 12 1 CCCLf MCRr be RrML ML eb21 RrCC eb12 8.4石英晶體振蕩器 8.4.1 石 英 晶 體 的 基 本 特 性 和 等 效 電 路一 、 基 本 特 性 壓 電 效 應(yīng) ： 在 石 英 晶 片 的 兩 極 加 一 電 場(chǎng) ， 晶 片 將 產(chǎn)生 機(jī) 械 變 形 ； 若 在 晶 片 上 施 加 機(jī) 械 壓 力 ， 在 晶 片 相 應(yīng) 的方 向 上 會(huì) 產(chǎn) 生 一 定 的 電 場(chǎng) 。 壓 電 諧 振 ： 晶 片 上 外 加 交

16、 變 電 壓 的 頻 率 為 某 一 特 定頻 率 時(shí) ， 振 幅 突 然 增 加 。 二 、 等 效 電 路 符 號(hào) ：串 聯(lián) 諧 振 頻 率 LCf 2 1s并 聯(lián) 諧 振 頻 率 0s00p 12 1 CCfCCCCLf 電 抗 頻 率 特 性O(shè) fX fs fp容 性 容 性感性圖 8.4.1圖 8.4.2 8.4.2 石 英 晶 體 振 蕩 電 路一 、 并 聯(lián) 型 石 英 晶 體 振 蕩 電 路交 流 等 效 電 路振 蕩 頻 率 CCC CCCLf 000 )(2 1 21 21 CC CCC 由 于 CCC 0 s0 2 1 fLCf 圖 8.4.3 二 、 串 聯(lián) 型 石 英

17、 晶 體 振 蕩 電 路圖 8.4.4串聯(lián)型石英晶體振蕩電路 當(dāng) 振 蕩 頻 率 等 于 fS 時(shí) ，晶 體 阻 抗 最 小 ， 且 為 純 電阻 ， 此 時(shí) 正 反 饋 最 強(qiáng) ， 相移 為 零 ， 電 路 滿 足 自 激 振蕩 條 件 。振 蕩 頻 率 s0 ff 調(diào) 節(jié) R 可 改 變 反 饋 的 強(qiáng) 弱 ， 以 獲 得 良 好 的 正 弦 波 。 8.5非正弦波發(fā)生電路 8.5.1 矩 形 波 發(fā) 生 電 路一 、 電 路 組 成RC 充 放 電回 路 滯 回比 較 器圖 8.5.1圖 8.5.2滯 回 比 較 器 ： 集 成 運(yùn) 放 、 R 1、 R2；充 放 電 回 路 ： R、

18、C；鉗 位 電 路 ： VDZ、 R3。 二 、 工 作 原 理設(shè) t = 0 時(shí) ， uC = 0， uO = + UZ則 Z21 1 URR Ru tOuC Z21 1 URR R Z21 1 URR R OuO ZU ZU tu+ u當(dāng) u = uC = u+ 時(shí) ， t1 t2 Z21 1 URR Ru 則 當(dāng) u = uC = u+ 時(shí) ， 輸 出 又一 次 跳 變 ， uO = + UZ輸 出 跳 變 ， uO = UZ圖 8.5.3 2T 2T 三 、 振 蕩 周 期 電 容 的 充 放 電 規(guī) 律 ： )(e)()0()( CtCCC uuutu 對(duì) 于 放 電 ， Z 21

19、1)0( URR RuC Z)( UuC RC解 得 ： )21ln(2 21RRRCT 結(jié) 論 ： 改 變 充 放 電 回 路 的 時(shí) 間 常 數(shù) 及 滯 回 比 較 器 的 電阻 ， 即 可 改 變 振 蕩 周 期 。 t1 t22T 2T tO uCZ21 1 URR R Z21 1 URR R OuO ZU ZU tt3圖 8.5.3 四 、 占 空 比 可 調(diào) 的 矩 形 波 發(fā) 生 電 路圖 8.5.4 使 電 容 的 充 、 放 電 時(shí) 間 常 數(shù) 不同 且 可 調(diào) ， 即 可 使 矩 形 波 發(fā) 生 器 的占 空 比 可 調(diào) 。 tOuCu O tO T1 T2T 充 電 時(shí)

20、間 T1放 電 時(shí) 間 T2 )21ln()(2 21W1 RRCRRT )21ln()(2 21W2 RRCRRT 占 空 比 D WW1 2 RR RRTTD 圖 8.5.5 圖 8.5.6一 、 電 路 組 成8.5.2 三 角 波 發(fā) 生 電 路二 、 工 作 原 理 OuO 1ZU ZU tOuOomU omU t 當(dāng) u+ = u = 0 時(shí) ， 滯 回比 較 器 的 輸 出 發(fā) 生 跳 變 。圖 8.5.7o21 21o21 1 uRR RuRR Ru 三 、 輸 出 幅 度 和 振 蕩 周 期 Z21om URRU 解 得 三 角 波 的 輸 出 幅 度 當(dāng) u+ = u = 0 時(shí) ， uO 1 跳 變 為 -UZ， uO 達(dá) 到 最 大 值 Uom 。振 蕩 周 期 241Z om4 44 R CRRUCURT 圖 8.5.88.5.3 鋸 齒 波 發(fā) 生 電 路一 、 電 路 組 成 OuO 1 ZU ZU tOuO omU omU t T1T2T 二 、 輸 出 幅 度 和 振蕩 周 期 Z21om URRU 2W11 2 R CRRT 2W12 2 R CRRT 2W121 2 R CRRTTT 圖 8.5.9