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第八章 波形产生电路与变换电路 第八章第八章 波形产生电路与变换电路波形产生电路与变换电路 8.1 非正弦波产生电路非正弦波产生电路 8.2 集成函数发生器集成函数发生器 8.3 正弦波产生电路正弦波产生电路 第1页第八章 波形产生电路与变换电路 8.1 非正弦波产生电路非正弦波产生电路 图81利用电容充放电产生脉冲波形原理图第2页第八章 波形产生电路与变换电路 由图8-1得其三要素为其充放电波形如图8-2所表示,改变充放电时间常数,可得到不一样波形。第3页第八章 波形产生电路与变换电路 图图 8 2 电容充放电波形电容充放电波形 第4页第八章 波形产生电路与变换电路 8.1.1 矩形波产生电路矩形波产生电路 图83矩形波产生电路第5页第八章 波形产生电路与变换电路 1.工作原理工作原理 在图8-3所表示电路中,经过Ro和稳压管VDz1、VDz2对输出限幅,假如它们稳压值相等,即Uz1=Uz2=Uz,那么电路输出电压正、负幅度对称：UOH=+Uz,UOL=-Uz,同相端电位由uo经过R2、R3分压后得到,这是引入正反馈；反相端电压 受积分器电容两端电压uC控制。第6页第八章 波形产生电路与变换电路 当电路接通电源时,与 必存在差异。或是随机。尽管这种差异极其微小,但一旦出现,uo=UOH=+Uz。反之,当出现时,uo=UOL=-Uz。所以,uo不可能居于其它中间值。设t=0(电源接通时刻)，电容两端电压uC=0,滞回比较器输出电压uo=+Uz,则集成运放同相输入端电位为第7页第八章 波形产生电路与变换电路 此时,输出电压uo=+Uz对电容充电,使由零逐步上升。在等于以前,uo=+Uz不变。当时输出电压uo从高电平+Uz跳变为低电平-Uz。当uo=-Uz时,集成运放同相输入端电位也随之发生跳变,其值为同时电容器经R放电,使逐步下降。在等于以前,不变,当时,uo从-Uz跳变为+Uz,也随之而跳变为,电容器C再次充电。如此周而复始,产生振荡,从uo输出矩形波，其波形如图8-4所表示。第8页第八章 波形产生电路与变换电路 图84矩形波产生电路波形图第9页第八章 波形产生电路与变换电路 2.振荡周期计算振荡周期计算 其中（8-4）第10页第八章 波形产生电路与变换电路 代入式(8-4)得同理求得第11页第八章 波形产生电路与变换电路 假如UOH|UOL|,则上述,T1T2,输出为矩形波。假如|UOH|=|UOL|,但充放,T1T2,那么输出也为矩形波。通常定义矩形波为高电平时间T2与周期T之比为占空比D,即第12页第八章 波形产生电路与变换电路 图85占空比可调电路第13页第八章 波形产生电路与变换电路 8.1.2 三角波产生电路三角波产生电路 图86三角波产生电路第14页第八章 波形产生电路与变换电路 1.工作原理工作原理 图87双运放非正弦波产生电路波形第15页第八章 波形产生电路与变换电路 2.计算计算(1)uo幅值计算。当时,对应uo值为输出三角波幅值Uom,即第16页第八章 波形产生电路与变换电路 当uo1=+Uz时当uo1=-Uz时（8-11）第17页第八章 波形产生电路与变换电路(2)振荡周期计算。由A2积分电路可求出振荡周期,其输出电压uo从-Uom上升到+Uom所需时间为T/2,所以得将式(8-11)代入,可得第18页第八章 波形产生电路与变换电路 8.1.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路 图88锯齿波产生电路第19页第八章 波形产生电路与变换电路 图图 8 9 锯齿波产生电路波形锯齿波产生电路波形 第20页第八章 波形产生电路与变换电路 锯齿波幅度和振荡周期与三角波相同。当时,对应uo值为当uo1=+Uz时当uo1=-Uz时第21页第八章 波形产生电路与变换电路 振荡周期为T=T1+T2,电容充电时间T1为则电容放电时间T2为第22页第八章 波形产生电路与变换电路 则故振荡周期为式中rd1、rd2为二极管VD1、VD2导通时电阻。第23页第八章 波形产生电路与变换电路 8.1.4 波形变换电路波形变换电路 波形变换电路功效是将一个形状波形变换成另一个形状波形,以适应各种不一样需要。第24页第八章 波形产生电路与变换电路 8.2 集成函数发生器集成函数发生器ICL8038介绍介绍*图图 8 10 ICL8038原理框图原理框图 第25页第八章 波形产生电路与变换电路 图图 8-11ICL8038管脚图管脚图(顶视图顶视图)第26页第八章 波形产生电路与变换电路 图图 8-12ICL8038基本接法基本接法 第27页第八章 波形产生电路与变换电路 上升时间t1为下降时间t2为所以振荡周期为振荡频率为第28页第八章 波形产生电路与变换电路 其中RA和RB阻值宜在范围内(“UCC-U”是管脚与管脚之间电压),且RB应小于2RA。当RA=RB时,管脚、和输出波形分别为矩形波、三角波和正弦波,振荡频率为。调整电位器RW可使正弦波失真度减小到1.5%以下。用100k电位器接成可变电阻形式代替图8-12中82k电阻,调整它也能够减小正弦波失真度。假如希望深入减小正弦波失真度,可用图8-13所表示调整电路,使正弦波失真度减小到0.5%左右。第29页第八章 波形产生电路与变换电路 图813频率可调和失真小函数发生器第30页第八章 波形产生电路与变换电路 图814扫描信号发生器(RA=RB)第31页第八章 波形产生电路与变换电路 8.3 正弦波产生电路正弦波产生电路 8.3.1 产生正弦波振荡条件产生正弦波振荡条件 图图8 15 正弦波产生电路基本结构正弦波产生电路基本结构 第32页第八章 波形产生电路与变换电路 正弦波发生电路基本结构是引入正反馈反馈网络和放大电路,如图8-15所表示。接成正反馈是产生振荡首要条件,又称为相位条件。为了使电路在没有外加信号时,就产生振荡,所以还要求电路在开环时满足即第33页第八章 波形产生电路与变换电路 正弦波产生电路普通应包含以下几个基本组成部分:(1)放大电路。(2)反馈网络。(3)选频网络。(4)稳幅电路。判断一个电路是否为正弦波振荡器,就看其组成是否含有上述四个部分。第34页第八章 波形产生电路与变换电路 判断振荡普通方法是:(1)是否满足相位条件,即电路是否为正反馈,只有满足相位条件才有可能振荡。(2)放大电路结构是否合理,有没有放大能力,静态工作点是否适当。(3)分析是否满足幅度条件,检验,若,则不可能振荡。,能振荡,但输出波形显著失真。,产生振荡。振荡稳定后。再加上稳幅办法,振荡稳定,而且输出波形失真小。第35页第八章 波形产生电路与变换电路 8.3.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 1.RC串并联网络选频特征串并联网络选频特征 图图 8 16 RC串并联网络及其高低频等效电路串并联网络及其高低频等效电路第36页第八章 波形产生电路与变换电路 当信号频率足够低时,可得到近似低频等效电路,如图8-16(b)所表示。它是一个超前网络。输出电压相位超前输入电压。当信号频率足够高时,其近似高频等效电路如图8-16(c)所表示。它是一个滞后网络。输出电压相位落后输入电压。所以能够断定,在高频与低频之间存在一个频率fo,其相位关系既不是超前也不是落后,输出电压与输入电压相位一致。这就是RC串并联网络选频特征。第37页第八章 波形产生电路与变换电路 整理后得由图8-16(a)可得第38页第八章 波形产生电路与变换电路 通常取R1=R2=R,C1=C2=C,则其中,即(8-23)式(8-23)所代表幅频特征为第39页第八章 波形产生电路与变换电路 相频特征为图图 8 17 RC串并联网络频率特征串并联网络频率特征 可见,当=o=1/RC时,到达最大值,且等于 1/3,而相移=0。第40页第八章 波形产生电路与变换电路 2.RC串并联网络正弦波振荡电路串并联网络正弦波振荡电路 图图 8 18 RC串并联网络正弦波振荡电路串并联网络正弦波振荡电路 第41页第八章 波形产生电路与变换电路 由RC串并联网络选频特征得知,在=o=1/RC时,其相移F=0,为了使振荡电路满足相位条件要求放大器相移A也为0(或360)。所以,放大电路可选取同相输入方式集成运算放大器或两级共射分立元件放大电路等。因为它是RC串并联网络选频特征,所以使信号经过闭合环路后,仅有=o信号才满足相位条件,所以,该电路振荡频率为o,从而确保了电路输出为单一频率正弦波。第42页第八章 波形产生电路与变换电路 为了使电路能振荡,还应满足起振条件,即要求而图8-18所表示反馈系数就是RC串并联网络传输系数,如式(8-23)所表示,即放大器放大倍数(8-27)第43页第八章 波形产生电路与变换电路 当=o时,因而按起振条件式(8-27),要求即比如,若Rf=20k,则取R1=10k,用 8.2 k电阻和4.7k电位器串联作为R1,这么便于调整,使之满足式(8-29)而起振。该电路振荡频率为第44页第八章 波形产生电路与变换电路 图819二极管稳幅电路RC串并联网络振荡电路第45页第八章 波形产生电路与变换电路 8.3.3LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 1.LC并联回路选频特征并联回路选频特征 图820LC并联电路第46页第八章 波形产生电路与变换电路 对于某个特定频率o,满足,即或第47页第八章 波形产生电路与变换电路 此时电路产生并联谐振,所以fo叫作谐振频率。谐振时,回路等效阻抗展现纯电阻性质,且到达最大值,称为谐振阻抗Zo,这时其中LC并联回路谐振时输入电流为第48页第八章 波形产生电路与变换电路 而流过电感电流为所以通常Q1,所以,即谐振时,LC并联电路回路电流比输入电流大得多,此时谐振回路外界影响可忽略。谐振时式(8-31)虚部为零,所以相移也为零。第49页第八章 波形产生电路与变换电路 图821LC并联回路频率特征第50页第八章 波形产生电路与变换电路 2.变压器反馈式变压器反馈式LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 图822变压器反馈式LC正弦波振荡电路第51页第八章 波形产生电路与变换电路 振荡起振幅值条件为,只要变压器匝数比设计恰当,普通都可满足幅值条件。在满足相位条件前提下仍不起振,可加、减变压器次级绕组匝数,使之振荡。当Q值较高时,振荡频率fo就等于LC并联回路谐振频率,即第52页第八章 波形产生电路与变换电路 3.三点式三点式LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 图图 8 23 三点式振荡电路三点式振荡电路 第53页第八章 波形产生电路与变换电路 电感三点式正弦波振荡电路振荡频率基本上等于LC并联电路谐振频率,即其中L是谐振回路等效电感,即电容三点式正弦波振荡电路振荡频率近似等于LC并联电路谐振频率,即对图8-23(c)、(d)第54页第八章 波形产生电路与变换电路 图图 8 24 电容三点式改进型正弦波振荡电路电容三点式改进型正弦波振荡电路 第55页第八章 波形产生电路与变换电路 在选取电容参数时,可使C1C,C2C,所以故 fo仅取决于电感L和电容C,与C1、C2和管子极间电容关系很小,所以振荡频率稳定度较高,其频率稳定度f/fo值可小于0.01%。第56页第八章 波形产生电路与变换电路 4.石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路1)石英晶体基本知识图图 8 25 石英晶体谐振器石英晶体谐振器 第57页第八章 波形产生电路与变换电路 从石英晶体谐振器等效电路可知,它有两个谐振频率,即当L、C、R支路发生谐振时,它等效阻抗最小(等于R)。串联谐振频率为当频率高于fs时,L、C、R支路呈感性,可与电容Co发生并联谐振,并联谐振频率为因为CCo,所以fs和fp非常靠近。第58页第八章 波形产生电路与变换电路 2)石英晶体振荡器石英晶体振荡器 图图 8-26 并联型石英晶体正弦波振荡电路并联型石英晶体正弦波振荡电路式中,因为,所以fofs,此时石英晶体阻抗呈感性。第59页第八章 波形产生电路与变换电路 图8-27串联型石英晶体正弦波振荡电路第60页