第八章 信號(hào)發(fā)生電路

1、南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路第八章 信號(hào)發(fā)生電路南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路8.1 8.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路8.2 8.2 電壓比較器電壓比較器8.3 8.3 非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路8.1 8.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路8.1.1 8.1.1 正弦波振蕩電路的工作原理正弦波振蕩電路的工作原理1 1 振蕩產(chǎn)生的基本原理振蕩產(chǎn)生的基本原理Xdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FXX 正弦波振蕩電路就是一個(gè)正弦波振蕩電路就是一個(gè)沒有輸入信號(hào)沒有輸入信號(hào)的的帶選帶選頻

2、網(wǎng)絡(luò)頻網(wǎng)絡(luò)的的正反饋正反饋放大電路。放大電路。n 自激振蕩自激振蕩在沒有外加輸入信號(hào)的條件下，電在沒有外加輸入信號(hào)的條件下，電路內(nèi)部自發(fā)的產(chǎn)生某些頻率路內(nèi)部自發(fā)的產(chǎn)生某些頻率n 和幅度的震蕩信號(hào)的現(xiàn)象。和幅度的震蕩信號(hào)的現(xiàn)象。需要需要選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)確定確定一個(gè)固定頻率一個(gè)固定頻率南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路自激振蕩的平衡條件自激振蕩的平衡條件平衡時(shí)要保證平衡時(shí)要保證uo不變，不變，則必有：則必有：fiUUufoUF U/uioUUA又因?yàn)椋河忠驗(yàn)椋? 2 振蕩的平衡條件振蕩的平衡條件Xdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FXX1uuA F可得：可得：1uuA

3、F1 1）振幅平衡條件）振幅平衡條件2(0,1,2,3,.)afnn2 2）相位平衡條件）相位平衡條件南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路3 3 起振條件起振條件結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩振幅起振條件：振幅起振條件：1|FA（略大于）（略大于）起振過程起振過程相位起振條件相位起振條件： 所引反饋為正反饋所引反饋為正反饋2afn1uuA Fuo三極管三極管進(jìn)入進(jìn)入非非線性區(qū)線性區(qū)| 1uuA Fu uo o不再增大，自激振蕩建立不再增大，自激振蕩建立 自激振蕩過程自激振蕩過程南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路振蕩頻率振蕩頻率f0由相位平衡條件決定。由相

4、位平衡條件決定。選頻網(wǎng)絡(luò)可設(shè)在選頻網(wǎng)絡(luò)可設(shè)在 中或中或 中。中。FA選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)由由RC元件元件或或LC元件元件組成。組成。低頻低頻1HZ 1MHZ高頻高頻1MHZ以上以上正弦波振蕩電路只在一個(gè)頻率下正弦波振蕩電路只在一個(gè)頻率下(f0)滿足滿足相位平衡條件。相位平衡條件。3 振蕩電路的振蕩頻率振蕩電路的振蕩頻率f0南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路1 RC選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性8.1.2 8.1.2 RC振蕩電路振蕩電路1(1/ j)ZRC2/ /(1/ j) ZRC.22.121uZUFZZU/ 1(1/)/ 1Rj RCRj CRj RC（） 11RRj

5、CjRCR113jRCRC令令0=1/RC0013uFj南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路00farctg3 幅頻特性幅頻特性: :相頻特性:0 f RC10 當(dāng)當(dāng)RCff: 210 即即1max3uF南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路2 RC橋式振蕩器的工作原理：橋式振蕩器的工作原理：電路包括：放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。電路包括：放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)放大電路放大電路文氏電橋等效電路文氏電橋等效電路南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路 RC橋式振蕩器的工作原理：橋式振蕩器的工作原理： 同相放大

6、器同相放大器RCff021 為滿足振蕩的幅度條件為滿足振蕩的幅度條件 ，所以，所以Af3。加入。加入Rf、R1支路，構(gòu)成串聯(lián)電壓負(fù)反饋。支路，構(gòu)成串聯(lián)電壓負(fù)反饋。FAfo13uVFVf113fRAR 當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)時(shí)：當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)時(shí)：3uA12FRR南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路 電路的穩(wěn)幅過程電路的穩(wěn)幅過程UO升高，升高，T，RF ，A，UO 起振時(shí)起振時(shí)RF2R1, 使使A3,易起振。易起振。當(dāng)當(dāng)Uo幅度自激增長達(dá)某幅度自激增長達(dá)某一值時(shí)，一值時(shí)， RF=2R1，A=3。當(dāng)當(dāng)Uo進(jìn)一步增大時(shí)，進(jìn)一步增大時(shí)， RF2R1 ,使使A3。半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)

7、體熱敏電阻（負(fù)溫度系數(shù)）（負(fù)溫度系數(shù)）南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)3 3 自穩(wěn)幅振蕩電路自穩(wěn)幅振蕩電路011.942ffkHzRC 振蕩頻率振蕩頻率 二極管作用二極管作用WRV1、V2、R3等效電阻為等效電阻為當(dāng)當(dāng)v0幅值很小時(shí)，幅值很小時(shí)， V1、V2接接近開路，近開路，RWR3。2213WVRRAR 當(dāng)當(dāng)v0幅值較大時(shí)，幅值較大時(shí)， V1或或V2導(dǎo)通，導(dǎo)通，RW減小，減小，Au下降。下降。U0 幅值趨與穩(wěn)定幅值趨與穩(wěn)定。電路起振電路起振改善波形，穩(wěn)定輸出改善波形，穩(wěn)定輸出南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路3 3 自穩(wěn)幅振蕩電路自穩(wěn)幅

8、振蕩電路WRV1、V2、R3等效電阻為等效電阻為 RP的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)輸出電壓的波形合幅度調(diào)節(jié)輸出電壓的波形合幅度為保證起振要求：為保證起振要求：2312RRR2132RRR即：即：為保證電路自動(dòng)穩(wěn)幅要求：為保證電路自動(dòng)穩(wěn)幅要求：212RR故：故：1321(2)2RRRR南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路 LC正弦波振蕩電路的構(gòu)成與正弦波振蕩電路的構(gòu)成與RC正弦波振蕩電正弦波振蕩電路相似，包括有放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)路相似，包括有放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路。絡(luò)和穩(wěn)幅電路。一、一、LC并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路:1()1rjLjCZrjLjC 通常通常rL L

9、LC 正弦振蕩正弦振蕩0011()1()LLCrCZjLjQC南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路3. 幅頻特性幅頻特性1. 諧振頻率諧振頻率 f0LCf210 LC 01 / L C Qr2. 品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q2200/|1()L rCZQ4. 相頻特性相頻特性00arctan()Q 0時(shí)時(shí)max0|/ZZL rCZ0：諧振電阻諧振電阻南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路1234初級(jí)線圈初級(jí)線圈次級(jí)線圈次級(jí)線圈同名端同名端1234+ 在在LC振蕩器中，反饋信號(hào)振蕩器中，反饋信號(hào)通過互感線圈引出通過互感線圈引出同名端：同名端：互感線圈的極性判別：互感線圈的極性

10、判別：1、LC正弦波振蕩器的幾點(diǎn)基本概念：正弦波振蕩器的幾點(diǎn)基本概念：-+uiLCfu三、變壓器反饋式振蕩電路三、變壓器反饋式振蕩電路南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路A. 若中間點(diǎn)交流接地，則首端與若中間點(diǎn)交流接地，則首端與尾端相位相反。尾端相位相反。C1C2首端首端尾端尾端中間端中間端L電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式C首端首端尾端尾端中間端中間端L1L2電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式中間端的瞬時(shí)電位一定在首、尾中間端的瞬時(shí)電位一定在首、尾端電位之間。端電位之間。三點(diǎn)的相位關(guān)系三點(diǎn)的相位關(guān)系:B. 若首端或尾端交流接地，則其若首端或尾端交流接地，則其他兩端相位相同。他兩端相位相同。南理工紫金學(xué)

11、院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路2、振蕩電路、振蕩電路工作原理：工作原理：三極管共射放大器。三極管共射放大器。利用互感線圈的同利用互感線圈的同名端：名端：180A180F360 AA 滿足相位條件。滿足相位條件。振蕩頻率振蕩頻率:LCf 210 LCLC并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路相位平衡法相位平衡法判斷相位條件判斷相位條件: 斷開反饋到放斷開反饋到放大器的輸入端點(diǎn)，大器的輸入端點(diǎn)，假設(shè)在輸入端加入假設(shè)在輸入端加入一正極性的信號(hào)，一正極性的信號(hào)，用用瞬時(shí)極性法判定瞬時(shí)極性法判定反饋信號(hào)的極性反饋信號(hào)的極性。若反饋信號(hào)與輸入若反饋信

12、號(hào)與輸入信號(hào)同相，則滿足信號(hào)同相，則滿足相位條件；否則不相位條件；否則不滿足。滿足。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路由由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)四、三點(diǎn)式四、三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩電路原理：原理：uf與與uo反相反相uuCLL12fouuo1LC2Lfuf與與uo同相同相電感三點(diǎn)式：電感三點(diǎn)式：電容三點(diǎn)式：電容三點(diǎn)式：uuf2o1CCLuf與與uo反相反相uuLCoC12fuf與與uo同相同相南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路振蕩頻率：振蕩頻率：CMLLLCf)2(2121210 （ +）（ +）（ -）（1）電感三點(diǎn)式）電感三

13、點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩電路-哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器(hartley)南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路（2） 電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩電路振蕩頻率：振蕩頻率：212102121CCCCLLCf V2eRRRb1CCcceb2c1RbCCL（ +）（ +）（ -）-科皮茲振蕩器科皮茲振蕩器(Colpitts)南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路8.2 8.2 電壓比較器電壓比較器8.2.1 8.2.1 單限電壓比較器單限電壓比較器8.2.2 8.2.2 遲滯比較器遲滯比較器8.2.3 8.2.3 窗口比較器窗口比較器8.2.4 8.2.4 集成電壓比

14、較器集成電壓比較器南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路 將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一參考電壓參考電壓相比較，輸出一定的高低電平。相比較，輸出一定的高低電平。功能：功能：特性：特性： 運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)uPuN時(shí)，u0= UOM 只滿足虛斷，只滿足虛斷，不滿足虛短不滿足虛短的條件的條件uuOu南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路1 1 過零比較器過零比較器8.2.1 8.2.1 、單限電壓比較器、單限電壓比較器uI0時(shí)，UOH= -UOMuI 0時(shí)，UOL= UOM南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電

15、子線路例：已知輸入信號(hào)波形如圖，畫出輸出電壓的波形例：已知輸入信號(hào)波形如圖，畫出輸出電壓的波形iuttouMUOMUO南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路OvIuOUZUREFUZ2. 2. 單限電壓比較器單限電壓比較器 uIUREF時(shí)，UOL= UZUT=UREF定義定義門限電壓門限電壓UT同相輸入同相輸入單限單限電壓比較器電壓比較器 傳輸特性傳輸特性 南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路OvIvOVZVREFVZ反相輸入反相輸入單限電壓比較器單限電壓比較器 2. 2. 單限電壓比較器單限電壓比較器 南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路iut1

16、0V-10V5V例：已知輸入信號(hào)波形如圖，畫出輸出電壓的波形例：已知輸入信號(hào)波形如圖，畫出輸出電壓的波形南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路例：電路如圖，已知ui=Uimsinwt，且RCT/2，畫出UO1、UO2和UO3的波形，設(shè)集成運(yùn)放的最大 輸出電壓為UOPP ui t uo2 t UOPP -2UOPP uo3 t UOPP 8+uiuo1uo2uo3RLRC uo1 t UOPP -UOPP 南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路實(shí)例：街燈控制應(yīng)用電路實(shí)例：街燈控制應(yīng)用電路iuRU光檢測電路15V-15VCCV繼電器開關(guān)街燈光線保護(hù)作用：防止三極保護(hù)作用

17、：防止三極管發(fā)射結(jié)反偏擊穿管發(fā)射結(jié)反偏擊穿在夜晚，在夜晚，uiUR集集成運(yùn)放的輸出成運(yùn)放的輸出接近于接近于-15V-15V，三極管截止，三極管截止，繼電器中的電繼電器中的電流為流為0 0，開關(guān)斷，開關(guān)斷開，街燈關(guān)閉。開，街燈關(guān)閉。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路8.2.2 8.2.2 遲滯比較器遲滯比較器 ( (施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器) ) OuIuOUTHUTLUZ UZ傳輸特性傳輸特性工作原理工作原理:(1)uI足夠小足夠小: 設(shè)設(shè) UOH = + UZ , 當(dāng)當(dāng)uIUTH時(shí)時(shí),UOL = - UZ111212OHREFTHRURUURRRR111212OLREFTL

18、RURUURRRR反相遲滯反相遲滯比較器比較器 南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路傳輸特性傳輸特性O(shè)uIuOVTHUTLUZUZ門限電壓的求法：門限電壓的求法：求出求出ui相連的集成運(yùn)放端口電壓相連的集成運(yùn)放端口電壓(uN或或uP)的表達(dá)的表達(dá)式，當(dāng)輸出狀態(tài)變化時(shí)，與集成運(yùn)放另一端電壓式，當(dāng)輸出狀態(tài)變化時(shí)，與集成運(yùn)放另一端電壓(uP或或uN) 相等相等, 此時(shí)的輸入電壓此時(shí)的輸入電壓uI即為門限電壓即為門限電壓UTH和和UTL 。112()THTLOHOLRUUUUURR門限寬度或門限寬度或回差電壓回差電壓同相型遲滯比較器同相型遲滯比較器: :南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬

19、電子線路模擬電子線路tuiUTHUTLtuoUom-Uom例：例：設(shè)輸入為正弦波設(shè)輸入為正弦波, 畫出輸出的波形。畫出輸出的波形。+uoRR2R1uIV+南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路例：例：R1=40k，R2=10k ，R=8k ，UZ=6V，UREF=3V。畫出傳輸特性；當(dāng)輸入電壓。畫出傳輸特性；當(dāng)輸入電壓uI的波形如的波形如圖所示時(shí)，畫出輸出電壓圖所示時(shí)，畫出輸出電壓uO的波形。的波形。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路該電路在實(shí)際應(yīng)用中常該電路在實(shí)際應(yīng)用中常會(huì)出現(xiàn)噪聲光源，如在會(huì)出現(xiàn)噪聲光源，如在很短時(shí)間內(nèi)云層引起的很短時(shí)間內(nèi)云層引起的光密度的脈

20、動(dòng)。輸出就光密度的脈動(dòng)。輸出就會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。RUtiutou實(shí)例：街燈控制應(yīng)用電路實(shí)例：街燈控制應(yīng)用電路南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路實(shí)例：街燈控制應(yīng)用電路實(shí)例：街燈控制應(yīng)用電路南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路8.2.3 8.2.3 窗口比較器窗口比較器ouiuLUHU南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路8.3 8.3 非正弦波發(fā)生器非正弦波發(fā)生器8.3.1 8.3.1 方波發(fā)生電路方波發(fā)生電路8.3.2 8.3.2 三角波和鋸齒波發(fā)生電路三角波和鋸齒波發(fā)生電路南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路8.3.1 8.3.1 方波發(fā)生器方波發(fā)生器1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)由滯回比較電路和由滯回比較電路和RC定時(shí)電路構(gòu)成定時(shí)電路構(gòu)成2T12HZRUURR2T12HZRUURR 門限電壓門限電壓:u+-A+2R1R3RZDOR ucCuc南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路 +UZvo0t - UZT2、工作原理：、工作原理：(1)設(shè)設(shè) uo = + UZ , (2)當(dāng)當(dāng)uo= -UZ 時(shí)，時(shí)，00ctu設(shè)0THuU0cu uo = + UZuo向向C充電充電cuu時(shí)時(shí),uo=-UZ0TLuU0cu uo = - UZC向向uo放電放電cuu時(shí)時(shí)