第六章 波形发生与变换电路

第六章 波形发生与变换电路〖本章主要内容〗1、在模拟电子电路中测试信号和控制信号；2、自激振荡的概念；3、正弦波振荡电路所产生的自激振荡和负反馈放大电路中所产生的自激振荡的区别；正弦波振荡电路中选频网络的组成；4、正弦波振荡的条件，正弦波振荡电路的组成；5、矩形波发生电路原理及组成；6、矩形波、三角波和锯齿波发生电路的原理及组成；7、电压-电流转换电路、精密整流电路和电压-频率转换电路的组成和工作原理；〖本章学时分配〗本章分为3讲，每讲2学时。

第二十二讲 非正弦波发生器一、主要内容1、方波发生器 1）电路结构方波发生器是由滞回比较器和RC 定时电路构成的，电路见教材P375图8.39(a)所示。

2） 工作原理及波形分析电源刚接通时，设Uc=0，Uo=+Uz21Z2P ,R R U R U +=所以,电容C 充电，Uc 升高。

当N C U U =≥P U 时，Z o U U -=，所以21Z2P R R UR U +-=，电容C 放电，Uc 下降。

当N O U U =≤P U 时，Z O U U +=，返回初态。

如此周而复始产生振荡。

电路输出波形见教材P375图8.39(b)所示。

由于充电和放电时间常数相同，故输出Uo 的高低电平宽度相等，故为方波发生器。

3） 振荡周期方波的周期Ｔ用过渡过程公式可以方便地求出)21ln(2123R R C R T +=4）电路特点 改变R 3、C 及R 2/R 1的比值，可改变周期T 。

2、占空比可调的矩形波电路 1）电路结构显然，为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C 的充电和放电时间常数。

占空比可调的矩形波电路见教材P374图8.38（a ）所示。

2）工作原理及波形分析 C 充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管D 1、R 3；C 放电时，放电电流经R 3、二极管D 2、电位器的下半部。

由于充、放电时间常数不同，这样就得到了矩形波电路。

其输出波形见教材P374图8.38（b ）所示。

3）振荡周期占空比为：2111τττ+=TT 。

其中：时间常数： ()τ111=++R r R Cw 'd ，()τ221=-++R R r R Cw w 'd R’w 是电位器中点到上端的电阻，和是二极管导D 1、D 2的导通电阻。

控制τ1和τ2的比值即可得到输出高低电平宽度不同的波形。

振荡周期：)21ln()2(21321R R C R R T T T W ++≈+=4） 电路特点 通过调节R w ，可改变输出波形的占空比。

3、三角波发生器 1）电路结构三角波发生器的电路见教材P376图8.40(a)所示。

它是由滞回比较器和积分器闭环组合而成的。

积分器的输出反馈给滞回比较器，作为滞回比较器的U REF 。

2）工作原理及波形分析当U O1=+U Z 时,则电容C 充电, 同时U O 按线性逐渐下降，当使A 1的U p 略低于U N 时，U O1 从+U Z 跳变为-U Z 。

在U 01= —U Z 后，电容C 开始放电，Uo 按线性上升，当使A 1的Up 略大于零时，U 01 从—Uz 跳变为+Uz ，如此周而复始，产生振荡。

Uo 的上升、下降时间相等，斜率绝对值也相等，故Uo 为三角波。

其输出波形见教材P376图8.40(b)所示 输出峰值m o U ：正向峰值Z 21m o U R R U =，负向峰值Z 21m o U R R U -=。

3） 振荡周期由m o 2/03Z2d 1u t R u C T =⎰振荡周期：213Z m o 344R CR R U U CR T ==4）电路特点 通过改变R 3、C 及R 1/R 2的比值，可改变振荡周期T 。

4、锯齿波发生器 1）电路结构锯齿波发生器的电路见教材P379图8.43（a ）所示，显然为了获得锯齿波，应改变积分器的充、放电时间常数。

2）工作原理及波形分析电路工作原理是利用二极管的单向导电性，使积分电路中充电和放电的回路不同。

锯齿波电路的波形图见教材P379图8.43（b ）所示。

3）振荡周期和占空比振荡周期C R R R R T W )2(2321+=占空比 W R R R T T +=33212 4）电路特点调整R 1和R 2的阻值可改变锯齿波的幅值；调整R 1、R 2和Rw 的阻值及C 的大小，可以改变振荡周期；调整电位器滑动端的位置，可以改变输出波形的占空比，以及锯齿波上升和下降的斜率。

二、本讲重点1、方波发生器2、三角波发生器三、本讲难点1、 三角波变锯齿波电路2、 三角波变正弦波电路。

四、教学组织过程讲授五、课后习题见相应章节的“习题指导”。

第二十三讲 正弦波发生电路一、主要内容1、 产生正弦波的条件和正弦波振荡电路的组成 1) 电路振荡的物理原因：本质上与负反馈放大器的振荡相同。

若反馈信号与放大器净输人信号同相等幅，因而净输人信号靠反馈信号得以维持，则即使外加输人信号为零，输出也不会消失。

2）振荡的条件：if V V &&=， 即：相位条件——同相，幅值条件——等幅。

用开环频率特性表示的振荡条件：幅度平衡条件 |..F A |=1相位平衡条件 ϕAF = ϕA +ϕF = ±2n π 3） 正弦波振荡电路的组成和类型正弦波振荡电路由以下四部分组成：放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅电路。

其中放大电路保证电路能够在起振到动态平衡的过程中、使电路获得一定幅值的输出量；，放大电路和正反馈网络共同满足振荡的条件；选频网络实现单一频率振荡，选频网络往往由R 、C 和L 、C 等电抗性元件组成；反馈网络与选频网络可以是两个独立的网络，也可以合二为一。

稳幅电路使输出信号幅值稳定，一般采用非线性环节限幅。

4）正弦波振荡电路分析方法和步骤：（1）观察电路是否是否包含振荡电路的四部分组成；（2）判断放大电路正常工作，即是否有合适的静态工作点，且动态信号是否能够输入和输出和放大；（3）判断电路能否振荡关键是相位。

若相位条件不满足，则电路肯定不是正弦波振荡器。

相位平衡条件是判断振荡电路能否振荡的基本条件。

可用瞬时极性判断方法。

（4）估算振荡频率振荡电路的振荡频率f O 是由相位平衡条件决定的。

对RC 选频网络，由网络频率特性求出f O ；对LC 选频网络，由谐振回路总电抗为零估算出f O 。

（5）分析起振条件（幅值条件）欲使振荡电路能自行起振，须满足｜AF|＞1的幅值条件。

， （6）稳幅与稳频稳幅是指“起振→增幅→等幅”的振荡建立过程，也就是从|AF|＞1到达| AF|=1（稳定）的过程。

稳幅的办法可采用非线性元件来自动调节反馈的强弱以维持输出电压恒定。

稳频是指维持输出信号频率恒定。

可以采取提高回路Q 值，尽且减小回路损耗的办法稳频。

2、RC 正弦波振荡电路1） RC 串并联选频网络的频率响应 电路见教材P342图8.5。

推导有：谐振角频率和谐振频率分别为：RC 10=ω， RC f π210=幅频特性： =.F 20022002)(31)(31||ωωωω-=-=++f f f f F &相频特性：)(31arctg 00F f f f f--=φ当f=f 0时的反馈系数=.F13，即31.=fU &且与频率f 0的大小无关，此时的相角ϕF =0︒。

2）RC 文氏桥振荡电路（1）RC 文氏桥振荡电路的构成RC 文氏桥振荡器的电路如图所示，RC 串并联网络是正反馈网络，另外还增加了R f 和R 1负反馈网络。

、RC 串并联网络与R f 和R 1负反馈支路正好构成一个桥路，称为文氏桥。

为满足振荡的幅度条件 |A F ..|=1，所以A f ≥3。

加入R f 和R 1支路，构成串联电压负反馈。

311f ≥+=R R A f （2）RC 文氏桥振荡电路的稳幅过程RC 文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠非线性元件，如热敏电阻实现的。

上图R 1是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R 1上所加的电压升高，即温度升高，R 1阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。

若热敏电阻是负温度系数，应放置在R f 的位置。

采用反并联二极管的稳幅电路见教材P394，图8.1.8所示。

电路的电压增益为1f f +1=R r R A dv +式中 R”p 是电位器上半部的电阻值，R’p 是电位器下半部的电阻值。

R’3= R 3 // R D ，R D是并联二极管的等效平均电阻值。

当V o 大时，二极管支路的交流电流较大，R D 较小，A v f 较小，于是V o 下降。

由图(b)可看出，二极管工作在C 、D 点所对应的等效电阻，小于工作在A 、B 点所对应的等效电阻，所以输出幅度小。

二极管工作在A 、B 点，电路的增益较大，引起增幅过程。

当输出幅度大到一定程度，增益下降，最后达到稳定幅度的目的。

（3）频率可调的RC 桥正弦波振荡电路调整方法：在RC 串、并联网络中，用双层波段开关接不同电容，实现振荡频率的f o粗调，用同轴电位器实现振荡频率的微调，见教材P395，图8.1.9所示。

可调频率范围从几HZ 至几KHZ 。

3、LC 正弦波振荡电路1）LC 并联谐振电路的频率特性LC 并联谐振电路如图（a ）所示。

并联谐振曲线如图（b ）所示(a)LC 并联谐振电路 (b) 并联谐振曲线谐振时： 0100=-C L ωω 谐振频率：LC f π210=并联谐振电路的品质因数：()CR R L I I I I Q 00C L /1///ωω==== 并联谐振电路的谐振阻抗C L Q C Q L Q RC L Z ====000ωω谐振时，LC 并联谐振电路相当一个电阻。

2）变压器反馈式LC 振荡电路变压器反馈LC 振荡电路如图所示。

LC 并联谐振电路作为三极管的负载，反馈线圈Ｌ2与电感线圈Ｌ相耦合，将反馈信号送入三极管的输入回路。

交换反馈线圈的两个线头，可改变反馈的极性。

调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，以使正反馈的幅度条件得以满足。

图 变压器反馈LC 振荡电路变压器反馈LC 振荡电路的振荡频率与并联LC 谐振电路相同，为：LC f π210=3）电感三点式LC 振荡电路图示为电感三点式LC 振荡电路。

电感线圈L 1和L 2是一个线圈，2点是中间抽头。

如果设某个瞬间集电极电流减小，线圈上的瞬时极性如图所示。

反馈到发射极的极性对地为正。

图中三极管是共基极接法，所以使发射结的净输入减小，集电极电流减小，符合正反馈的相位条件。

图（b ）是共射极接法电感三点式LC 振荡电路。

图（a ）共基极电感三点式LC 振荡电路 图（b ）共射极电感三点式LC 振荡电路分析三点式LC 振荡电路下方法：将谐振回路的阻抗折算到三极管的各个电极之间，有Z be 、Z ce 、Z cb 。