模拟电子技术第五章课件.ppt

1、波形发生器波形发生器 第一节第一节正弦波发生器正弦波发生器 第二节第二节非正弦波发生器非正弦波发生器第第 5 章小结章小结技能训练技能训练6 6正弦波信号发生器的调整与测试正弦波信号发生器的调整与测试 波形发生器波形发生器 一、一、反馈式振荡器的基本工作原理反馈式振荡器的基本工作原理二、二、RCRC正弦波振荡器正弦波振荡器三、三、LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器第五章波形发生器第五章波形发生器四、四、石英晶体振荡器石英晶体振荡器第五章波形发生器第五章波形发生器自激振荡自激振荡-不需要外加激励不需要外加激励，自己就可以将直流能量转换，自己就可以将直流能量转换为一定频率和一定幅度的交流为一定频率和

2、一定幅度的交流信号输出的现象。信号输出的现象。能产生自激振荡的电路称能产生自激振荡的电路称为振荡器，又叫为振荡器，又叫自激振荡器。自激振荡器。一、一、反馈式振荡器的基反馈式振荡器的基本工作原理本工作原理1.1.组成与组成与分类分类组成组成分分类类反馈网络反馈网络选频网络选频网络放大器放大器RCRC振荡器振荡器LCLC振荡器振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器第五章波形发生器第五章波形发生器2.2.平衡条件和平衡条件和起振条件起振条件(1)(1)平衡平衡条件条件放大器放大器A反馈网络反馈网络F 1 1 2 2 R RL L+S S+-oUiUfU反馈式振荡器的原理方框图反馈式振荡器的原理方框图 i

3、fUU ifofioUFAUUFUUAU 则：则：1)(FA AFFA平衡条件可写为：平衡条件可写为：相位平衡条件相位平衡条件 )3,2,1,0(2 nnFA 相位平衡条件实质上是要求振荡器在振荡频率相位平衡条件实质上是要求振荡器在振荡频率f fo o处的反处的反馈为正反馈。馈为正反馈。振幅平衡条件振幅平衡条件 1 AF振幅平衡条件就是要求在振幅平衡条件就是要求在f fo o处的反馈电压与输入电压的处的反馈电压与输入电压的振幅相等。振幅相等。第五章波形发生器第五章波形发生器(2)(2)起振起振条件条件)3,2,1,0(2FA nn 反馈电压与输入电压相位上应同相反馈电压与输入电压相位上应同相1

4、 AF幅值上应要求幅值上应要求U Uf f U Ui i综上所述：综上所述：为使振荡器能产生自为使振荡器能产生自激振荡，在开始振荡时，在满足激振荡，在开始振荡时，在满足正反馈正反馈条件前提下，必须满足条件前提下，必须满足A AF F1 1的条件。起振后，振荡幅度的条件。起振后，振荡幅度迅速增大，使晶体管工作进入到迅速增大，使晶体管工作进入到非线性区非线性区，以致使放大器的增益，以致使放大器的增益A A下降，直至下降，直至AFAF1 1，振荡幅度不，振荡幅度不再增大，达到稳幅振荡。再增大，达到稳幅振荡。第五章波形发生器第五章波形发生器二、二、RCRC正弦波正弦波振荡器振荡器RCRC振荡器振荡器R

5、CRC移相网络振荡器移相网络振荡器RCRC串并联网络振荡器串并联网络振荡器双双T T选频网络振荡器选频网络振荡器它们的振荡频率约为它们的振荡频率约为20Hz200kHz 20Hz200kHz。1.1.RCRC串并联选串并联选频网络频网络 R R R R C C C C _ _ _ _ +Z Z2 21U2U Z Z1 1RCRC串并联选频网络串并联选频网络 R R C C _ _ _ _ +1U2U低频等效电路低频等效电路 R R C C _ _ _ _ +1U2U高频等效电路高频等效电路 第五章波形发生器第五章波形发生器 RC RC串并联选频网络的电压串并联选频网络的电压传输系数（或称反馈系

6、数）为传输系数（或称反馈系数）为:21212ZZZUUF )j(311)1-j(31j1j1,j1ooO21 FRCRCRCFCRCRZCRZ，则上式可化简为，则上式可化简为令令所以，所以，又因为：又因为：)(j31oo F幅频特性幅频特性 2oo2)(31 F 相频特性相频特性 3arctanooF o F31幅频特性曲线幅频特性曲线 相频特性曲线相频特性曲线 o F 2 2 第五章波形发生器第五章波形发生器2.2.文氏电桥文氏电桥振荡器振荡器A A_ _+C C1 1R R1 1R R2 2R Rf1f1R Rf2f2C C2 2fUiUoUot2Z1ZfIRCRC文氏电桥振荡器电路文氏电

7、桥振荡器电路 otR Rf1f1R R1 1C C1 1R R2 2C C2 2R Rf2f2A A+_ _oU改画后文氏电桥形式的电路改画后文氏电桥形式的电路 RCRC文氏电桥振荡器的参数文氏电桥振荡器的参数 RCfRC 211oo 或或同相放大器的闭环增益为同相放大器的闭环增益为 f1f21RRA 起振条件：起振条件：,2f1f2RR 振幅平衡条件振幅平衡条件 ：f1f22RR 第五章波形发生器第五章波形发生器三、三、LCLC正弦波正弦波振荡器振荡器由电感、电容构成的振荡器称为由电感、电容构成的振荡器称为LCLC振荡器振荡器。LCLC振荡器振荡器变压器反馈式振变压器反馈式振荡器荡器三点式振

8、荡三点式振荡器器1.1.变压器反馈式变压器反馈式LCLC振荡器振荡器+V+VCCCCC CB BMMR RE E+C CE E+R RB1B1R RB2B2+L Lf fL LC C+_ _ _fUoUiU+反馈网络反馈网络 谐振放大器谐振放大器 同相同相与与故：故：反相反相与与又：又：反相反相与与因：因：ifofioUUUUUU振荡器为正反馈振荡器为正反馈 (1)(1)工作工作原理原理(2)(2)振荡频率及电路特点振荡频率及电路特点变压器反馈式变压器反馈式振荡器的振荡振荡器的振荡频率为频率为 LCf 21o 特特点点结构简结构简单单容易起容易起振振调节方调节方便便第五章波形发生器第五章波形发

9、生器2.2.三点式振荡器三点式振荡器(1)(1)工作工作原理原理C C、L L1 1和和L L2 2构构成谐振回路成谐振回路的三个端点的三个端点分别与晶体分别与晶体管的三个极管的三个极相连接，且相连接，且反馈信号由反馈信号由电感线圈电感线圈L L2 2上取得，故上取得，故称为电感三称为电感三点式振荡器点式振荡器。同相同相与与ifUU(2)(2)振荡频率及电路特点振荡频率及电路特点CMLLf)2(2121 特特点点容易起振容易起振 调节方便调节方便(1).(1).电感三点电感三点式振荡器式振荡器+V+VCCCCC CB BMMR RE E+C CE E+R RB1B1R RB2B2+L L1 1

10、L L2 2C C3 3+_ _fUiU+R RC C1 12 2+C CC C(2).(2).电容三点式振荡器电容三点式振荡器第五章波形发生器第五章波形发生器LCf 21o 特点特点结构简单结构简单输出波形好输出波形好振荡频率高振荡频率高+V+VCCCCC CB BR RE E+C CE E+R RB1B1R RB2B2+L LC C1 13 3+_ _fUiU+R RC C1 12 2C C2 2(1)(1)工作工作原理原理同相同相与与ifUU(2)(2)振荡频率及电路特点振荡频率及电路特点L L、C C1 1和和C C2 2构构成谐振回路成谐振回路的三个端点的三个端点分别与晶体分别与晶体

11、管的三个极管的三个极相连接，且相连接，且反馈信号由反馈信号由电容电容C C2 2上取上取得，故称为得，故称为电容三点式电容三点式振荡器。振荡器。2121CCCCC 第五章波形发生器第五章波形发生器(3).(3).三点式振荡器的组三点式振荡器的组成法则成法则 在三点式振荡器的三个电在三点式振荡器的三个电抗中，和发射极相接的是两个抗中，和发射极相接的是两个同性质的电抗，另两极相接的同性质的电抗，另两极相接的则是异性质的电抗。则是异性质的电抗。(4).(4).改进型电容三点式振荡改进型电容三点式振荡器器 改进型电容三点式振荡器改进型电容三点式振荡器有克拉泼振荡器和两种。有克拉泼振荡器和两种。(1)(

12、1)克拉泼振荡器克拉泼振荡器+V+VCCCCR RE ER RB1B1R RB2B2L LC C1 1R RC CC C2 2C C3 3C CB BL LC C1 1C Ci iC C3 3C C2 2C Co o第五章波形发生器第五章波形发生器L LC C1 1C Ci iC C3 3C C2 2C Co o回路的总电容回路的总电容C C为：为：33i2o11111CCCCCCC 振荡频率振荡频率f fo o为：为：3O21LCf (2)(2)西勒振西勒振荡器荡器+V+VCCCCR RE ER RB1B1R RB2B2L LC C1 1R RC CC C2 2C C4 4C CB BC C

13、3 3振荡频率振荡频率f fo o为：为：)2143oCL(Cf 第五章波形发生器第五章波形发生器四、石英晶体四、石英晶体振荡器振荡器1.1.石英晶体及其石英晶体及其特性特性 天然石英晶体的化学成分是天然石英晶体的化学成分是二氧化硅（二氧化硅（SiOSiO2 2），石英晶体是），石英晶体是利用石英晶体的压电效应而制成利用石英晶体的压电效应而制成的，具有谐振特性。的，具有谐振特性。(1).(1).符号和等效电路符号和等效电路符号符号C C1 1r r1 1C C2 2r r2 2C C3 3L L3 3r r3 3L L1 1L L2 2C Co o交流等效交流等效电路电路C Cq qr rq

14、qL Lq qC Co o第五章波形发生器第五章波形发生器(2).(2).串联谐振和并联串联谐振和并联谐振谐振 在图右所示的电路中在图右所示的电路中，忽略等效电阻，忽略等效电阻r rq q的影响的影响，信号频率增加，当，信号频率增加，当C Cq q的的容抗容抗与与L Lq q感抗相等感抗相等时，时，C Cq q 、L Lq q支路发生支路发生串联谐振串联谐振，此时的频率称为晶片的此时的频率称为晶片的串串联谐振频率联谐振频率，用，用f fs s表示。表示。C Cq qr rq qL Lq qC Co oqqs21CLf 当当串联总感抗串联总感抗刚好和刚好和C C0 0的容的容抗相等抗相等时，谐振

15、回路产生时，谐振回路产生并联谐并联谐振振，此时的频率称为晶片的，此时的频率称为晶片的并联并联谐振频率谐振频率，用，用f fp p表示。表示。0qsq0q0qp121CCfCCCCLf 第五章波形发生器第五章波形发生器1.1.石英晶体石英晶体振荡器振荡器用石英晶体组成的振荡器称为石英晶体振荡器。用石英晶体组成的振荡器称为石英晶体振荡器。石英晶体振石英晶体振荡器荡器并联型并联型 串联型串联型 (1).(1).串联型石英晶串联型石英晶体振荡器体振荡器u uo oV V2 2C C1 1C C2 2R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4R R5 5R Rp p+V+VCCCC+V V1 1

16、由石英晶体由石英晶体和可变电阻和可变电阻R Rp p构构成了两级放大器成了两级放大器之间的正反馈电之间的正反馈电路。当反馈信号路。当反馈信号的频率等于晶体的频率等于晶体的串联谐振频率的串联谐振频率时，此时正反馈时，此时正反馈最强，电路满足最强，电路满足振荡的条件而产振荡的条件而产生自激振荡。生自激振荡。第五章波形发生器第五章波形发生器(1).(1).并联型石英晶并联型石英晶体振荡器体振荡器20pF20pFC C1 1C C2 2R RB1B1R RB2B2R RC CR RE E+V+VCCCCV V+C C3 3C CE EC C1 1C C2 2R RB BR RC CV VC C3 3C

17、 C1 1C C2 2V VC C3 3C Cq qr rq qL Lq qC Co o原理电路原理电路 交流等效电路交流等效电路 晶体等效后的等效电路晶体等效后的等效电路 C C1 1、C C2 2、C C3 3串联组成电容串联组成电容C CL L 321L1111CCCC C1 1和和C C2 2C C3 3，所以，所以C CL LC C3 3 L0qL0qqo)(21CCCCCCLf 又由于又由于C Cq q（C C0 0C CL L）)211(121LoqsL0qqqoCCCfCCCCLf 故故:一、一、非正弦波发生器的基本工作原理非正弦波发生器的基本工作原理二、二、矩形波发生电路矩形

18、波发生电路三、三、三角波发生电路三角波发生电路四、四、锯齿波发生电路锯齿波发生电路五、五、ICL8038ICL8038集成函数发生器集成函数发生器第五章波形发生器第五章波形发生器一、非正弦波发生器的基本工作原理一、非正弦波发生器的基本工作原理非正弦波发生器非正弦波发生器矩形波矩形波三角波三角波锯齿波锯齿波1.1.电路的组成电路的组成t tu uo o0 0具有延迟具有延迟作用的作用的反馈网络反馈网络u uf f开关器件开关器件H HMML LG Gu uo o第五章波形发生器第五章波形发生器第五章波形发生器第五章波形发生器2.2.振荡条件及分析方法振荡条件及分析方法 非正弦波发生器的非正弦波发

19、生器的振荡条件振荡条件是：开关器件的输是：开关器件的输出电压为高电平或低电平时，如果经过一定的延迟出电压为高电平或低电平时，如果经过一定的延迟时间后可使开关器件的输出改变状态，便能产生周时间后可使开关器件的输出改变状态，便能产生周期性的振荡。期性的振荡。分析的基本方法是：分析的基本方法是：一是检查电路是否具有非正弦波发生器的基本一是检查电路是否具有非正弦波发生器的基本组成部分；组成部分；二是分析电路是否满足非正弦波发生器的振荡条二是分析电路是否满足非正弦波发生器的振荡条件。件。第五章波形发生器第五章波形发生器二、矩形波发生电路二、矩形波发生电路1.1.电路结构与工作原理电路结构与工作原理A A

20、_ _+C CR R1 1R R2 2R R3 3R Rf fcuTUou充充I放放IZU VCut0Out0 TU-TUZU ZU 当当u uC CU UT+T+时，时，u uo o便由高电平便由高电平+U UZ Z跃变为低电平跃变为低电平U UOLOLU UZ Z。当。当u uC CU UT-T-时，比较器翻转，时，比较器翻转，u uo o又变为高电平又变为高电平+U UZ Z，电容，电容C C又被充电。如此反复循环，电路产生自又被充电。如此反复循环，电路产生自激振荡，输出电压波形为矩形波，激振荡，输出电压波形为矩形波，第五章波形发生器第五章波形发生器2.2.振荡周期和频率振荡周期和频率电

21、容两端电压电容两端电压u uC C随时间的变化规律为随时间的变化规律为 ：)1)(fZ212ZZ112CCRteURRRUURRRu 矩形波周期矩形波周期T T为：为：TfRRCRT1),21ln(212f 可见，矩形波的频率可见，矩形波的频率f f只与只与R Rf fC C及及R R2 2/R R1 1有关，而有关，而与输出电压的幅度无关。与输出电压的幅度无关。实际使用时，一般用调节实际使用时，一般用调节R Rf f的方法来调节频率。的方法来调节频率。第五章波形发生器第五章波形发生器三、三角波发生电路三、三角波发生电路1.1.电路结构与工作原理电路结构与工作原理A A1 1_ _+C CR

22、R1 1R R2 2R R3 3R R6 6o1uZU VA A2 2_ _+R R5 5R R3 3R R4 4ouCuout0o1ut0OHUOLU1t1tZU ZU Z12OLURRU Z12OHURRU 第五章波形发生器第五章波形发生器2.2.振荡周期和频率振荡周期和频率1244RRCRT 周期周期T T为：为：振荡频率为：振荡频率为：CRRRTf24141 调整调整R R1 1、R R2 2可以同时改变三角波的幅度和频率，调可以同时改变三角波的幅度和频率，调整整R R4 4、C C，则只改变频率，不改变幅度。，则只改变频率，不改变幅度。第五章波形发生器第五章波形发生器四、锯齿波发生电

23、路四、锯齿波发生电路1.1.电路结构与工作原理电路结构与工作原理A A1 1_ _+C CR R1 1R R2 2R R3 3R R6 6o1uZU 3VA A2 2_ _+R R5 5R R3 3R RP Pou1V2Vout0OHUOLUo1ut0ZU ZU 2.2.振荡周期为：振荡周期为：CRRRCRRRRTp12p2p1122)(2 第五章波形发生器第五章波形发生器五、五、ICL8038ICL8038集成函数发生器集成函数发生器1.ICL80381.ICL8038工作原理工作原理1C2C正弦正弦变换器变换器触发器触发器QQRS3 31 12 212129 96 64 45 511117

24、 710108 8R R2 2R R1 1R R3 3R R4 4R R5 5R R6 6R R7 7R R8 8R RR RR RC CI I1 1I I2 2S S-V-VEEEE或地或地R RL L-V-VEEEE或地或地+V+VCCCC方波方波输出输出三角波三角波输出输出正弦波正弦波输出输出缓冲器缓冲器缓冲器缓冲器B BA AV V第五章波形发生器第五章波形发生器2.2.典型应用典型应用ICL8038ICL80384 45 56 69 93 32 21212111110108 87 7+V+VCCCCR RP PR RA AR RB BR RC C82k82k-V-VEEEEICL80

25、38ICL8038的基本接法的基本接法 图中管脚图中管脚8 8与与7 7短接，在短接，在此条件下；管此条件下；管脚脚3 3输出波形输出波形的上升时间：的上升时间：CRtA135 下降时间下降时间 BABA2235RRCRRt 振荡频率为振荡频率为CRRRttf2ABA2121031 当当R RA AR RB B时，时，t t1 1t t2 2，9 9、3 3、2 2脚脚输出分别为方波、三角波和正弦输出分别为方波、三角波和正弦波，振荡频率为波，振荡频率为 CRfA3.0 小小 结结第第 5 5 章章第第 5 5 章小结章小结一、反馈式振荡器的组成一、反馈式振荡器的组成放大器放大器反馈网络反馈网络

26、选频网络选频网络稳幅环节稳幅环节二、平衡条件二、平衡条件相位平衡条件相位平衡条件 )3,2,1,0(2 nnFA 振幅平衡条件振幅平衡条件 1 AF三、正弦波振荡器三、正弦波振荡器RCRC振荡器振荡器LCLC振荡器振荡器石英振荡器石英振荡器四、非正弦波发生器四、非正弦波发生器矩形波矩形波三角波三角波锯齿波锯齿波)21ln(212fRRCRT 1244RRCRT CRRRCRRRRTp12p2p1122)(2 第四章集成运算放大电路器第四章集成运算放大电路器一、实训目的一、实训目的验证验证RCRC选频网络的选频特性。选频网络的选频特性。理解理解RCRC正弦波振荡器的工作原理和条件。正弦波振荡器的

27、工作原理和条件。掌握调试、测量正弦波振荡器的方法。掌握调试、测量正弦波振荡器的方法。第四章集成运算放大电路器第四章集成运算放大电路器二、实训器材二、实训器材4.4.万用表万用表 一块一块;1.1.模拟电子实验系统模拟电子实验系统 一台一台;2.2.双踪示波器双踪示波器 一台；一台；3.3.晶体管毫伏表晶体管毫伏表 一块；一块；第四章集成运算放大电路器第四章集成运算放大电路器 三、实训电路三、实训电路RCRC桥式正弦振荡器桥式正弦振荡器 R R1 1 20K20K741A+-C C 0.10.1F FR R2 2 33K33KR RP P 100K100KR R 10K10KR R 10K10KC C 0.10.1F FV V2 2V V1 1+_ _u uo o2 23 36 64 47 7+V VCC CC +15V+15V-V VCC CC -15V-15VA A/A A振荡频率：振荡频率：Hz1601.0102121o kRCf