波形產(chǎn)生與變換是電子技術(shù)中廣泛使用的電路。波形產(chǎn)生電路：在無(wú)外加輸入信號(hào)的情況下，能自動(dòng)產(chǎn)生一定波形、一定頻率和幅值的交流信號(hào)。波形變換電路：能把外加輸入信號(hào)的波形變換成指定的適合于系統(tǒng)應(yīng)用和處理的波形。波形產(chǎn)生電路正弦波產(chǎn)生電路：廣泛應(yīng)用于通訊、廣播、電視等系統(tǒng)。非正弦波產(chǎn)生電路：如矩形波、三角波、鋸齒波。廣泛應(yīng)用于測(cè)量設(shè)備、數(shù)字系統(tǒng)和自控系統(tǒng)。1當(dāng)前第1頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)波形的產(chǎn)生與變換正弦波振蕩電路電壓比較器非正弦波振蕩電路2當(dāng)前第2頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路的工作原理RC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路石英晶體振蕩器3當(dāng)前第3頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)6.1正弦波振蕩電路的工作原理在振蕩電路中，是利用正反饋產(chǎn)生自激振蕩。但正反饋的引入只是為振蕩提供了必要條件，而非充分條件。1、正弦波振蕩電路產(chǎn)生振蕩的條件若，則環(huán)路輸出可得到持續(xù)穩(wěn)定的正弦波。4當(dāng)前第4頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)由得——正弦波振蕩電路產(chǎn)生振蕩的條件

幅度平衡條件：相位平衡條件：注意：負(fù)反饋放大器的自激條件為與上式差一負(fù)號(hào)，這是由于輸入端規(guī)定的反饋信號(hào)正方向不同所造成的。5當(dāng)前第5頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)2、振蕩的建立和穩(wěn)定1）起振實(shí)際振蕩電路不需外部激勵(lì)信號(hào)，以內(nèi)部噪聲或外部干擾作輸入信號(hào)，經(jīng)放大后再反饋，周而復(fù)始使電路開(kāi)始振蕩。2）選頻為了得到頻率為fo的正弦振蕩，可用選頻網(wǎng)絡(luò)從噪聲和干擾中選出頻率為fo的成分，并使整個(gè)振蕩電路只對(duì)fo滿足等幅振蕩條件。3）穩(wěn)幅從噪聲和干擾中選出的fo分量幅度很小，起振過(guò)程應(yīng)使振蕩電路增幅振蕩，即當(dāng)幅度足夠大后，再繼續(xù)增幅，將出現(xiàn)非線性失真，則需振蕩器幅度穩(wěn)定。故在振蕩電路中要有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。6當(dāng)前第6頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)3、電路組成

放大電路正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅電路按組成選頻網(wǎng)絡(luò)的元件不同：

RC正弦波振蕩電路

LC正弦波振蕩電路石英晶體正弦波振蕩電路4、正弦波振蕩電路的分類正弦波振蕩電路應(yīng)具備下述四個(gè)功能的部分組成：7當(dāng)前第7頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)

判斷電路能否振蕩一般要經(jīng)過(guò)以下幾步：1)檢查電路是否具有放大、反饋、選頻網(wǎng)絡(luò)三個(gè)組成部分。2)檢查放大器有無(wú)能穩(wěn)定工作點(diǎn)的偏置電路，放大器能否正常放大。3)分析是否滿足相位和振幅平衡條件。對(duì)于一般的振蕩電路來(lái)講，可以認(rèn)為振幅平衡條件是滿足的。只需判斷是否滿足相位平衡條件，即是否引入了正反饋。具體做法是：斷開(kāi)反饋信號(hào)至放大器的連接點(diǎn)，假設(shè)從該點(diǎn)引人輸入信號(hào)Vi，極性為+，根據(jù)放大器的相位關(guān)系來(lái)判斷所得反饋信號(hào)Vf的極性。如果Vf的極性為+，即為正反饋，滿足相位平衡條件，電路可以產(chǎn)生振蕩；如果Vf的極性為-，即為負(fù)反饋，不滿足相位平衡條件，電路就不能產(chǎn)生振蕩。8當(dāng)前第8頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)6.2RC正弦波振蕩電路1、文氏電橋（RC串并聯(lián)）振蕩器同相比例放大電路Z1、Z2、R3

與R4形成四個(gè)橋臂RC選頻網(wǎng)絡(luò)，兼正反饋網(wǎng)絡(luò)9當(dāng)前第9頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)1）RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性10當(dāng)前第10頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)幅頻特性：相頻特性：當(dāng)ω=ωo時(shí)，電路達(dá)到諧振，電路呈“電阻性”，此時(shí)幅值最大11當(dāng)前第11頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)2）起振條件及振蕩頻率RC網(wǎng)絡(luò)諧振時(shí)滿足自激振蕩的相位平衡條件。振蕩頻率：由同相放大電路：由幅度起振條件：由選頻網(wǎng)絡(luò)可知，諧振時(shí)：或12當(dāng)前第12頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)3）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)

為了改善振蕩波形，一般采用外穩(wěn)幅電路。UoIR4PR4TR4R4Uo也可采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻作R3。R4采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻，可起穩(wěn)幅作用13當(dāng)前第13頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)2、RC移相式正弦波振蕩器移相網(wǎng)絡(luò)采用RC移相器（最大移相90）。超前移相滯后移相反相放大電路在通頻帶內(nèi)的移相為180。三節(jié)RC電路為移相兼反饋網(wǎng)絡(luò)，對(duì)某一頻率可實(shí)現(xiàn)180相移，從而滿足振蕩條件。振蕩頻率：14當(dāng)前第14頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：選頻作用較差；頻率調(diào)節(jié)不方便；輸出波形較差。一般用于振蕩頻率固定且穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。15當(dāng)前第15頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)結(jié)論：RC正弦波振蕩器只能用作低頻振蕩器。振蕩頻率的范圍：1Hz~幾MHz例如，橋式振蕩器。選R=1kΩ，C=200pF，則fo=796HzRC正弦波振蕩器的振蕩頻率取決于R、C的數(shù)值。若提高振蕩頻率fo

，必須選擇較小的R和C值。foR基本放大電路的負(fù)載加重；C受到管子結(jié)電容和分布電容的限制。當(dāng)振蕩頻率高于1MHz時(shí)，采用LC正弦波振蕩器。16當(dāng)前第16頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)6.3LC正弦波振蕩電路LC選頻電路變壓器反饋式振蕩電路電感反饋式（電感三點(diǎn)式）振蕩電路電容反饋式（電容三點(diǎn)式）振蕩電路17當(dāng)前第17頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)一般R<<ωL，則1、LC并聯(lián)諧振電路的選頻特性18當(dāng)前第18頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)諧振頻率諧振時(shí)Z為純電阻性品質(zhì)因數(shù)Q值越大，選頻特性越好，諧振時(shí)阻抗越大。19當(dāng)前第19頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)2、變壓器反饋式振蕩電路1）組成三極管的負(fù)載并作選頻網(wǎng)絡(luò)共射放大電路反饋線圈L2。將反饋信號(hào)送入放大器輸入端。交換反饋線圈的兩個(gè)線頭，可使反饋極性反相。調(diào)整反饋線圈的匝數(shù)可以改變反饋信號(hào)的強(qiáng)度。阻抗變換20當(dāng)前第20頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)2）起振條件和振蕩頻率

在諧振頻率fo處滿足相位平衡條件。振蕩頻率約為諧振頻率幅度起振條件：

只要選擇合適的變壓器匝數(shù)比，都能滿足幅度起振條件。相位起振條件：21當(dāng)前第21頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

1）只要改變LC并聯(lián)諧振電路的電容C，即可改變振蕩頻率，故適于制作頻率可調(diào)的振蕩器。2）選擇適當(dāng)?shù)淖儔浩髟驯萵或互感M，使電路容易起振

3）選擇適當(dāng)?shù)淖儔浩髟驯龋蛇m應(yīng)不同負(fù)載的要求。缺點(diǎn)：振蕩頻率不宜太高，一般在100MHz以下。22當(dāng)前第22頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)3、電感反饋式振蕩電路（電感三點(diǎn)式）1）組成共射放大電路三極管的負(fù)載并作選頻網(wǎng)絡(luò)反饋元件23當(dāng)前第23頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)注意：分析三點(diǎn)式LC振蕩電路時(shí)：

由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)A.若中間點(diǎn)交流接地，則首端與尾端相位相反。三點(diǎn)式LC并聯(lián)電路:

中間端的瞬時(shí)電位一定在首、尾端電位之間。三點(diǎn)的相位關(guān)系B.若首端或尾端交流接地，則其他兩端相位相同。24當(dāng)前第24頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)2）起振條件和振蕩頻率電路在LC并聯(lián)回路諧振時(shí)，滿足相位平衡條件。振蕩頻率即為諧振頻率：25當(dāng)前第25頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)4、電容反饋式振蕩電路（電容三點(diǎn)式）1）組成三極管的負(fù)載并作選頻網(wǎng)絡(luò)反饋元件共射放大電路26當(dāng)前第26頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)2）起振條件和振蕩頻率

電路在LC并聯(lián)回路諧振時(shí)，滿足相位平衡條件。振蕩頻率即為諧振頻率：27當(dāng)前第27頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)6.4石英晶體振蕩器

工程技術(shù)中，常要求振蕩器的振蕩頻率十分穩(wěn)定。如通訊系統(tǒng)中的射頻振蕩器，數(shù)字系統(tǒng)中的時(shí)鐘發(fā)生器。

頻率穩(wěn)定度：衡量振蕩頻率穩(wěn)定程度的質(zhì)量指標(biāo)。定義為在特定時(shí)間內(nèi)頻率的相對(duì)變化量f/fo。

LC振蕩電路中Q值對(duì)頻率穩(wěn)定度有較大影響，Q增大，f穩(wěn)定度提高。1、正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問(wèn)題RC電路中不穩(wěn)定電容C（分布電容、雜散電容）影響。L體積，R（線圈損耗）且分布電容C。28當(dāng)前第28頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)石英晶體具有很高的Q值及等效L/C值，由石英晶體組成的振蕩器其頻率穩(wěn)定度可達(dá)106~108。2、石英晶體的特性與等效電路1）結(jié)構(gòu)引線晶片敷銀層2）壓電效應(yīng)和壓電諧振壓電效應(yīng)：當(dāng)石英晶片的兩電極間加一電場(chǎng)，晶片會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變；反之，機(jī)械力又會(huì)在晶片上產(chǎn)生電場(chǎng)。壓電諧振：當(dāng)某一特定頻率的交變電壓作用于晶片時(shí)，能使晶片的機(jī)械振幅最大。29當(dāng)前第29頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)3）等效電路與阻抗特性

石英晶體的壓電諧振可用LC回路的電參數(shù)來(lái)模擬。晶體不振動(dòng)時(shí)，視為平板電容Co：靜態(tài)電容，很小，幾pF～幾十pF振動(dòng)時(shí)用LC振蕩電路模擬L：模擬機(jī)械振動(dòng)的慣性，幾十mH～幾百mHC：模擬晶片彈性，0.0002～0.1pFR：模擬振動(dòng)的摩擦損耗，約100Ω

Q值可達(dá)106。30當(dāng)前第30頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)4）阻抗特性

當(dāng)f=fs時(shí)，LCR支路發(fā)生串聯(lián)諧振，等效阻抗最小(zo=R)。由于1/ωCo>>R，故近似認(rèn)為石英晶體對(duì)于fs

呈純阻性。

當(dāng)f>fs時(shí)，LCR支路呈感性，與Co產(chǎn)生并聯(lián)諧振，等效為很大的純電阻。串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率31當(dāng)前第31頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)1）串聯(lián)型利用f=fs時(shí)，石英晶體呈純阻性，相移為0的特性構(gòu)成。2）并聯(lián)型當(dāng)頻率在fs與fp之間（fs≈fp

），石英晶體相當(dāng)于電感。3、石英晶體正弦波振蕩電路若首端或尾端交流接地，則其他兩端相位相同32當(dāng)前第32頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)§6.5電壓比較器

比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的電路。其輸出表示比較結(jié)果，只有兩種可能的狀態(tài)：高電平或低電平。

比較器的輸入信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，而輸出信號(hào)則是高、低電平。所以，比較器可作為模擬電路和數(shù)字電路的“接口”，廣泛地應(yīng)用于A/D變換、數(shù)字儀表、自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)等技術(shù)領(lǐng)域，此外還可以用于非正弦波形的產(chǎn)生和變換電路。33當(dāng)前第33頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)

比較器可用通用的集成運(yùn)放組成，也可采用專用集成比較器。常用的比較器類型有：?jiǎn)伍T(mén)限比較器、遲滯(滯回)比較器、窗口比較器等。

由集成運(yùn)放構(gòu)成的比較器，運(yùn)放通常工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)或者引入正反饋，此時(shí)運(yùn)放工作在非線性區(qū)。虛斷：i＋＝i－＝0u＋>u－時(shí)，uo＝Uom或uo＝UZu＋<u－時(shí)，uo＝－Uom或uo＝－UZ34當(dāng)前第34頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)6.5.1單門(mén)限比較器1、過(guò)零比較器1）工作原理當(dāng)ui≤0時(shí)，uo=+Uom；當(dāng)ui≥0時(shí)，uo=Uom；運(yùn)放開(kāi)環(huán)工作。ui與u+相比較。電壓傳輸特性波形變換35當(dāng)前第35頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)2）門(mén)限電壓(閾值）

當(dāng)比較器的輸出電壓由一種狀態(tài)跳變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時(shí)相對(duì)應(yīng)的輸入電壓稱門(mén)限電壓UT。門(mén)限電壓UT=0如何求門(mén)限值?

列出集成運(yùn)放同相輸入端（u＋）和反相輸入端（u－）電位的表達(dá)式，令它們相等，求出的輸入電壓即為閾值電壓。36當(dāng)前第36頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)3）帶限幅的比較器輸出電壓幅度限制在某一范圍。37當(dāng)前第37頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)令u－=u+若即u+<u-則uo=Uz若即u+>u-則uo=+Uz2、任意電平比較器38當(dāng)前第38頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)

單門(mén)限比較器只有一個(gè)門(mén)限電壓（又稱為閾值），當(dāng)輸入電壓越過(guò)該門(mén)限電壓時(shí)，輸出電壓發(fā)生跳變。特點(diǎn):

電路簡(jiǎn)單、靈敏度高。小結(jié):39當(dāng)前第39頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)

單門(mén)限比較器的抗干擾能力差

當(dāng)輸入信號(hào)在參考電壓附近時(shí)，如果輸入信號(hào)還沒(méi)有變化時(shí)，出現(xiàn)干擾信號(hào)，這個(gè)干擾信號(hào)就有可能使比較器翻轉(zhuǎn)，出現(xiàn)不希望的誤動(dòng)作。

輸入信號(hào)在參考電壓附近變化也會(huì)導(dǎo)致頻繁動(dòng)作！

解決方法：采用遲滯比較器。40當(dāng)前第40頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)

6.5.2遲滯比較器1、電路結(jié)構(gòu)及工作原理令得門(mén)限電壓：正反饋？？uiuo0UT+UZ-UZUT?ΔUT稱為門(mén)限寬度（回差）41當(dāng)前第41頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)UT與Uz、R2和Rf有關(guān)，與UREF無(wú)關(guān)。UT靈敏度抗干擾能力特點(diǎn)：uiUT時(shí)，比較器不翻轉(zhuǎn)。uiuo0UT+UZ-UZUT?42當(dāng)前第42頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)單門(mén)限比較器滯回比較器43當(dāng)前第43頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)小結(jié)遲滯比較器有滯回特性。有兩個(gè)閾值，當(dāng)輸入電壓向單一方向變化時(shí)輸出僅躍變一次。uiuo0UT+UZ-UZUT?44當(dāng)前第44頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)如何繪制電壓傳輸特性曲線？電壓傳輸特性具有三個(gè)要素：輸出高、低電平，閾值電壓，輸入電壓過(guò)閾值電壓時(shí)輸出電壓的躍變方向。已知：集成運(yùn)放的最大輸出電壓Uom＝±15V，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ=±6V。45當(dāng)前第45頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)

輸出高、低電平：取決于集成運(yùn)放輸出電壓的最大幅值或輸出端限幅穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。輸入電壓過(guò)閾值電壓時(shí)輸出電壓的躍變方向決定于輸入電壓是作用于集成運(yùn)放的反相輸入端還是同相輸入端。若為前者，則輸入電壓大于閾值電壓時(shí)輸出為低電平。若為后者，則輸入電壓大于閾值電壓時(shí)輸出為高電平。閾值電壓：列出集成運(yùn)放同相輸入端（u＋）和反相輸入端（u－）電位的表達(dá)式，令它們相等，求出的輸入電壓即為閾值電壓。46當(dāng)前第46頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)已知：集成運(yùn)放的最大輸出電壓Uom＝±15V，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ=±6V。47當(dāng)前第47頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)6.5.3窗口比較器1、電路結(jié)構(gòu)

用于判斷輸入電平是否處于兩個(gè)已知電壓之間的電壓比較器，常用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、故障檢測(cè)系統(tǒng)等場(chǎng)合。48當(dāng)前第48頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)

當(dāng)ui＞UH時(shí)，uo1為高電平，D1導(dǎo)通；uo2為低電平,D2截止，uo=uo1。

當(dāng)ui＜UL時(shí)，uo2為高電平，D2導(dǎo)通；uo1為低電平，D1截止，uo=uo2。

當(dāng)UH＞ui＞UL時(shí)，uo1為低電平，uo2為低電平，D1、D2截止，uo為低電平。49當(dāng)前第49頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)6.6非正弦波振蕩電路方波發(fā)生電路三角波發(fā)生電路鋸齒波發(fā)生電路50當(dāng)前第50頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)6.6.1方波發(fā)生電路

比較器的輸出電壓經(jīng)一定延時(shí)，饋送作為比較器的輸入電壓，使比較器自行翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生方波輸出。1、電路組成RC積分電路延時(shí)兼反饋遲滯比較器開(kāi)關(guān)電路限流電阻51當(dāng)前第51頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)2、工作原理設(shè)t=0時(shí)，uo=+Uz，

uC=0門(mén)限電平UZ經(jīng)R向C充電uC按指數(shù)規(guī)律當(dāng)uC

UT+時(shí)uo跳變?yōu)?UZ此時(shí)C經(jīng)R放電uC按指數(shù)規(guī)律當(dāng)uC

UT-時(shí)uo又上跳到UZ52當(dāng)前第52頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，輸出方波。53當(dāng)前第53頁(yè)\共有61頁(yè)\編于星期二\8點(diǎn)3、振蕩周期電容充放電過(guò)程中，uc的變化規(guī)律如下：把