第9章波形发生电路和集成运放的非线性应用

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1、9.1 9.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路第第9 9章波形发生电路和集成运放的非线性应章波形发生电路和集成运放的非线性应用用9.2 9.2 电压比较电路电压比较电路9.3 9.3 非正弦波发生电路非正弦波发生电路1作业作业：作业： 9-5，9-19， 9-22，9-24自测：自测：9-4， 9-6，9-7，9-9， 9-10，9-232本章的重点：本章的重点： 正弦波振荡电路的组成及振荡条件的判断。正弦波振荡电路的组成及振荡条件的判断。 桥式桥式RC正弦波振荡电路的组成和工作原理。正弦波振荡电路的组成和工作原理。 LC正弦波振荡电路的组成和工作原理。正弦波振荡电路的组成和工作原理。 比较器电

2、压传输特性的分析方法。比较器电压传输特性的分析方法。 矩形波、三角波、锯齿波振荡电路的波形分析。矩形波、三角波、锯齿波振荡电路的波形分析。重点与难点重点与难点3 本章所讲述的电路具有一定的综合性，既含本章所讲述的电路具有一定的综合性，既含有集成运放工作在线性区的积分运算电路，又含有集成运放工作在线性区的积分运算电路，又含有集成运放工作在非线性区的滞回比较器，因而有集成运放工作在非线性区的滞回比较器，因而给学习带来一定的困难。给学习带来一定的困难。重点与难点重点与难点49.1 9.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路第第9 9章章 9.19.19. 1. 1 概述概述 由第由第7 7章可知，负反馈放

3、大电路在一定的条件章可知，负反馈放大电路在一定的条件下可能产生自激振荡，使放大电路不能正常工作。下可能产生自激振荡，使放大电路不能正常工作。所谓所谓自激振荡自激振荡是指：即使放大电路的输入端不加是指：即使放大电路的输入端不加信号，它的输出端也会出现某一频率和幅度的波信号，它的输出端也会出现某一频率和幅度的波形。也就是说，形。也就是说，在这个频率点上，负反馈电路已在这个频率点上，负反馈电路已经转变为经转变为正反馈正反馈电路。电路。 5第第9 9章章 9.19.1 正弦波发生电路的正弦波发生电路的框图如图框图如图9 91 1所示。所示。 图图9 91 1 正弦波发生电路的框图正弦波发生电路的框图是

4、电路的输入信号是电路的输入信号 iX是电路的净输入信号是电路的净输入信号 idX是电路的反馈信号是电路的反馈信号 fX是电路的输出信号是电路的输出信号 oX在正弦波发生电路中，人为地接成正反馈。在正弦波发生电路中，人为地接成正反馈。 6第第9 9章章 9.19.1正弦波发生电路的框图正弦波发生电路的框图1AF fidXXididAFXX正弦波发生电路中能维持正弦波发生电路中能维持等幅自激振荡的平衡条件等幅自激振荡的平衡条件79.1.1 概述幅值条件幅值条件和和相位条件相位条件: :为整数nnAFFA2189.1.1 9.1.1 概述概述1.1.正反馈（相位条件）：正反馈（相位条件）： 2. 2

5、. 起振的幅值条件起振的幅值条件： nFAAF21AF92.2.正弦波发生电路的组成部分正弦波发生电路的组成部分 正弦波发生电路一般由以下四个基本部分组成：正弦波发生电路一般由以下四个基本部分组成：1) 1) 放大电路；放大电路；2) 2) 引入正反馈的反馈网络；引入正反馈的反馈网络；3) 3) 选频网络；选频网络；4) 4) 稳幅环节。稳幅环节。在很多正弦波发生电路中，正反馈网络和选频在很多正弦波发生电路中，正反馈网络和选频网络实际上是同一个网络。网络实际上是同一个网络。103.3.正弦波发生电路的分析方法正弦波发生电路的分析方法（1 1）分析电路的）分析电路的组成组成是否包含放大、反馈、选

6、是否包含放大、反馈、选频和稳幅等基本环节；频和稳幅等基本环节；（2 2）分析）分析放大电路放大电路能否正常工作，是否有合能否正常工作，是否有合适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输出和放大；出和放大；11（3 3）检查电路能否满足自激条件；）检查电路能否满足自激条件； 1 1） 关键在于检查关键在于检查相位平衡条件，相位平衡条件，采用瞬时极采用瞬时极性法进行判断性法进行判断。 2 2） 检查幅值平衡条件。检查幅值平衡条件。 （4 4）估算振荡频率）估算振荡频率 （ ），它取决于选频网络参数。），它取决于选频网络参数。0f0121 1） RCRC正弦波发

7、生电路正弦波发生电路2 2） LCLC正弦波发生电路正弦波发生电路3 3）石英正弦波发生电路）石英正弦波发生电路 RCRC正弦波发生电路振荡频率较低，一般在正弦波发生电路振荡频率较低，一般在1MHz1MHz以下；以下；LCLC正弦波发生电路的振荡频率都在正弦波发生电路的振荡频率都在1MHz1MHz以上；以上； 石英晶体正弦波发生电路也可等效为石英晶体正弦波发生电路也可等效为LCLC正弦波发生电正弦波发生电路，其特点是振荡频率十分稳定。路，其特点是振荡频率十分稳定。 正弦波发生电路分类正弦波发生电路分类139.1.2 RC9.1.2 RC正弦波发生电路正弦波发生电路 根据结构的不同，根据结构的不

8、同，RCRC正弦波发生电路又可分正弦波发生电路又可分为为RCRC串串/ /并联电路式（桥式）、移相式和双并联电路式（桥式）、移相式和双T T电电路式等类型，最常见的是路式等类型，最常见的是RCRC串串/ /并联电路式。并联电路式。 1 1RCRC串串/ /并联电路的选频特性并联电路的选频特性 RCRC串联、并联网络既是反馈串联、并联网络既是反馈网络又是选频网络。网络又是选频网络。 14)1()1 (112212112CRCRjRRCCUUofF 通常取通常取 ， ，有，有 RRR21CCC21)(3100jFRC100电路的特征角频率电路的特征角频率电路输出电压与输入电压的关系为电路输出电压与

9、输入电压的关系为15200)(91F相频特性为：相频特性为： 3)(00arctgF)(3100jFF的幅频特性为的幅频特性为16RCRC串并联网络的频率特性串并联网络的频率特性 时，时， 0 0FRC10F F幅值最大，其幅值最大，其值为值为1/3 1/3 200)(91F3)(00arctgF172 2 RCRC桥式正弦波发生电路桥式正弦波发生电路（1 1）电路组成）电路组成 利用利用RCRC串、并联电路和串、并联电路和同相比例运算电路可构成同相比例运算电路可构成RCRC桥式正弦波发生电路桥式正弦波发生电路。 RCRC桥式正弦波发生电路桥式正弦波发生电路 图中集成运放和电阻图中集成运放和电

10、阻RF、R构成同相比例构成同相比例放大电路放大电路。 18RC桥式桥式192 2 RCRC桥式正弦波发生电路桥式正弦波发生电路RCRC桥式正弦波发生电路桥式正弦波发生电路 RC RC串、并联电路为集成串、并联电路为集成运放引入了另一个反馈，运放引入了另一个反馈，这个电路这个电路既是选频网络又既是选频网络又是反馈网络是反馈网络。 202 2 RCRC桥式正弦波发生电路桥式正弦波发生电路（2 2）振荡条件和起振条件）振荡条件和起振条件1) 1) 产生振荡的相位平衡条件产生振荡的相位平衡条件 端引入端引入正反馈正反馈。 )(fU（利用瞬时极性法分析）（利用瞬时极性法分析）所以电路满足产生振荡的相位平

11、衡条件。所以电路满足产生振荡的相位平衡条件。 212 2 RCRC桥式正弦波发生电路桥式正弦波发生电路2 2 产生振荡的起振条件和幅产生振荡的起振条件和幅值平衡条件值平衡条件同相比例电路电同相比例电路电压增益为：压增益为： 1RRAFu已知当已知当 时，时， 。 031F起振条件为起振条件为 1AF2RRF222 2 RCRC桥式正弦波发生电路桥式正弦波发生电路（3 3）振荡的稳幅和稳频）振荡的稳幅和稳频1) 1) 振荡幅值的稳定振荡幅值的稳定 对于实际的正弦波发生电路，电源电压、温度、对于实际的正弦波发生电路，电源电压、温度、湿度等外界因素的变化将导致晶体管和电路元件湿度等外界因素的变化将导