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1、9.1正弦波振蕩電路的基本原理9.2RC正弦波振蕩電路9.3LC正弦波振蕩電路9.4石英晶體振蕩電路9.5電壓比較器9.6非正弦信號產(chǎn)生電路,電氣與電子工程學(xué)院,第9章波形發(fā)生及變換電路,9.1.1自激振蕩的條件9.1.2正弦波振蕩電路的組成9.1.3正弦波振蕩電路的類型9.1.4正弦波振蕩電路的分折步驟,電氣與電子工程學(xué)院,9.1正弦波振蕩電路的基本原理,放大電路,反饋網(wǎng)絡(luò),如果反饋電壓uf與原輸入信號ui完全相等，則即使無外輸入信號，放大電路輸出端也有一個正弦波信號自激振蕩。,圖9.1.1反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件,9.1.1自激振蕩的條件,由此知放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：,即：,

2、所以產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是：,幅度平衡條件,相位平衡條件,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)。,1.放大電路2.正反饋網(wǎng)絡(luò)3.選頻網(wǎng)絡(luò)4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié),滿足振蕩條件,實現(xiàn)單一頻率的振蕩,穩(wěn)定振蕩幅度、波形好,常合二而一,9.1.2正弦波振蕩電路的組成,1.RC振蕩電路：分為橋式、移相式和雙T式等常用的RC振蕩電路。,9.1.3正弦波振蕩電路的類型,圖9.1.2橋式、移相式和雙T式RC振蕩電路,工作頻率較低，一般為幾赫茲至幾百千赫茲，它們的直接輸出功率較小，常用于低頻電子設(shè)備中。,2.LC振蕩電路,分為變壓器反饋式、電感三點式和電容三點式等常用的LC振蕩電路。,工作頻率較高，可以產(chǎn)生幾十兆

3、赫茲以上的正弦波信號，它們可以直接給出較大的輸出功率，常用于高頻電子電路或設(shè)備中。,圖9.1.3LC振蕩電路,3.石英晶體振蕩電路,圖9.1.4石英晶體振蕩電路,選用石英晶體作選頻網(wǎng)絡(luò)，主要有并聯(lián)型和串聯(lián)型石英晶體振蕩電路。石英晶體振蕩電路的工作頻率一般在幾十千赫茲以上，它的頻率穩(wěn)定度較高，多用于時基電路和測量設(shè)備中。,9.1.4正弦波振蕩電路的分折步驟,1.分析電路的結(jié)構(gòu)(1)檢查電路的基本組成，看電路是否包括放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。(2)檢查放大電路直流通路，看靜態(tài)工作點是否合適。(3)檢查交流通路，看信號能否輸入、輸出和放大，即能否保證放大電路正常工作。,2.判斷電路是否

4、滿足自激振蕩的相位平衡條件判斷相位平衡條件采用瞬時極性法，沿著放大和反饋環(huán)路判別反饋的性質(zhì)，如果是正反饋則滿足相位平衡條件，否則不滿足相位平衡條件。,(1)斷開反饋回路與放大電路輸入端的連接點，在斷開點處加頻率為f0的信號Ui，經(jīng)放大電路和反饋回路求反饋信號Uf，根據(jù)放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)的相頻特性，確定Uf=Ui之間的相位關(guān)系;,具體的判斷步驟是:,(2)如果Ui和Uf在某頻率f0下相位相同，則電路滿足相位平衡條件，否則不滿足相位平衡條件。,3.判斷電路是否滿足自激振蕩的幅度條件,4.振蕩頻率和起振條件的估算,振蕩頻率f0：由相位平衡條件所決定。,起振條件：,9.2RC正弦波振蕩電路,9.2.1

5、RC橋式正弦波振蕩電路9.2.2RC移相式振蕩電路9.2.3雙T網(wǎng)絡(luò)正弦波振蕩電路,9.2.1RC橋式正弦波振蕩電路,1.電路組成：,(1)放大電路同相比例運算放大器；,文氏電橋電路,(2)選頻與正反饋網(wǎng)絡(luò)R、C串并聯(lián)電路；(3)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)Rf與R1組成的負反饋電路。,圖9.2.1RC橋式振蕩電路,式中:0=1/RC,幅頻特性：,相頻特性：,2.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò),圖9.2.2RC串并聯(lián)選頻電路,幅頻特性：,相頻特性：,最大，F(xiàn)=0。,1/3,+90,-90,圖9.2.3RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率特性,3.振蕩頻率與起振條件,(1)振蕩頻率,(2)起振條件,f=f0時，,由起振條件：,同相比例運放

6、的電壓放大倍數(shù)為,即要求：,A=0,F=0,得：,Rf：串聯(lián)電壓負反饋,提高輸入電阻，減小輸出電阻，提高了輸出端的帶負載能力。還可以提高振蕩電路的穩(wěn)定性和改善輸出電壓的波形(使其更接近正弦波)。,4.穩(wěn)幅措施,輸出幅度不穩(wěn)定，常采用非線性熱敏元件來穩(wěn)幅。,(1)采用熱敏電阻,Rf：負溫度系數(shù)R1：正溫度系數(shù)均可實現(xiàn)自動穩(wěn)幅。,原理：,UO，電流If增大，t,Rf,A,UO,(2)采用反并聯(lián)二極管,電壓放大倍數(shù)為,RD并聯(lián)二極管的等效平均電阻值,起振時VD1、VD2不導(dǎo)通，Rf1+Rf2略大于2R1。隨著uo的增加，VD1、VD2逐漸導(dǎo)通，Rf2被短接，A自動下降，起到穩(wěn)幅作用。,起振時信號小，

7、二極管電阻大；起振后二極管電阻逐漸減小。,圖9.2.4采用反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路,5.分立元件組成的橋式RC振蕩電路,振蕩頻率：,電壓放大倍數(shù)為,圖9.2.5橋式RC振蕩電路,6.振蕩頻率的調(diào)節(jié),振蕩頻率：,用雙層波段開關(guān)接不同電容，作為振蕩頻率f0的粗調(diào)；,用同軸電位器實現(xiàn)f0的微調(diào)。,圖9.2.9振蕩頻率的調(diào)節(jié),電子琴的振蕩電路,可調(diào),例9.2.1試用相位平衡條件判斷如圖9.2.6(a)所示電路能否產(chǎn)生自激振蕩。,第1級是共射放大電路,方法1：,第2級是共射放大電路,放大電路總的,選頻網(wǎng)絡(luò)相位移：,故不能產(chǎn)生自激振蕩。,方法2：瞬時極性法,圖9.2.6,例9.2.2試判斷如圖所示的各電路能

8、否產(chǎn)生正弦波振蕩，并簡述理由。,故相位條件滿足,但因是共集電極放大電路，A小于1，幅度條件不滿足,故不能振蕩,圖9.2.7(a),圖9.2.7(b),錯誤一是集成運放輸入端的正負極性顛倒；錯誤二是電阻R1與R2的位置顛倒。,例9.2.3一文氏電橋振蕩電路如圖9.2.8所示，接通電源后電路不能振蕩，請指出電路的錯誤。,解：,圖9.2.8,RC超前移相電路,RC滯后移相電路,一節(jié)RC環(huán)節(jié),移相90,二節(jié)RC環(huán)節(jié),移相180,三節(jié)RC環(huán)節(jié),移相270,9.2.2RC移相式振蕩電路,1.移相式振蕩電路,集成運放采用反相輸入方式，故,振蕩頻率為：,270,180,90,當(dāng)F=180時，,f=f0,A=1

9、80，,F=180，即可滿足產(chǎn)生正弦波振蕩的相位平衡條件。,圖9.2.10RC移相式振蕩電路,2.雙T網(wǎng)絡(luò)振蕩電路,振蕩頻率約為：,如果放大電路的放大倍數(shù)足夠大，同時滿足振幅平衡條件，即可產(chǎn)生正弦波振蕩。,集成運放采用反相輸入方式，故,當(dāng)F=180時，,f=f0,A=180，,F=180，即可滿足產(chǎn)生正弦波振蕩的相位平衡條件。,圖9.2.11雙T網(wǎng)絡(luò)正弦波振蕩電路,表9-1三種RC振蕩電路的比較,9.3.1LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性9.3.2變壓器反饋式LC振蕩電路9.3.3電感三點式振蕩電路9.3.4電容三點式振蕩電路,9.3LC正弦波振蕩電路,9.3.1LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性,電路發(fā)生并聯(lián)諧振

10、。,即,一般,則,諧振頻率：,此時，|Z|最大,圖9.3.1LC并聯(lián)電路,1.諧振頻率f0,3.回路品質(zhì)因數(shù)Q,4.頻率特性,Z01,Z02,Q1Q2,Q1,Q2,Q1,Q2,Q1Q2,感性,純阻,容性,不同Q值時，LC并聯(lián)電路的幅頻特性、相頻特性,2.諧振阻抗Z0,圖9.3.2LC并聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性,電容、電感支路的電流值：,并聯(lián)回路的輸入電流值：,所以：,當(dāng)Q1時，,結(jié)論：諧振時，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。,5.并聯(lián)諧振的本質(zhì),電流諧振,結(jié)論：,1.LC并聯(lián)電路具有選頻特性。當(dāng)f=f0時，電路為純電阻性，等效阻抗值最大；當(dāng)ff0時，電路

11、為容性。,2.電路的品質(zhì)因數(shù)Q愈大，幅頻特性越尖銳，選頻特性愈好。3.諧振頻率的數(shù)值與LC并聯(lián)電路的參數(shù)有關(guān)。,磁棒,初級線圈,次級線圈,同極性端,反饋信號通過互感線圈引出,9.3.2變壓器反饋式振蕩電路,放大電路：共射放大電路選頻網(wǎng)絡(luò)：LC振蕩回路反饋網(wǎng)絡(luò)：變壓器副邊N2,1.電路組成,用瞬時極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。,2.振蕩頻率和起振條件,振蕩頻率,起振條件,rbe為三極管的輸入等效電阻，M為繞組Nl、N2的互感，R是折合到諧振回路的等效總損耗電阻。,圖9.3.2LC并聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性,例9.3.1電路如圖9.3.4(a)所示，試分析該電路的組成，按相位

12、平衡條件判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩。,能產(chǎn)生正弦波振蕩,共基極放大電路,圖9.3.4例9.3.1電路,例9.3.2電路如圖9.3.5所示，接上電源后電路不能起振，請修改電路以滿足自激振蕩的條件。,(1)靜態(tài)工作點不合適,(2)不滿足相位平衡條件,三極管基極電位UB=0V，三極管處于截止狀態(tài)，所以電路不能正常工作。,共基極放大電路,圖9.3.5例9.3.2電路,9.3.3電感三點式振蕩電路,1.電路組成,用瞬時極性判斷為正反饋，滿足自激振蕩的相位平衡條件。,2.相位平衡條件,振蕩頻率,起振條件,3.振蕩頻率和起振條件,圖9.3.7電感三點式振蕩電路,4.特點：(1)由于L1、L2的耦合很緊，容易起振

13、。改變電感抽頭的位置，即改變L1、L2的比值，可以獲得滿意的正弦波，且振幅較大。通常反饋線圈選擇為整個線圈的18到l4。(2)并聯(lián)諧振回路可以采用可變電容，來獲得一個較寬的振蕩頻率調(diào)節(jié)范圍。(3)由于反饋電壓取自電感L2，而電感對高次諧波的阻抗較大，在反饋信號中有較大的高次諧波分量，使輸出波形變差。一般用于要求不高的場合，產(chǎn)生幾十兆赫以下的正弦波。,例9.3.3：振蕩電路如圖9.3.8(a)所示，分析電路有沒有錯誤，如有錯誤，請改正。,滿足相位平衡條件,但電感對直流電路相當(dāng)于短路，三極管集電極和發(fā)射極電位都等于VCC，三極管不能正常工作。因此在三極管發(fā)射極和電感2端之間加隔直電容，以實現(xiàn)隔離直

14、流量并使交流信號順利通過。,圖9.3.8例9.3.3圖,用瞬時極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。,9.3.4電容三點式振蕩電路,1.電路組成,2.相位平衡條件,3.振蕩頻率和起振條件,振蕩頻率,起振條件,圖9.3.9電容三點式振蕩電路,4.特點：(1)由于反饋電壓取自于電容，電容對高次諧波的阻抗較小，輸出波形較好。(2)振蕩頻率較高，一般可達100MHZ。因為電容C1、C2的容量可以選得較小，并將放大管的極間電容也計算到C1、C2中去。適用于產(chǎn)生固定頻率的振蕩。調(diào)節(jié)電容可改變頻率，但會影響起振條件。如要改變頻率，可在L兩端接一個可變電容。,5.電容三點式改進型振蕩電路,振蕩頻率

15、,選擇CC1，CC2，,則：,減小了三極管極間電容對振蕩頻率的影響，適用于產(chǎn)生高頻振蕩。,圖9.3.10電容三點式改進型振蕩電路,例9.3.4試分析如圖所示電路是否滿足相位平衡條件？,圖9.3.11例9.3.4圖,例9.3.5試分析如圖9.3.13所示電路為改進型電容三點式振蕩電路，已知L=1uH，C1=0.1uF，C2=0.25uF，C為可變電容，其容值C=12250pF，估算振蕩頻率的可調(diào)范圍。,因CC1，CC2，,解：,當(dāng)C=12pF時，,振蕩頻率近似為,當(dāng)C=250pF時，,因此，振蕩頻率的可調(diào)范圍為1045.9MHz。,表9.3.1各種LC振蕩電路的比較,9.4石英晶體振蕩器,9.4

16、.1正弦波振蕩電路的頻率穩(wěn)定問題9.4.2石英晶體的特性9.4.3石英晶體振蕩電路,9.4.1正弦波振蕩電路的頻率穩(wěn)定問題,頻率穩(wěn)定度：用頻率的相對變化量ff來表示。其中，f為振蕩頻率，f為頻率偏移。ff的值越小，頻率穩(wěn)定度越高。,振蕩頻率不穩(wěn)定的原因：選頻電路的參數(shù)、三極管參數(shù)的不穩(wěn)定等。,改進措施：選用高質(zhì)量的選頻電路元件、采用直流穩(wěn)壓電源以及恒溫等措施以外、提高諧振回路的品質(zhì)因數(shù)Q。,實踐表明，這樣做是有限度的，因為電容器有介質(zhì)損耗，電感器有電阻損耗和高頻集膚效應(yīng)。另外，由于C受到電路分布電容的限制，不能做得太小，而L值不能做得太大，否則，電感線圈本身的分布電容又要增大，反而使LC值下降

17、，所以，一般的LC回路，Q值最高可達到幾百。在要求高頻率穩(wěn)定度的場合，往住采用高Q值的石英晶體諧振器代替一般的LC回路。石英晶體振蕩電路突出的特點是諧振頻率穩(wěn)定性好。其頻率穩(wěn)定度可達10-1010-11，頻帶較寬，可到100MHz以上。,1.石英晶體的結(jié)構(gòu),壓電效應(yīng)：在石英晶片的兩極加一電場，晶片將產(chǎn)生機械變形；若在晶片上施加機械壓力，在晶片相應(yīng)的方向上會產(chǎn)生一定的電場。,壓電諧振：晶片上外加交變電壓的頻率為某一特定頻率時，振幅突然增加。,9.4.2石英晶體的特性,2.石英晶體的等效電路,L晶體的動態(tài)電感(10-3102H)(大),C晶體的動態(tài)電容(0.1pF)(小),R等效摩擦損耗電阻(小)

18、,C0晶片靜態(tài)電容(幾幾十pF),由于晶片的等效電感L很大，而電容C很小，R也很小，因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達106。故其頻率的穩(wěn)定度很高。,3.頻率特性和諧振頻率,串聯(lián)諧振頻率,并聯(lián)諧振頻率,電抗頻率特性,fs,fp,容性,容性,感性,1.串聯(lián)型石英晶體振蕩電路,圖9.4.4串聯(lián)型石英晶體振蕩電路,當(dāng)振蕩頻率等于fS時，晶體阻抗最小，且為純電阻，此時正反饋最強，相移為零，電路滿足自激振蕩條件。,振蕩頻率,調(diào)節(jié)R可改變反饋的強弱，以獲得良好的正弦波。,9.4.3石英晶體振蕩電路,f=fs，晶體呈電阻性,2.并聯(lián)型石英晶體振蕩電路,交流等效電路,振蕩頻率,由于,圖9.4.3,fsfUREF時

19、，uo=-UOPP當(dāng)ui0，,ui0，,ui0，,u-0，,uo=UZ；,uo=UZ；,該電路的門限電平為,顯然，通過改變R1與R2的比值，即可調(diào)節(jié)門限電平。,圖9.5.7任意電平比較器,例:已知R1=R2=5k，UREF=2V，UZ=5V，輸入電壓ui波形如圖，畫出輸出電壓uo波形。,=-2V,傳輸特性,例:已知R1=R2=5k，UREF=2V，UZ=5V，輸入電壓ui波形如圖，畫出輸出電壓uo波形。,=-2V,若uI受到干擾或噪聲的影響，在門限電平上下波動，則uo將在高、低兩個電平之間反復(fù)地跳變，如在控制系統(tǒng)中發(fā)生這種情況，將對執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生不利的影響。,單限比較電路具有電路簡單、靈敏度高等

20、優(yōu)點，但存在的主要問題是抗干擾能力差。,缺點：抗干擾能力差。,解決辦法：采用具有滯回傳輸特性的比較器。,1.電路組成在單門限比較器基礎(chǔ)上增加了正反饋電路實現(xiàn)的。,9.5.2滯回比較器,圖9.5.11滯回比較器,滯回比較器又稱施密特觸發(fā)器，它的特點是當(dāng)輸入電壓ui由小變大或由大變小時，有兩種不同的門限電壓，因此電路的傳輸特性具有“電壓遲滯回環(huán)”曲線的形狀。為了加速輸出高、低電平的轉(zhuǎn)換，運放接成正反饋形式。,2.工作原理,輸出電壓：,uo=UZ,ui=u-=u+時，輸出電壓的狀態(tài)發(fā)生跳變。,UZ,兩個門限電壓：,門限電壓UT：,輸出發(fā)生跳轉(zhuǎn)的輸入有兩個值，UT+和UT-。,UT-,UT+,圖9.5

21、.15滯回比較器,比較器有兩個不同的門限電平，故傳輸特性呈滯回形狀。,電壓傳輸特性,當(dāng)ui增加到UT+時，輸出由UZ跳變到-UZ；,當(dāng)ui減小到UT-時，輸出由-UZ跳變到UZ。,ui小時，uo為高電平UZ；,ui大時，uo為低電平-UZ,可見，改變UREF的大小，可以同時調(diào)節(jié)兩個門限電平UT+和UT-的大小，但二者之差UT不變。也就是說，當(dāng)UREF增大或減小時，滯回比較器的傳輸特性將平行地右移或左移，但滯回曲線的寬度將保持不變。,回差(門限寬度)UT：,與UREF無關(guān),UZ,當(dāng)UREF=0時，,作用：產(chǎn)生矩形波、三角波和鋸齒波，或用于波形變換?？垢蓴_能力強。,適當(dāng)調(diào)整UT+和UT-的值，就可

22、以避免比較器的輸出電壓在高、低電平之間反復(fù)跳變。,當(dāng)ui增加到UT+時，輸出由UZ跳變到-UZ；,當(dāng)ui減小到-UT-時，輸出由-UZ跳變到UZ。,3.滯回比較器的應(yīng)用,例9.5.2如圖9.5.11所示滯回比較器，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ土9V，R220k，RF40K，UREF=3V，輸入電壓ui為如圖9.5.12(a)所示的正弦波。試畫出輸出電壓uo的波形。,輸出高電平和低電平為土9V，閥值(門限)電壓分別為,解：,例9.5.3:如圖9.5.11所示電路中，UT+、UT-、存在干擾的輸入電壓波形如圖9.5.13(a)所示。試畫出輸出電壓uo的波形。,解：,uiUREF1，,VD2截止，VD1導(dǎo)通

23、，,uo為高電平；,UREF2uiUREF1，,VD1截止VD2截止，,9.5.3雙向電壓比較器（窗口比較器）,1.電路組成,uo為低電平；,上門限電平UTH=UREF1；,下門限電平UTL=UREF2。,2.工作原理,9.5.4集成電壓比較器,1集成電壓比較器的特點和分類,(1)特點工作速度比較快；價格比較低廉；輸出電平一般可與TTL等數(shù)字邏輯電平直接兼容，而無需外加限幅電路。(2)種類根據(jù)比較器的響應(yīng)速度：高速比較器和中速比較器；根據(jù)電壓比較器的指標：精密比較器、高靈敏度比較器、低功耗比較器、低失調(diào)比較器以及高阻抗比較器等；根據(jù)在一個芯片上集成的電壓比較器的數(shù)目：單比較器、雙比較器和四比較

24、器。,2.集成電壓比較器的參數(shù),當(dāng)機內(nèi)溫度為設(shè)定值以下時，同相輸入端電壓u+大于反相輸入端電壓u-，uo為高電位。當(dāng)溫度上升為設(shè)定值以上時，反相輸入端電壓u-大于同相輸入端電壓u+端，比較器翻轉(zhuǎn)，uo輸出為零電位，使保護電路動作，調(diào)節(jié)R1的值可以改變門限電壓，即設(shè)定溫度值的大小。,3集成電壓比較器的應(yīng)用,-LM339為例,圖9.5.18溫度檢測電路,9.6.1方波發(fā)生電路9.6.2三角波發(fā)生電路9.6.3鋸齒波發(fā)生電路,9.6非正弦信號發(fā)生電路,幾種常見的非正弦波,矩形波,三角波,鋸齒波,尖頂波,階梯波,1.電路組成,9.6.1矩形波發(fā)生電路,滯回比較器：集成運放、R1、R2；,充放電回路：R

25、、C；,鉗位電路：VDZ、R3。,2.工作原理,圖9.6.1矩形波發(fā)生電路,uC，當(dāng)uC=UT-時，uO=+UZ，循環(huán)上述過程。,uC，當(dāng)uC=UT+時，uO=-UZ。,(1)充電,設(shè)初態(tài)uC=0，uo=+UZ,則u+=UT-，uO通過R向C反向充電(放電)。,(2)跳變,uC,(3)放電,u+=UT+,uO通過R向C充電。,t1,t2,(1)充電,(2)跳變,(3)放電,uC,當(dāng)uC=UT+時，uO=-UZ，,當(dāng)uC=UT-時，uO=+UZ，,uC，,uO=+UZ，,電容充放電時間常數(shù)相同,正負半周對稱,圖9.6.3方波發(fā)生器的波形圖,3.輸出幅度和振蕩周期,放電,解得：,占空比D=50%,

26、4.占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路,圖9.6.5,圖9.6.4占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路,結(jié)構(gòu)：RW和VD1、VD2的作用是將充電放電回路分開，使電容的充、放電時間常數(shù)不同且可調(diào)，即可使矩形波發(fā)生器的占空比可調(diào)。,圖9.6.5,圖9.6.4占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路,9.6.2三角波發(fā)生電路,A1為同相遲滯比較器，輸入三角波，輸出方波。,1.電路組成,方波發(fā)生電路積分運算電路,A2為反相積分電路，輸入方波，輸出三角波。,u+=0時，比較器跳變。,圖9.5.7,積分器反向積分,uo減小,u+=0,uo1=-UZ,(2)uo1=-UZ,積分器正向積分,uo增大,u+=0,uo1=+UZ,u+=0,2.

27、工作原理,(1)uo1=+UZ,圖9.5.7,u+=0,當(dāng)u+=u-=0時，uo1跳變，而發(fā)生跳變時的uo即為三角波的最大值Uom。,UZ,0,Uom,3.輸出幅度,輸出電壓幅度,4.振蕩周期,整理得：振蕩周期,正向積分起始值為-Uom，終了值為+Uom，積分時間T/2,半個周期：,1.電路組成,示波器的掃描電路以及數(shù)字電壓表等電路中，常常需要使用鋸齒波信號。,9.6.3鋸齒波發(fā)生電路,積分電容的充電和放電回路分開，使積分電路的充電和放電時間常數(shù)不同。,圖9.6.8鋸齒波發(fā)生電路圖,當(dāng)uo1=UZ時，二極管VD1導(dǎo)通，VD2截止，積分時間常數(shù)為Rp1C；,當(dāng)uo1=UZ時，二極管VD2導(dǎo)通，V

28、D1截止，積分時間常數(shù)為Rp2C,設(shè)Rp1Rp2，,圖9.6.9鋸齒波發(fā)生電路波形,2.輸出幅度和振蕩周期,充電時間,放電時間,輸出電壓幅值,振蕩周期,調(diào)整R1和R2可以改變鋸齒波的幅值；調(diào)整R1和R2、Rp以及C的容量，可以改變振蕩周期；調(diào)整Rp滑動端的位置，可以改變鋸齒波上升和下降的斜率。,9.7集成函數(shù)發(fā)生器,9.7.1集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038及應(yīng)用9.7.2高頻函數(shù)發(fā)生器MAX038及其應(yīng)用,特點：有正弦波、矩形波、三角波（鋸齒波）三種波形；工作頻率范圍為0.001Hz500kHz，失真度1%，外接較少元件就可完成要求的功能。,9.7.1集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038及應(yīng)用,由兩個電

29、流源、兩個比較器、兩個緩沖器、一個觸發(fā)器和一個正弦波變換器等部分組成。,1.ICL8038的內(nèi)部結(jié)構(gòu),2.工作原理,在10腳外接電容C，在電容C兩端產(chǎn)生三角波。三角波一方面加到兩個比較器的輸入端，從而產(chǎn)生觸發(fā)信號，并通過觸發(fā)器控制兩個電流源的相互轉(zhuǎn)接；另一方面通過緩沖器加到正弦波變換器，則可以獲得三角波輸出和正弦波輸出。通過比較器和觸發(fā)器，并經(jīng)過緩沖器，又可獲得方波信號輸出。,3.ICL8038性能特點,(1)可同時產(chǎn)生和輸出波形：正弦波、三角波、方波;(2)電源電壓范圍寬；(3)振蕩頻率范圍寬，頻率穩(wěn)定性好；(4)輸出波形的失真小；(5)矩形波占空比的調(diào)節(jié)范圍很寬，D=1%99%，由此可獲得

30、窄脈沖、寬脈沖或方波。(6)外圍電路非常簡單；(7)足夠低的頻率溫漂：最大值為50106；,1腳、12腳：正弦波波形調(diào)整端。2腳：正弦波輸出。3腳：三角波輸出。4腳、5腳：輸出信號頻率和占空比調(diào)節(jié)端。6腳：該腳接電源+VCC的正端。7腳：調(diào)頻頻偏。8腳：調(diào)頻電壓輸入端。9腳：方波輸出。10腳：定時電容端。11腳：負電源端或接地。13腳、14腳：空腳。,4引腳及其功能,電位器RP和外接電容C一起決定了輸出波形的頻率，調(diào)節(jié)RP，使波形對稱。,9.7.3占空比頻率調(diào)節(jié)電路2,5ICL8038的應(yīng)用電路,9.7.2高頻函數(shù)發(fā)生器MAX038及其應(yīng)用,ICL8038函數(shù)發(fā)生器的頻率上限只有300kHz，

31、無法產(chǎn)生更高頻率的信號，同時調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨立調(diào)節(jié)，二者互相影響。MAX038是一通用波形發(fā)生芯片，較以前常用的函數(shù)發(fā)生器件，從頻率范圍、頻率精確度、對芯片、波形的控制性能以及用戶使用的方便性等方面都有了很大的提高，因此可廣泛應(yīng)用于波形的產(chǎn)生、壓控振蕩器、脈寬調(diào)制器和頻率合成器等。,1.MAX038的內(nèi)部結(jié)構(gòu),由振蕩器、振蕩頻率控制器、2.50V基準電壓源、正弦波合成器、電壓比較器、相位比較器、多路模擬開關(guān)和放大器等部分組成。,9.7.5MAX038的內(nèi)部結(jié)構(gòu),1腳：參考電源；2腳、6腳、9腳、11腳、18腳：模擬地；3腳：波形設(shè)定端；4腳：波形設(shè)定端；5腳：外接振蕩電容

32、端；7腳：占空比調(diào)節(jié)端；8腳：頻率調(diào)節(jié)端；10腳：振蕩頻率控制器的電流輸入端；12腳：相位比較器的輸出端；13腳：相位比較器的輸入端；14腳：同步輸出端；15腳：數(shù)字地端；16腳：數(shù)字電路的+5V電源端；17腳：正電源端；19腳：波形輸出端；20腳：負電源端；,2.引腳功能,3.MAX038的性能特點,(1)能精密地產(chǎn)生三角波、方波、正弦波信號；(2)頻率范圍從0.1Hz20MHz，最高可達40MHz；(3)占空比調(diào)節(jié)范圍寬；占空比最大調(diào)節(jié)范圍10%90%。(4)波形失真小；正弦波失真度小于0.75%。(5)采用5V雙電源供電允許有5%變化范圍(6)內(nèi)設(shè)2.5V電壓基準(7)低溫度漂移200p

33、pm。,4.MAX038的應(yīng)用電路,由MAX038構(gòu)成的5Hz5MHz函數(shù)發(fā)生器,此電路可以根據(jù)需要從方波、正弦波和三角波中任選，根據(jù)需要從6個頻率中任選。,【本章小結(jié)】,1正弦波振蕩電路由電壓放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)4個部分組成。,相位平衡條件,起振條件為:幅度平衡條件,2判別正弦波振蕩電路能否振蕩的方法首先檢查電路有無放大電路、反饋環(huán)節(jié)、選頻網(wǎng)絡(luò)部分放大電路的靜態(tài)工作點是否合適，并檢查交流通路，看信號能否輸入、輸出和放大，即能否保證放大電路正常工作。其次用瞬時極性法判別相位平衡條件是否滿足，最后是判斷幅度條件。,3.RC正弦波振蕩電路用RC串、并聯(lián)電路作選頻網(wǎng)絡(luò)，常用于產(chǎn)生

34、低頻正弦波信號，常用的RC正弦波振蕩電路還有移相式和雙T網(wǎng)絡(luò)振蕩電路,振蕩頻率,起振條件,4LC正弦波振蕩電路采用LC諧振回路作選頻網(wǎng)絡(luò)，振蕩頻率較高，常用的LC正弦波振蕩電路有變壓器反饋式和電感三點式振蕩電路和電容三點式振蕩電路等。,振蕩頻率,5石英晶體正弦波振蕩電路的振蕩頻率穩(wěn)定性相當(dāng)高，石英晶體諧振電路的基本形式有兩類，一類是并聯(lián)型石英晶體振蕩電路，它是利用石英晶體作為一個高Q值的電感組成諧振電路；另一類是串聯(lián)型石英晶體振蕩電路，它是利用石英晶體工作在fS時阻抗最小的特點組成諧振電路。,6.方波發(fā)生電路由滯回比較器和RC充放電回路構(gòu)成,輸出幅度uom=Uz,振蕩周期,三角波發(fā)生器由滯回比較器和積分電路組成,輸出幅度,振蕩周期,