电工电子技术课程课件-第07章

第7章信号产生电路电工电子学(Ⅱ)教学基本要求•了解波形发生的概念和波形发生电路类型•了解正弦波振荡电路的组成与工作原理。•了解正弦波振荡电路自激振荡的条件。•了解LC振荡电路和RC振荡电路的工作原理•一般了解常见非正弦波形发生电路。•本章讲授3学时，自学10学时电工电子学(Ⅱ)主要内容•概述•正弦波产生电路•非正弦波发生电路•本章小结电工电子学(Ⅱ)概述•什么是信号产生电路定义——信号产生电路是一种通过自激方式把直流电压变化为按一定规律变化的电压（如正弦波、矩形波和锯齿波等）的一种电子线路。•信号产生电路的分类分类——正弦波产生电路、非正弦波产生电路电工电子学(Ⅱ)正弦波产生电路•正弦波产生电路就是利用自激振荡电路产生一定频率和幅值的正弦交流信号的电路，通常也称为正弦波振荡电路。电工电子学(Ⅱ)产生自激振荡的原理•自激振荡的条件•开关合在“1”为无反馈放大电路。iuoUAU•开关合在“2”为有反馈放大电路，fuoUAUifUU如果：开关合在“2”时,，去掉ui仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。自激振荡状态2FfU1AiUoUSu电工电子学(Ⅱ)产生自激振荡的原理•自激振荡的条件(1)幅度条件：1uFA1FAuFA即：(2)相位条件：n2FAn是整数fuoUAU由：ouoUFAU1uFAofUFU2FfU1AiUoUSu电工电子学(Ⅱ)产生自激振荡的原理•起振及稳幅振荡的过程要维持振荡输出必须解决两个问题：（1）原始信号从何获得？（2）什么时刻进行切换？怎样切换？放大电路A正反馈电路Fufuo噪声起振条件：相位条件：对选定频率∠AF=2n幅度条件：对选定频率|AF|1电工电子学(Ⅱ)产生自激振荡的原理•反馈振荡的建立过程放大特性uo=Aud反馈特性uf=Fuoud=ufuo噪声放大反馈放大反馈放大反馈放大反馈放大反馈放大反馈只要环路增益|AF|1输出信号就越来越大！放大电路A正反馈电路Fufuo噪声电工电子学(Ⅱ)产生自激振荡的原理•反馈振荡的稳定过程为了建立振荡，要使环路增益|AF|1。当幅度达到一定值时，放大器将进入非线性状态，增益也开始下降，最终达到振荡的平衡条件|AF|=1。放大特性uo=Aud反馈特性uf=Fuo噪声振荡平衡点udufuo电工电子学(Ⅱ)正弦振荡器的基本构成•反馈电路——形成正反馈。•放大电路——放大信号稳幅电路反馈电路放大电路选频电路uf噪声uoFAu•稳幅电路——使电路能从AuF1，→AuF=1从而达到稳幅振荡。•选频电路——保证输出为单一频率的正弦波即使电路只在某一特定频率下满足自激振荡条件。电工电子学(Ⅱ)RC正弦振荡器1.RC正弦波振荡的组成RC振荡电路的选频网络:电路构成起来方便，易受干扰，一般只适用于中低频率正弦波振荡。放大电路RC选频输出按照RC选频网络的不同，常用的RC正弦波振荡有：（1）RC串并联网络振荡（2）RC移相振荡（3）RC双T网络振荡等电工电子学(Ⅱ)RC正弦振荡器2.RC串并联网络振荡(文氏桥振荡器）uoRCRCR1R2RC串并联正反馈网络同相放大211RAR1//j11//jjoRUCFURRCC)j(31ooRC1o电工电子学(Ⅱ)RC正弦振荡器3.RC串并联选频网络的频率特性当相移为0时，幅频特性为|F|=1/3。31||oFRCfπ21o起振时，A3，一般设计电路时取5~10。稳定时，A=3。电路结构上要求：R22R1(起振），R2=2R1(稳定）。电工电子学(Ⅱ)RC正弦振荡器4.RC正弦波振荡器的实际电路采用如热敏电阻改善波形.半导体热敏电阻R++∞RFR1CRC–uO–+热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。电工电子学(Ⅱ)RC正弦振荡器4.RC正弦波振荡器的实际电路uoRCRCR1R2D1R3D2起振时，二极管截止，R2大于2R1，即A3，随着uo的增大，二极管逐渐导通，R3（包括二极管的导通电阻）与R2并联，总电阻逐渐减小，A自动下降，当A=3时,振荡器稳定。也可利用二极管构成稳幅电路。电工电子学(Ⅱ)LC正弦振荡器•LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡(几百千赫以上)。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。1.LC振荡电路的基本形式放大电路输出耦合反馈耦合RL（1）变压器反馈式（2）电感反馈式（3）电容反馈式电工电子学(Ⅱ)LC正弦振荡器2.变压器反馈式LC振荡电路根据反馈极性判断的瞬时极性法，判断电路是否具有正反馈。CLufRL+VCC电路组成电路构成正反馈环，满足振荡的相位条件，只要反馈环路总增益大于1，电路即能够起振。正反馈电工电子学(Ⅱ)LC正弦振荡器2.变压器反馈式LC振荡电路正反馈LCfπ210振荡频率uf+–LC+UCCRLC1RB1RB2RECE放大电路选频电路反馈网络电工电子学(Ⅱ)LC正弦振荡器例1：在调节变压器反馈式振荡电路中，试解释下列现象（1）对调反馈线圈的两个接头后就能起振；（2）调RB1、RB2或RE的阻值后即可起振；（3）改用β较大的晶体管后就能起振；（4）适当增加反馈线圈的圈数后就能起振；（5）适当增加L值或减小C值后就能起振；（6）反馈太强，波形变坏；（7）调整RB1、RB2或RE的阻值后可使波形变好；（8）负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振电工电子学(Ⅱ)LC正弦振荡器解:(2)调RB1、RB2或RE的阻值后即可起振；原反馈线圈接反，对调两个接头后满足相位条件；(1)对调反馈线圈的两个接头后就能起振；调阻值后使静态工作点合适，以满足幅度条件；(3)改用β较大的晶体管后就能起振；改用β较大的晶体管，以满足幅度条件；LC+UCCRLC1RB1RB2RECE电工电子学(Ⅱ)LC正弦振荡器LC+UCCRLC1RB1RB2RECE(5)适当增加L值或减小C值后就能起振；增加反馈线圈的圈数，即增大反馈量，以满足幅度条件；(4)适当增加反馈线圈的圈数后就能起振；当适当增加L值或减小C值后,等效阻抗|Zo|增大，因而就增大了反馈量，容易起振；RCLZoLC并联电路在谐振时的等效阻抗电工电子学(Ⅱ)LC正弦振荡器LC+UCCRLC1RB1RB2RECE(7)调整RB1、RB2或RE的阻值可使波形变好；反馈线圈的圈数过多或管子的β太大使反馈太强而进入非线性区，使波形变坏。(6)反馈太强，波形变坏；调阻值,使静态工作点在线性区，使波形变好；(8)负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振。负载大，就是增大了LC并联电路的等效电阻R。R的增大,一方面使|Zo|减小,因而反馈幅度减小,不易起振;也使品质因数Q减小,选频特性变坏,使波形变坏。电工电子学(Ⅱ)LC正弦振荡器正反馈注意：用瞬时极性法判断反馈的极性时，耦合电容、旁路电容两端的极性相同，属于选频网络的电容，其两端的极性相反。+UCCC1RB1RB2RECELC例2：试用相位平衡条件判断下图电路能否产生自激振荡.电工电子学(Ⅱ)LC正弦振荡器•三点式LC振荡电路1.电感三点式振荡电路正反馈放大电路选频电路反馈网络CMLLf)2(π21210+UCCC1RB1RB2RECEL1CL2RC振荡频率通常改变电容C来调节振荡频率。反馈电压取自L2振荡频率一般在几十MHz以下。电工电子学(Ⅱ)LC正弦振荡器•三点式LC振荡电路2.电容三点式振荡电路正反馈放大电路反馈网络振荡频率通常再与线圈串联一个较小的可变电容来调节振荡频率。反馈电压取自C221210π21CCCCLf+UCCC1RB1RB2RECEC1LC2RC反相振荡频率可达100MHz以上。选频电路电工电子学(Ⅱ)LC正弦振荡器例3：图示电路能否产生正弦波振荡,如果不能振荡，加以改正。L+UCCC1RB1RB2RECEC2解：直流电路合理。旁路电容CE将反馈信号旁路，即电路中不存在反馈，所以电路不能振荡。将CE开路，则电路可能产生振荡。反馈电压取自C1正反馈电工电子学(Ⅱ)非正弦波发生电路•方波发生器•三角波发生器•锯齿波发生器电工电子学(Ⅱ)方波(矩形波)发生器电路结构omHURRRU211omLURRRU211uiUR=0uoRfR1迟滞比较器积分电路CRuC负跳变触发电平：正跳变触发电平：电工电子学(Ⅱ)方波(矩形波)发生器工作原理1.设uo=+UOM此时，输出给C充电!则：u+=UH0tuoUOM-UOMU+Huc0t一旦ucUH,就有u-u+,在ucUH时，u-u+,uo保持+UOM不变；uo立即由＋UOM变成－UOM－++RR1R2C+ucuo–电工电子学(Ⅱ)方波(矩形波)发生器工作原理此时，C经输出端放电。2.当uo=-UOM时，u+=ULuc降到UL时，uo上翻。UHuctUL－++RR1R2C+ucuo–电工电子学(Ⅱ)方波(矩形波)发生器•工作原理总结当输出处于正饱和时：uo=+UOM输出电压对电容充电，uC按指数规律增大经过T1uC=UHuo=-UOM触发当输出处于负饱和时：uo=-UOM输出电压对电容反向充电，uC按指数规律减小经过T2uC=UＬuo=+UOM触发电工电子学(Ⅱ)方波(矩形波)发生器输出波形0UHuctULUOMuo0t-UOMT－++RR1R2C+ucuo–电工电子学(Ⅱ)方波(矩形波)发生器方波发生器各部分的作用RC电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。uiUR=0uoRfR1迟滞比较器积分电路CRuC电工电子学(Ⅱ)三角波发生器•电路一：方波发生器矩形波积分电路三角波反向积分电路方波发生器－++RR1R2C+uc-++RR2Cuo此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。电工电子学(Ⅱ)三角波发生器•工作原理tuRCuood11－++RR1R2C+uc-++RR2Cuouo1uo三角波的周期由方波发生器确定，其幅值也由周期T和参数RC决定。0uo1tUom-Uom电工电子学(Ⅱ)三角波发生器•改进电路－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1反向积分电路上行迟滞比较器特点：由迟滞比较器和反相积分器级联构成，迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入。电工电子学(Ⅱ)三角波发生器•输出波形omHURRU21omLURRU21－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R100uo1t＋UOM－UOMuotUHULtuRCuood11电工电子学(Ⅱ)三角波发生器电工电子学(Ⅱ)锯齿波发生器•改变三角波发生器中积分电路的充放电时间常数，使放电的时间常数为0，即把三角波发生器转换成了锯齿波发生器。uot-－++R2R1++R4CuoR+–R3couuuct电工电子学(Ⅱ)锯齿波发生器电工电子学(Ⅱ)本章小结非正弦波发生电路主要内容正弦波产生电路RC振荡电路LC振荡电路波形产生的原理振荡电路的组成矩形波发生电路三角波发生电路锯齿波发生电路