模拟电子技术基础第26讲-非正弦波信号发生器

9.3LC正弦波振荡电路9.3.1LC并联谐振回路选频特性9.3.2变压器反馈式LC振荡电路9.3.3三点式LC振荡电路9.3.4石英晶体振荡电路LC振荡电路主要用来产生高频正弦信号，一般在1MHz以上。它与RC振荡电路的不同之处是它由电感和电容组成，所以命名为LC正弦波振荡电路。1.等效阻抗9.3.1LC并联谐振回路选频特性LRCLRCZjj1)j(j1)1j(CLRCLZ一般有LR则CQLQRCLZ000电路发生谐振。LC10为谐振频率谐振时阻抗最大且为纯阻性其中CLRRCRLQ1100为品质因数，同时有IQIICL即IIICLCL001若用来评价回路损耗大小的指标2.频率响应9.3.1LC并联谐振回路选频特性200211)(QZZ)(02Qarctg1由相频特性可知，当ωω0时，由于ωL1/ωC，回路的等效电抗呈感性；反之，回路的等效电抗呈容性。9.3.2变压器反馈式LC振荡电路（定性分析）(+)(－)(+)VCCRb1ReRb2C1CeMLCcbeTvoVCCRb1ReRb2C1MLCcbeT9.3.3三点式LC振荡电路1.三点式LC并联电路方法1谐振回路的三个引出端与三极管的三个电极相连(指交流连接),其中两个同性质电抗的公共点与发射极(或源极或同相端)相连,而另一个异性电抗则连在集电极与基极间(或栅极与漏极之间或反相端与输出端之间)。9.3.4石英晶体振荡电路1.石英晶体的基本特性与等效电路LCf21sA.串联谐振特性晶体等效阻抗为纯阻性0p121CCLCfB.并联谐振通常0CC0s1CCf所以很接近与psff9.3.4石英晶体振荡电路2.石英晶体振荡电路串联晶体振荡器并联晶体振荡器++++石英晶体工作在fs和fp之间，利用它的等效电感组成电容三点式振荡电路。石英晶体工作在fs处，利用它的等效电抗为纯阻性的特点组成振荡电路。9.4非正弦信号产生电路9.4.1比较器9.4.2方波产生电路单门限电压比较器迟滞电压比较器9.4.3矩形波产生电路9.4.4方波和三角波发生器9.4.5脉冲和锯齿波发生器9.4.1比较器1.理想运放的同相和反相输入端电流近似为零2.当V+V-时，Vo为正向输出饱和电压VOH当V+V-时，Vo为负向输出饱和电压VOL其数值接近运放的正负电源电压V+=V-是两种状态的转折点一、运放工作在非线性区时的特点-V-I-+V+I+VoI+=I-≈0，由于|vO|不可能超过VM，9.4.1比较器vIvO-+A+VCC-VEE时，0MIAVv二、单门限电压比较器（1）过零比较器MI0OVvAv（忽略了放大器输出级的饱和压降）MOmaxVv所以当|+VCC|=|-VEE|=VM=15V，A0=105时，0mV15.0101550MAV可以认为vI0时，vOmax=VOH=+VCCvI0时，vOmax=VOL=-VEE（同相过零比较器）MCCEEVVV假设vI=0称为门限电压或阈值电压Vth只有一个门限电压的比较器9.4.1比较器vIvO-+A+VCC-VEEvIOT234ttvOVOHOVOL输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。电压传输特性vOVOHVOLvIO（同相过零比较器）思考1.若过零比较器如图所示，则它的电压传输特性将是怎样的？2.输入为正负对称的正弦波时，输出波形是怎样的？vIvO+-A+VCC-VEEvOVOHVOLvIOvIOT234ttvOVOHOVOL（同相过零比较器）vIvO-+A+VCC-VEEvOVOHVOLvIO反相过零比较器9.4.1比较器vIvO-+A+VCC-VEEVREF（2）门限电压不为零的比较器电压传输特性vOVOHVOLvIOVREF输入为正负对称的正弦波时，输出波形如图所示。vIOT234ttvOVOHOVOLVREF二、单门限电压比较器门限电压Vth＝VREFVREF可正可负对两个输入电压进行比较，比较两个电压的大小，将比较结果以高低电平的形式输出。用于此功能的运放通常工作在饱和区。通常将一个输入电压固定UR作为参考电压，另一个输入电压Ui与UR比较，结果由Uo反映-+R1UiR2UR当UiUR时，输出应为负饱和值，稳压管的导通,输出电压的幅度被限定在Uo=-UDUoRoDz当Ui≤UR时，输出为正饱和值，由于稳压管的稳压作用，Uo=UzUDURUoUiUz输出电压被限定在（UZ+UD)9.4.1比较器（2）门限电压不为零的比较器二、单门限电压比较器9.4.1比较器二、单门限电压比较器应用过零比较器微分电路单向导电性9.4.1比较器由于在ui=Vth=VREF附近出现干扰，uO将时而为VOH，时而为VOL，导致比较器输出不稳定。如果用这个输出电压uO去控制电机，将出现频繁的起停现象，这种情况是不允许的。二、单门限电压比较器存在的问题-+R1ViR2VRVoRf引入正反馈加速输出电压变化VoViVOHVOLVT-VT+f2Rff2O2pRRVRRRVRV当Vi≥Vp时，输出将由高电平VOH跳变到低电平VOL；三、迟滞电压比较器电路1当Vi≤Vp时，输出将由高电平VOL跳变到低电平VOH；Vp即为门限电压Vth，也称阈值电压-+R1ViR2VRVoRf引入正反馈加速输出电压变化VoViVOHVOLVT-VT+1.当输出Vo为高电平VOH时，同相端受到VOH和VR同时作用f2Rff2OH2TpRRVRRRVRVV当Vi≥VT+时，输出将由高电平VOH跳变到低电平VOL。VT+称为上门限电压，也称正向阈值电压三、迟滞电压比较器电路1-+R1ViR2VRVoRfVoViVOHVOLV2V1三、迟滞电压比较器2.当输出Vo为低电平VOL时，同相端受到VOL和VR同时作用f2Rff2OL2TpRRVRRRVRVV当Vi≤VT-时，输出将由低电平VOL跳变到高电平VOH。VT-称为下门限电压，也称负向阈值电压迟滞比较器上门限电压：下门限电压：-TTV-VV)V-V(RRROLOHf22门限宽度：(回差电压)-+R1ViR2VRVoRfVoViVOHVOLVT-VT+f2Rff2OH2TRRVRRRVRVf2Rff2OL2-TRRVRRRVRV1.改变基准电压VR可改变上、下门限电压VT-、VT+，但不影响门限宽度V。2.改变正反馈系数R2/(R2+Rf),将影响V和VT-、VT+。3.运放的正负饱和电压VOH、VOL，可通过加限幅电路限制其值f2Rff2OH2TRRVRRRVRVf2Rff2OL2-TRRVRRRVRVf2OH2TRRVRVf2OL2TRRVRV电路1电路2电路3电路3迟滞比较器稳压管和电阻R4构成稳幅电路，使输出电压为±10V。R1、R2构成正反馈电路,使212RRRVVOP阈值电压V5RRRVV212OHTV5RRRVV211OLT9.4.2方波产生电路为积分电路CRf输出电压经积分后产生一个变化的电压替代迟滞比较器的输入信号。方波发生器又称多谐振荡器。vC9.4.2方波产生电路212RRRVVZT212RRRVVZT假定电路的初始状态ZOVV212RRRVVZPVC-+,VC＝0反向充电正向充电反向充电PCVVZOVV212RRRVVZP反向充电VCVCPCVVZOVVVC+-1、工作原理9.4.2方波产生电路VC+-反向充电CRtOtcfeVVVv)()()()(ccc电容充放电时：时间常数＝：稳态值：初始值CRVVfO)(c)(c三要素法Z0FVV)(cZVV)(cZtcFVv)(CRtZZZZfeFVVVFV211RRRF2Tt)ln(12fRR21RC)ln(12fRR21R2TC2、振荡周期9.4.3矩形波产生电路)21ln(1211RRCRTf)21ln(1222RRCRTf)21ln()(122121RRCRRTTTff正向充电反向充电频率范围：10Hz~10KHz占空比不为50%的实用电路忽略二极管的正向电阻RoDz+-R1Vi1R4Vo1RfA1-+R2Vo2CR3A2WA1—迟滞比较器,VR=0,V01=(VZ+VD)，A2—积分器,上下限电压由Vi1和Vo1共同决定输入一周期变化的信号输出V01将是一方波输入方波信号，输出是一个三角波信号9.4.4方波和三角波发生器V0tVom1Vom2Von2Von1T1T2T方波和三角波发生器V01V02Vom1=VZ+VDVon1=-(VZ+VD)RoDz+-R1Vi1R4Vo1RfA1-+R2Vo2CR3A2Wf1i1ff1o11ΣRRVRRRVRVA1同相端的电位Vi1↑→V稍大于零，比较器的输出将由低电平Von1跳变到高电平Vom1。f1i1ff1on11ΣRRVRRRVRV1on1fi1RVRV上门限电压=Vom2=0Vi1↓→V稍小于零，比较器的输出将由高电平Vom1跳变到低电平Von1。f1i1ff1om11ΣRRVRRRVRV1om1fi1RVRV下门限电压=Von2=0当Vo1=Von1时，当Vo1=Vom1时，方波和三角波发生器on2om2VVV)VV(R2RDZf1门限宽度周期T与频率ff21RαCR4RTT1f是电位器的分压系数om2T0w4o1m2VdtRRVC1f2121αRCR2RTTRoDz+-R1Vi1R4Vo1RfA1-+R2Vo2CR3A2WR22R21D1D2设计思想：将积分器的充放电回路分开，从而改变T1和T2。1.当Vo1为正电压Vom1时，正电压→W→D1→给C充电,积分时间常数1≈R21C.2.当Vo1为负电压Von1时，负电压→W→D2→给C放电,积分时间常数2≈R22C.9.4.5脉冲和锯齿波发生器f2211RαCR2RT)RR(RαC2RT2221f1T1ff2112RαCR2RT小结1、在第7章曾经讨论过，从振荡条件考虑，当反馈深度过深或环路增益过大时，负反馈放大电路趋向不稳定，即产生自激振荡。本章则是在电路中有意地构成正反馈以满足相位平衡和振幅平衡条件，形成自激以产生正弦信号，二者的工作过程，本质上是相同的。2、按结构来分，正弦波振荡电路主要有RC型和LC型两大类，它们的基本组成包括：可进行正常工作的放大电路A，能满足相位平衡条件的反馈网络F，其中A或F兼有选频特性。一般从相位和幅度平衡条件来计算振荡频率和放大电路所需的增益。而石英晶体振荡器是LC振荡电路的一种特殊形式。由于晶体的等效谐振回路的Q值很高，因而振荡频率有很高的稳定性。小结3、本章介绍了单门限电压比较器和迟滞比较器,它们均有同相输入和反相输入两种接法。单门限电压比较器中的运放通常工作在开环状态,只有一个门限电压；而迟滞比较器中的运放通常工作在正反馈状态，其正向过程(vI上升时)和负向过程(vI下降时)的门限电压不同，因而有上、下两个门限电压值。估算门限电压应抓住输入电压vI使输出电压vO发生跳变的临界条件：运放的两输入端近似相等，即v+=v-。4、非正弦波信号产生电路中没有选频网络，同时器件在大信号状态下工作，它属于一种弛张振荡电路。本章讨论了方波、矩形波、锯齿波和三角波产生电路。它们通常由比较器、反馈网络和积分电路等组成。判断电路能否振荡的方法是，设比较器的输出为高电平(或低电平)，经反馈、积分等环节，能使比较器输出从一种状态跳变到另一种状态，则电路能振荡。锯齿波与三角波产生电路的差别是，前者积分电路的正向和反向充放电时间常数不相等，而后者是一致的。重点难点重点：(1)产生正弦振荡的相位平衡条件和幅值平衡条件。(2)RC正弦振荡电路的组成及起振、稳