第7章信號(hào)產(chǎn)生電路

1、信號(hào)產(chǎn)生電路信號(hào)產(chǎn)生電路正弦波振蕩電路的工作原理正弦波振蕩電路的工作原理RC 正弦振蕩正弦振蕩LC 正弦振蕩正弦振蕩信號(hào)產(chǎn)生電路信號(hào)產(chǎn)生電路( (振蕩器振蕩器Oscillators) )分類：分類：正弦波振蕩正弦波振蕩非正弦波振蕩：非正弦波振蕩：RC 振蕩器振蕩器( (1 kHz 數(shù)百數(shù)百 kHz) )LC 振蕩器振蕩器( (幾百幾百 kHz 以上以上) )石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器( (頻率穩(wěn)定度高頻率穩(wěn)定度高) )方波、方波、 三角波、三角波、鋸齒波等鋸齒波等主要性主要性要求能：要求能：輸出信號(hào)的輸出信號(hào)的幅度準(zhǔn)確穩(wěn)定幅度準(zhǔn)確穩(wěn)定輸出信號(hào)的輸出信號(hào)的頻率準(zhǔn)確穩(wěn)定頻率準(zhǔn)確穩(wěn)定7.1.1 正

2、弦波振蕩電路的工作原理正弦波振蕩電路的工作原理一、振蕩條件一、振蕩條件放大器放大器反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)UiAuFuUoUfRL微弱的電擾動(dòng)中，某一頻微弱的電擾動(dòng)中，某一頻率成分通過(guò)正反饋逐漸放率成分通過(guò)正反饋逐漸放大，則產(chǎn)生正弦振蕩。大，則產(chǎn)生正弦振蕩。;ioUUAu ;ofUUFu 1 uuFA 振幅平衡條件振幅平衡條件2 FAAFn 相位平衡條件相位平衡條件n = 0, 1, 2, 1 uuFA振蕩條件振蕩條件二、起振條件起振條件起振條件起振條件 iouuAu ofuuFu 2AFn 放大器放大器Au反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FuUoUfUi 1/FuAu = 1/FuOuiuoAuuoAu Fu 1A

3、u Fu 3，穩(wěn)幅后，穩(wěn)幅后 Au = 3。正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù) )/1(1fuffRRART二極管穩(wěn)幅二極管穩(wěn)幅8R1R2oUV1V2R312.4 k R2 8.1 k 起振時(shí)信號(hào)小，二極管電阻大起振時(shí)信號(hào)小，二極管電阻大Au 1 + (R2+ R3)/R1 3R2 2R1 R3起振后二極管電阻逐漸減小，起振后二極管電阻逐漸減小， Au 1 + R2/R1 = 3為使失真?。簽槭故д嫘。?R2 2R1f0 = 1.94 kHzRCf 2108.2 k 6.2 k 22 k 4.3 k 0.01 F8.2 k 0.01 F二、二、RC 移相式振蕩電路移相式振蕩電路8CRRf

4、RoUCRC一節(jié)一節(jié) RC 環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)移相移相 90 二節(jié)二節(jié) RC 環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)移相移相 180 三節(jié)三節(jié) RC 環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)移相移相 270 RCf6210 對(duì)于對(duì)于的信號(hào)的信號(hào)， 180F 180A 0 AF 滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：選頻特性差，輸出波形差選頻特性差，輸出波形差7.1.3 LC 振蕩電路振蕩電路類型：類型：變壓器反饋式變壓器反饋式 、 電感三點(diǎn)式、電感三點(diǎn)式、 電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式一、變壓器反饋式一、變壓器反饋式 LC 振蕩電路振蕩電路LrCIs.L 的等的等效損耗效損耗電阻電阻)j(j1)j(j1LrCLrCZ )1( j1/Crr

5、LrCL 1. 諧振頻率諧振頻率 f0 1 0，LC LCf210 2. 諧振阻抗諧振阻抗 Z0rCLZ 03. 回路品質(zhì)因數(shù)回路品質(zhì)因數(shù) Q CLrCrrLQ1100 CQLQZ00 0 0( (一一) ) LC 并聯(lián)回路的特性并聯(lián)回路的特性Z4. 頻率特性頻率特性)1( j1/rCrLrCLZ )/(j1000ffffQZ 0Z Z 0 Q 大大Q 小小 0 f90 90Q 增大增大幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性5. 并聯(lián)諧振的本質(zhì)并聯(lián)諧振的本質(zhì) 電流諧振電流諧振L Lu uC Cr r + +i ii iL Li iC C1) ) Z = Z0 呈純阻呈純阻2)2)形成形成環(huán)流環(huán)流，大

6、小是總電流的，大小是總電流的 Q Q 倍倍IQILLQIZZIILLC 000CLII I IC CI IL LU UI I( (二二) )變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路L LC C+VCCVRERB1RB2C CE EC CB B180 A 180 F 0 AF 滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件LCf 210二、三點(diǎn)式二、三點(diǎn)式 LC 振蕩電路振蕩電路( (一一) ) 電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式 振蕩電路振蕩電路C C+VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL L1 1L L2 2C C1 1 )2(2121210CMLLLCf 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：易起振易起振( (L 間

7、耦合緊間耦合緊) )；易調(diào)節(jié)易調(diào)節(jié)( (C 可調(diào)可調(diào)) )。輸出取自電感，對(duì)輸出取自電感，對(duì)高次諧波阻抗大高次諧波阻抗大，輸出波形差。輸出波形差。M123oUiUfU( (二二) ) 電容三點(diǎn)式振蕩電路電容三點(diǎn)式振蕩電路考畢茲振蕩器考畢茲振蕩器( (Colpitts) )LCCCCLCf212102121 優(yōu)點(diǎn)：波形較好優(yōu)點(diǎn)：波形較好缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：2) ) V 極間電容影響極間電容影響 f01) ) 調(diào)頻時(shí)易停振調(diào)頻時(shí)易停振克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器( (Clapp) ) 3211111CCCC 31C 212130LCLCf +VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL LC C1 1C

8、 C2 2123L LC3改進(jìn)改進(jìn)oUiUfU三、石英晶體三、石英晶體( (Crystal) )振蕩電路振蕩電路( (一一) )石英晶體諧振器的阻抗特性石英晶體諧振器的阻抗特性1. 結(jié)構(gòu)和符號(hào)結(jié)構(gòu)和符號(hào)化學(xué)成分化學(xué)成分 SiO2結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)晶片晶片涂銀層涂銀層焊點(diǎn)焊點(diǎn)符號(hào)符號(hào)2. 壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)形變形變形變形變機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)壓電諧振壓電諧振外加交變外加交變電壓的頻率等電壓的頻率等于晶體固有頻于晶體固有頻率時(shí)，機(jī)械振率時(shí)，機(jī)械振動(dòng)幅度急劇加動(dòng)幅度急劇加大的現(xiàn)象。大的現(xiàn)象。3. 等效電路等效電路rqC0CqLqCo 晶片靜態(tài)電容晶片靜態(tài)電容( (幾幾 幾十幾十 pF) )Lq 晶體的動(dòng)態(tài)電感晶體的

9、動(dòng)態(tài)電感( (10 3 102 H) )( (大大) )Cq 晶體的動(dòng)態(tài)電容晶體的動(dòng)態(tài)電容( ( 0.1 pF) )( (小小) )rq 等效摩擦損耗電阻等效摩擦損耗電阻( (小小) ) 1qqqCLrQ 4. 頻率特性和諧振頻率頻率特性和諧振頻率fXfPfS容性容性感性 21 qqSCLf 21 q0q0qPCCCCLf 1 0qSCCf 5. 使用注意使用注意1) )要要接接一定的負(fù)載電容一定的負(fù)載電容 CL( (微調(diào)微調(diào)) )，以以達(dá)標(biāo)稱頻率。達(dá)標(biāo)稱頻率。2) )要有合適的激勵(lì)電平。過(guò)大會(huì)影響頻率穩(wěn)定度、要有合適的激勵(lì)電平。過(guò)大會(huì)影響頻率穩(wěn)定度、 振壞晶片；過(guò)小會(huì)使噪聲影響大，還能停振。

10、振壞晶片；過(guò)小會(huì)使噪聲影響大，還能停振。( (二二) )石英晶體諧振電路石英晶體諧振電路1. 串聯(lián)型串聯(lián)型 f = fs，晶體，晶體呈純阻呈純阻+VCCVRERB1RB2C CB BL LC C2. 并聯(lián)型并聯(lián)型fs f I01電子開(kāi)關(guān) 當(dāng)當(dāng) Q = 0，S 斷開(kāi)，斷開(kāi)， C 充電充電 (I01) 至至 2/3VCCQ = 1當(dāng)當(dāng) Q = 1，S 閉合，閉合，C 放電放電 (I02 I01) 至至 1/3VCCQ = 0當(dāng)當(dāng) I02 = 2I01，引腳，引腳 9 輸出方波，引腳輸出方波，引腳 3 輸出三角波；輸出三角波；當(dāng)當(dāng) I02 2I01，引腳引腳 9 輸出矩形波，引腳輸出矩形波，引腳 3 輸出鋸齒波。輸出鋸齒波。1. 原理原理88+VCCRRRRSCI01I02uC VEE或地或地QQ反相器反相器電壓跟隨器電壓跟隨器正弦波變換器正弦波變換器2. 應(yīng)用應(yīng)用12345678ICL8038141312111091314正弦波正弦波失真度調(diào)整失真度調(diào)整正弦波失正弦波失真度調(diào)整真度調(diào)整正弦波輸出正弦波輸出三