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电子技术. 模拟电路部分. 第七章 波形发生电路. 第七章 波形发生电路. §7.1 方波发生器 §7.2 三角波发生器 §7.3 锯齿波发生器 §7.4 压频转换 §7.5 正弦波发生器. §7.1 方波发生器. u c. R. –. +. C. －. +. u o. +. R 1. R 2. 一、电路结构. 下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端。. 上下门限电压：. u c. U +H. u c. R. –. +. t. C. 0. －. +. u o. +. - PowerPoint PPT Presentation
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(7-1)
电子技术
第七章
波形发生电路
模拟电路部分
(7-2)
第七章 波形发生电路§7.1 方波发生器§7.2 三角波发生器§7.3 锯齿波发生器§7.4 压频转换§7.5 正弦波发生器
(7-3)
一、电路结构
omH URR
RU
21
1
omL U
RR
RU
21
1
上下门限电压：
下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端。
－
++
R
R1
R2
C
+uc
uo
–
§7.1 方波发生器
(7-4)
二、工作原理1. 设 uo = + UOM
此时，输出给 C 充电 !则： u+=UH
0t
uo
UOM
-UOM
U+H
uc
0t
一旦 uc > UH , 就有 u- > u+ ,
在 uc < UH 时，u- < u+ ,
uo 保持 + UOM 不变；
uo 立即由＋ UOM 变成－ UOM
－
++
R
R1
R2
C
+uc
uo
–
(7-5)
此时， C 经输出端放电。
2. 当 uo = -UOM 时， u+=UL
uc 降到 UL 时， uo 上翻。
UH
uc
t
UL
当 uo 重新回到＋ UOM 以后，电路又进入另一个周期性的变化。
－
++
R
R1
R2
C
+uc
uo
–
(7-6)
0
UH
uc
t
UL
UOM
uo
0t
- UOMT
输出波形：
－
++
R
R1
R2
C
+uc
uo
–
(7-7)
RC 电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。下行迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的
转换。
－
++
R
R1
R2
C
+uc
uo
–
方波发生器各部分的作用：
(7-8)
三、周期与频率的计算
RC
t
OMLOMc eUUUtu
)()(
f=1/T
)2
1ln(22
1
R
RRCT
RC
t
OMHOMc eUUUtu
)()(
uc 上升阶段表示式 :
uc 下降阶段表示式 :
uc
0
UH
t
UL
T1 T2
RC
T
OMLOMH eUUUU2
)(
RC
T
OMHOML eUUUU1
)(
)2
1ln(2
121 R
RRCTT
OMLH URR
RUU
21
1
(7-9)
方波发生器电路的改进：
－
++
R
R1
R2
C
+uc
uo
–
－
++
R
R1
R2
C
+uc
uo
UZ
–
(7-10)
思考题：点 b 是电位器 RW 的中点，点 a 和点 c 是 b 的上方和下方的某点 。试定性画出点电位器可动端分别处于 a 、 b 、 c 三点时的 uo - uc 相对应的波形图。
－
- +
++
RW
R1
R2
C
uc
uo
D1
D2
ab
c
(7-11)
反向积分电路方波发生器
电路一：方波发生器 矩形波积分电路三角波
－+
+
R
R1
R2
C
+uc
-
++
R
R2
C
uo
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。
§7.2 三角波发生器
(7-12)
tuRC
u oo d1
1
－+
+
R
R1
R2
C
+uc
-
++
R
R2
C
uouo1
uo
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 R 、 C 决定。
0
uo1
tUom
-Uom
(7-13)
电路二：电路一的改型
－
++
－
++
A1 A2
uo
uo1
R02
R01
R
C
R2R1
反向积分电路
上行迟滞比较器
特点：由上行的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。
(7-14)
－+
+uo
R
R2R1
ui
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
上行的迟滞比较器回顾 :
omH UR
RU
2
1
omL UR
RU
2
1
上下门限电压：
(7-15)
回顾 :
反相积分器
tuRC
u io d1
ui-
++
R
R2
C
uo
ui=-U
ui=+U
t
uo
0
+Uom
-Uom
(7-16)
omH UR
RU
2
1 omL UR
RU
2
1
－
++
－
++
A1 A2
uo
uo1
R02
R01
R
C
R2R1
0
0
uo1
t
＋ UOM
－ UOM
uo
tUH
UL
tuRC
u oo d1
1
(7-17)
周期和频率的计算：
t
uo
UH
UL
T
－
++
－
++
A1 A2
uo
uo1
R02
R01
R
C
R2R1
RCR
Rf
1
2
4
2
14
R
RCRT
T1 T2
LH
T
OM UUtURC
1
0d
1
HL
T
OM UUtURC
2
0d
1
TTT 5.021
om
T
OM UR
RtU
RC 2
15.0
02d
1
(7-18)
电路三：是电路二的改型电路
调整电位器 RW 可以使三角波上下移动。即给纯交流的三角波叠加了一个直流分量。
+E
-E
RW
－
++
－
++A1 A2
uo
uo1
R02
R01
R
C
R2R1
(7-19)
t
uo
T1 T2
-－
++
R2R1
++
R´
R2
C
uo
R + –
T1 时间段，电容 C 通过 R´ 放电T2 时间段，电容 C 通过 R 充电
充放电的 时间 T1 、 T2 可通过 R 、 R' 调整。当 R'=0 时，则为锯齿波发生器。
电路四：是电路二的改进电路
uo1 被嵌位于 ±Uz
(7-20)
uo
t
-－
++
R2R1
++
R4
C
uo
R + –
R3
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。
co uu
uc
t
§7.3 锯齿波发生器
(7-21)
-－
++
R2R1
++
R4
C
uo
R + –
R3
Z
T
Z UR
RtU
RC 2
1
02d
1
2
12
R
RCRT
(7-22)
ZH UR
RU
2
1ZL UR
RU
2
1 |ui | <UZ
－
++
R2R1
ui
-
++
R3
C
uo
R
A1 A2
uo1
D1
D2
co uu
把锯齿波发生器积分电路的充电电压由 uo1 变为 ui ，则锯齿波发生器转变为压频转换电路。即输出 uo
的频率由输入电压 ui 的大小决定。
§7.4 压频转换
(7-23)
设 uo1=+UZ ，则 D2 截止， D1 导通， ui 给电容 C 充电， uo 下降，当 uo 下降到 U+L 时 uo1 翻转到 -UZ ，这时， D1 截止， D2 导通，电容 C 快速放电， uo 上升，当uo 上升到 U+H 时 uo1 翻转到 +UZ 。如此周期变化。 uo 为锯齿波。
工作原理：
－
++
R2R1
ui
-
++
R3
C
uo
R
A1 A2
uo1
D1
D2
uc
co uu
t
ucUH
UL
uo
t
UL
UH
(7-24)
－
++
R2R1
ui
-
++
R3
C
uo
R
A1 A2
uo1
D1
D2
由电路的工作情况可知：
改变电压 ui
uo 的频率变化
充电电压变化
因此，称该电路为压频转换电路。
t
ucUH
UL
充电时间变化
(7-25)
由工作原理可知， uo 在 U+L 、 U+H 之间变化：
TuRC
UR
RiZ
12
2
1
i
Z
u
URC
R
RT
2
12Z
i
U
u
R
R
RCf
1
2
2
1
－
++
R2R1
ui
-
++
R3
C
uo
R
A1 A2
uo1
D1
D2
ZUR
R
2
1ZUR
R
2
1
(7-26)
§7.5.1 产生自激振荡的原理
fid XXX
改成正反馈
只有正反馈电路才能产生自激振荡。
基本放大电路 Ao
反馈电路F
iX +
–
dX oX
fX
§7.5 正弦波发生器
(7-27)
如果： ,if XX
则去掉 ,iX 仍有信号输出。
基本放大电路 Ao
反馈电路F
dX oX
fX反馈信号代替了放大电路的输入信号。
基本放大电路 Ao
反馈电路F
iX +
+
dX oX
fX
(7-28)
自激振荡条件的推导
fid
of
doo
XXX
XFX
XAX
FA
A
X
XA
o
o
i
oF
1
基本放大电路 Ao
反馈电路F
iX +
–
dX oX
fX
(7-29)
FAo=1
自激振荡的条件
基本放大电路 Ao
反馈电路F
dX oX
fX
offd XFXXX ,
oodoo XFAXAX
(7-30)
FA
AA
o
oF
1
如果： Fo AFA :01 则
(1) 正反馈足够强 , 输入信号为 0 时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。
(2) 要获得非正弦自激振荡 , 反馈回路中必须有 RC 积分电路。例如：前面介绍的方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器等。
)()( FA 、
(3) 要获得正弦自激振荡 , 反馈回路中必须有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：
(7-31)
自激振荡的条件： 1)()( FA
因为： AAA ||)(FFF ||)(
所以，自激振荡条件也可以写成：
（ 1 ）振幅条件： 1|| AF
（ 2 ）相位条件： nFA 2 n 是整数
相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。
(7-32)
问题 1 ：如何启振？Uo 是振荡器的电压输出幅度， B 是要求输出的幅度。起振时 Uo=0 ，达到稳定振荡时 Uo=B 。
放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有 fo 分量。
选频网络：把 fo 分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：
|AF|>1 ，且 A+ B =2n ，即可起振。
(7-33)
问题 2 ：如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若 |AF| 仍大于 1 ，则输出将会饱和失真。
达到需要的幅值后，将参数调整为 AF=1，即可稳幅。
具体方法将在后面具体电路中介绍。
起振并能稳定振荡的条件：
1
1
1
AFBU
AFBU
AFBU
o
o
o
时，时，时，
(7-34)
§7.5.2 RC 振荡电路
用 RC 电路构成选频网络的振荡电路即所谓的 R
C 振荡电路，可选用的 RC 选频网络有多种，这里只介绍文氏桥选频电路。
R1
C1
R2 C2
iU
oU
一、选频电路
(7-35)
)1
(j)1(
1
1221
1
2
2
1
CRCR
CC
RRU
U
i
o
1221 2
12
CRfCRf
oo
时，相移为 0。
R1
C1
R2 C2
iU
oU
(7-36)
21212
1
CCRRfo
如果： R1=R2=R ， C1=C2=C ，则：RC
fo 21
)(j3
1
ff
ffU
U
o
o
i
o
)(3
1arctg
f
f
f
f o
o
22 )(3
1
ff
ffU
U
o
o
i
o
传递函数：
相频特性：
幅频特性： fof
i
o
U
U3
1
+90
–90f
0
(7-37)
二、用运放组成的 RC 振荡器
0A所以，要满足相位条件，只有在 fo
处 0F
因为：
1AF
12 2RR
uo
_
+
+
R2
R
C
R CR1
1
21R
RA
3
11
1
2 FR
RA
(7-38)
能自行启动的电路（ 1 ）
uo t Rt A
半导体热敏电阻
起振时， RT 略大于 2R1
，使 |AF|>1 ，以便起振；_
+
+
RT
R
C
R CR1
t
uo
起振后， uo 逐渐增大则RT 逐渐减小，使得输出uo 为某值时， |AF|=1 ，从而稳幅。
(7-39)
能自行启动的电路（ 2 ）
R22 为一小电阻，使 (R21+R22) 略大于 2R1 ， |AF|>1，以便起振；_
+
+
R21
R
C
CR1
R22
D1
D2
随着 uo 的增加， R22
逐渐被短接， A 自动下降到使 |AF|=1，使得输出 uo 稳定在某值。
(7-40)
输出频率的调整：RC
fo 21
通过调整 R 或 /和 C 来调整频率。
_
+
+
RF
uoR
C
CR
K
K
R1
R1
R2
R2
R3
R3C ：双联可调电
容，改变 C，用于细调振荡频率。
K ：双联波段开关，切换 R，用于粗调振荡频率。
(7-41)
电子琴的振荡电路电路：
212
1
RRCfo
_
+
+
RF1
uo
R1
C
CR
D1
D1
RF2
R28
R27
R26
R25
R24
R23
R22
R21
(7-42)
三、用分立元件组成的 RC 振荡器
R
C
R C
+UCC
R1
C2
C3
R3
R2
RE2
C1
RC2
T1
RE1
CE
T2
RC1
RF
+
+
+
+
–++
+
– ––
+
ube
RC 网络正反馈， RF 、 RE1组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。
(7-43)
§7.5.3 LC 振荡电路
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。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。本节只对 LC 振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。
首先介绍一下 LC 选频网络。
(7-44)
LCo
1
RC
LZo
iCL QIII
R
LQ o
LCfo 2
1
谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！
CL
RiUI
LI
(7-45)
++
–
–+
例 1 ：
正反馈
+UCC
C
C1
C2
频率由 LC谐振网络决定。
(7-46)
例 2 ：
正反馈
频率由 C 、 L1 、 L2谐振网络决定。
+UCC
C
C1
L1
L2
C2
uL1
uL2
uC
设 uB uC
uD uB
uL2
ube
uL1
D
(7-47)
例 3 ：
正反馈
设 uB uC uC1
uC2 uB
频率由 L 、 C1 、 C2 组成的谐振网络决定。
+UCC
C1
L
C2
A
B
C
+–
–+
uL
uC1
t
uC
t
uCi CC
d
d
d
d 22
11
uC1 减小时， uC2 如何变化？设 L 、 C1 、 C2 组成的谐振网络中的电流为 i ，则
ii
(7-48)
例 4 ：
正反馈
+UCC
C1
C2
设 uB uC
uE
ube
uA A
E
CB
ube +–
uC1
频率由 L 、 C1 、 C2 组成的谐振网络决定。
(7-49)
第七章 结束
电子技术模拟电路部分
