昆明理工大學(xué)模擬電路第七章 信號產(chǎn)生電路

7.1正弦波振蕩電路的振蕩條件第七章信號產(chǎn)生電路7.2RC正弦波振蕩電路7.3LC正弦波振蕩電路7.4非正弦信號產(chǎn)生電路17.1正弦波振蕩電路的振蕩條件信號產(chǎn)生電路(振蕩器—Oscillators)分類：正弦波振蕩:非正弦波振蕩：RC振蕩器(1kHz~數(shù)百kHz)LC振蕩器(幾百kHz以上)石英晶體振蕩器(頻率穩(wěn)定度高)方波、三角波、鋸齒波等主要性要求能：輸出信號的幅度準(zhǔn)確穩(wěn)定輸出信號的頻率準(zhǔn)確穩(wěn)定27.1正弦波振蕩電路的振蕩條件圖中Xd＝Xi＋Xf

如果Xi＝0而且Xf，Xd幅度相等相位相同時，電路將輸出一個穩(wěn)定的正弦波。A+F×由此知，振蕩條件為：Xf

＝Xd由以上方框圖可得：Xf

＝FXoXo

＝AXd由此產(chǎn)生正弦波振蕩的條件為：AF＝137.1正弦波振蕩電路的振蕩條件A+F×AF＝1微弱的電擾動中，某一頻率成分通過正反饋逐漸放大，則產(chǎn)生正弦振蕩?！?/p>

相位平衡條件n=0,1,2,??—

振幅平衡條件電路的回路增益等于1，相移為2π的整數(shù)倍，反饋網(wǎng)絡(luò)必須時正反饋。??振蕩電路達(dá)到并維持穩(wěn)幅振蕩的條件，滿足這一條件并不能使電路起振。??起振條件47.1正弦波振蕩電路的振蕩條件A+F×起振條件??

1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu

>1Au

Fu

<1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf

起振穩(wěn)幅57.1正弦波振蕩電路的振蕩條件振蕩電路初始信號的由來電路中出現(xiàn)微小的擾動例如接通電源所產(chǎn)生的電流沖擊，或者電子元件內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲電壓，都可以成為振蕩電路的初始信號。這些擾動信號包含有限寬的頻率成分，但只由f＝f0的頻率滿足相位平衡條件。振蕩電路具有“選擇頻率”的特性。振蕩電路的組成除了必須有放大，反饋兩部分外，還必須有“選頻網(wǎng)絡(luò)”。67.1正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波振蕩器電路組成（1）放大電路：保證放大信號，并向電路提供能量。（2）反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使之滿足相位和幅度平衡條件。（3）選頻網(wǎng)絡(luò)：選擇某一單一頻率，滿足起振條件，保證輸出為單一頻率的正弦波信號。（4）穩(wěn)幅措施的電路：保證正弦波振蕩器輸出具有穩(wěn)定幅度的正弦波信號。77.1正弦波振蕩電路的振蕩條件判斷是否振蕩的方法：（1）是否具有正弦波振蕩電路的幾個基本組成部分，是否滿足相位條件，電路是否為正反饋。（2）放大電路的結(jié)構(gòu)是否合理，有無放大能力，靜態(tài)工作點是否合適。（3）是否滿足幅度條件，檢驗|AF||AF|<1

不可能振蕩|AF|>>1

能振蕩，但輸出波形明顯失真。|AF|>1

能振蕩，加上穩(wěn)幅措施穩(wěn)定后|AF|=1，振蕩穩(wěn)定，輸出波形失真小。87.2RC正弦波振蕩電路一、RC串并聯(lián)電路的頻率特性（1）當(dāng)信號頻率足夠低時1/ωC1>>R1，1/ω

C2>>R2U2超前U1，電路近似等效為：（2）當(dāng)信號頻率足夠高時1/ωC1<<R1，1/ω

C2<<R2U2滯后U1，電路近似等效為：結(jié)論：在高頻與低頻之間存在一個頻率f0，其相位關(guān)系即不是超前也不是滯后，輸出電壓U2與輸入電壓U1相位一致。97.2RC正弦波振蕩電路0Fu

.0f90-90RC

串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)式中:0=1/RC當(dāng)=0

時Fu=1/3.=0o107.2RC正弦波振蕩電路二、RC串并聯(lián)橋式振蕩電路其放大電路為同相比例電路。反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)由串并聯(lián)電路組成。起振條件n=0,1,2,相位條件117.2RC正弦波振蕩電路三、振蕩電路穩(wěn)幅措施利用二極管和穩(wěn)壓管的非線性特性、場效應(yīng)管的可變電阻特性及熱敏電阻元件的非線性特性，自動的穩(wěn)定振蕩器輸出的幅度。為使電Au

為非線性，起振時，應(yīng)使Au>3，穩(wěn)幅后Au=3。Au=Uo/Ui=1+Rf/R1Rf為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RC振蕩電路特點（1）振蕩頻率取決于RC乘積，要求振蕩頻率較高時，RC值必然很小。（2）普通集成運放帶寬較窄，限制了振蕩頻率的提高。（3）工作頻率低，在1MHz以下。127.3LC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路是以LC諧振電路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路，常用來產(chǎn)生頻率較高的振蕩。一、LC并聯(lián)電路的頻率特性諧振時回路等效阻抗呈現(xiàn)純阻抗性質(zhì)，且達(dá)到最大值，稱諧振阻抗ZLrCIs.L的等效損耗電阻ZQ值稱為品質(zhì)因數(shù)，它是LC并聯(lián)電路的重要指標(biāo)。137.3LC正弦波振蕩電路Q表示諧振電路在工作過程中所儲藏的能量（儲藏在電抗中）與消耗的能量（消耗在電阻中）之比。損耗電阻R越小，Q值越大，Q的典型值約為幾十到幾百。LC并聯(lián)回路諧振時的輸入電流為流過電感L的電流為??通常Q>>1所以諧振時，LC并聯(lián)回路的回路電流比輸入電路大得多，此時諧振回路外界的影響可忽略。LrCI.L的等效損耗電阻Z147.3LC正弦波振蕩電路0Z

Z0Q大Q

小0f90o-90oQ

增大幅頻特性相頻特性結(jié)論：諧振時|Z|值最大，

=0。Q值越大，|Z|曲線越尖，曲線在ωo附件越陡，選頻特性越好，組成振蕩器時，頻率穩(wěn)定性越好。157.3LC正弦波振蕩電路二、變壓器反饋式振蕩電路振蕩電路的放大環(huán)節(jié)采用特征頻率高的分立的晶體管來實現(xiàn)，避免采用運放組件。產(chǎn)生頻率較高的正弦波。變壓器的原邊繞組L1和副邊繞組L2各有一端交流接地，其它兩端的相位關(guān)系是：若互為同名端，則相位相同若互為異名端，則相位相反這個電路的反饋是通過L1和L2之間的變壓器耦合來實現(xiàn)的。167.3LC正弦波振蕩電路反饋極性的判斷（1）在反饋信號的引入處假設(shè)一個輸入信號的瞬時極性，將反饋先斷開。如果反饋電壓Uf的極性與假設(shè)輸入信號的極性一致，則為正反饋，而且滿足相位條件的要求。如果不滿足，可十分方便的改變變壓器同名端的連接，使之滿足振蕩器的相位條件。（2）依次判別出電路各處的電壓極性。起振的振幅條件|Uf|>|Ui|只要變壓器的匝數(shù)比設(shè)計恰當(dāng)，一般都可滿足振蕩頻率177.3LC正弦波振蕩電路三、三點式LC振蕩電路把并聯(lián)LC回路中的C或L分成兩個，則LC回路就有三個端點。把這三個端點分別與三極管的三個極相連，就形成了LC三點式正弦波發(fā)生電路。它們又分為電感三點式和電容三點式兩類。LC三點式正弦波發(fā)生電路圖a）電感三點式b）電容三點式187.3LC正弦波振蕩電路1、電感三點式振蕩電路電感三點式正弦波振蕩電路中，電感的首端、中間抽頭、尾端三點中通常有一點交流接地，因此對于并聯(lián)諧振頻率而言，電感三個端點的相位關(guān)系有以下兩種情況。分析相位條件（1）若電感的中間抽頭交流接地，則首端與尾端的相位相反。（2）若電感的首端或尾端交流接地，則則電感其他兩個端點的相位相同。197.3LC正弦波振蕩電路1、電感三點式振蕩電路電感三點式正弦波振蕩電路幅值條件很容易滿足，只要滿足相位條件，即可起振。幅值條件是諧振回路的等效電感M是繞組N1與N2之間的互感正弦波振蕩電路振蕩頻率為振蕩條件207.3LC正弦波振蕩電路2、電容三點式振蕩電路反饋是從電容C2的下端（1端）接回到基極中去的，所以成為電容三點式振蕩電路，也叫考畢茲電路。由瞬時極性法判斷滿足相位條件相位條件電路參數(shù)合適，便可滿足幅值條件幅值條件振蕩頻率217.3LC正弦波振蕩電路（1）電容三點式電路由于其反饋電壓取自電容C2，反饋電壓中高次諧波分量較小，從而輸出波形較好。（2）電容三點式電路的反饋系數(shù)決定于兩個電容容抗的比值（F=XC2/XC1），調(diào)節(jié)振蕩頻率，電容三點式電路反饋系數(shù)就會隨著頻率改變而改變。電感三點式則沒有這個問題。改變C3，可改變電路的振蕩頻率。但不影響C1和C2的比值，不影響反饋系數(shù)。改進(jìn)電路電路特點這個電路的頻率調(diào)節(jié)范圍較小。227.3LC正弦波振蕩電路（1）首先通過直流通路檢查LC振蕩電路，確保晶體管正常工作所必需的直流工作條件。（3）用瞬時極性法判斷是否滿足相位平衡條件，判斷各點在同一瞬時對地的極性。LC正弦波振蕩電路注意問題：（2）把諧振回路中電容與作為耦合或旁路的電容區(qū)分開（4）振幅平衡條件，只要放大器有一定的放大倍數(shù)，通?？梢詽M足的。237.3LC正弦波振蕩電路石英晶體是一種各向異性的結(jié)晶體，化學(xué)成分是二氧化硅（SiO2）。從一塊晶體上按一定的方位角切下的薄片稱為晶片，在晶片的兩個對應(yīng)表面上涂敷銀層，并裝上一對金屬板，就構(gòu)成石英晶體產(chǎn)品，用金屬或玻璃殼封裝。四、石英晶體(Crystal)振蕩電路1.結(jié)構(gòu)和符號化學(xué)成分

SiO2結(jié)構(gòu)晶片涂銀層焊點符號247.3LC正弦波振蕩電路壓電效應(yīng)：在石英晶片兩級加一電壓，晶片就會產(chǎn)生機械變形。相反，在晶片上施加機械壓力，則在晶片相應(yīng)方向上會產(chǎn)生一定的電壓。2、石英晶體的電壓效應(yīng)及等效電路形變形變機械振動外力壓電諧振：外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時，機械振動幅度急劇加大的現(xiàn)象。257.3LC正弦波振蕩電路等效電路rqC0CqLqLq—晶體的動態(tài)電感(10-3~102H)(大)Cq

—晶體的動態(tài)電容(<0.1pF)(小)rq

—等效摩擦損耗電阻(小)Co—晶片靜態(tài)電容(幾~幾十pF)電路中L、C、R和C0等參數(shù)決定于晶片的幾何尺寸和切割方式。故電路的諧振頻率十分穩(wěn)定。267.3LC正弦波振蕩電路振蕩頻率RC0CL石英晶體有兩個振蕩頻率，當(dāng)L、C、R支路發(fā)生諧振時，它的等效阻抗最小（等于R）。串聯(lián)諧振頻率為：當(dāng)頻率高于fs時，電路中L、C、R支路呈感性，可與電容C0發(fā)生并聯(lián)諧振，并聯(lián)諧振頻率為：fXfPfS電抗－頻率特性曲線圖當(dāng)f在fs和fp之間時，石英晶體呈感性，其余頻率成容性277.3LC正弦波振蕩電路3、石英晶體振蕩電路石英晶體的阻抗呈電感性，與外接電容器構(gòu)成并聯(lián)諧振，振蕩頻率在fs和fp之間。振蕩頻率由諧振回路的參數(shù)C1，C2，Cs和石英晶體的等效電感Leq決定。由于C1>>Cs，C2>>Cs，所以振蕩頻率主要取決于石英晶體與Cs的諧振頻率，諧振頻率很穩(wěn)定。287.3LC正弦波振蕩電路3、石英晶體振蕩電路石英晶體的阻抗呈電阻性，與外接電容器構(gòu)成串聯(lián)諧振，振蕩頻率為fs。297.4非正弦信號產(chǎn)生電路一、方波發(fā)生器二、方波－三角波發(fā)生器三、鋸齒波發(fā)射器四、壓控振蕩器306.4電壓比較器二、回滯比較器UREFuoAuiVDz電路圖R2R1RRFOui+Uz-Uzuo傳輸特性DZ是兩個反相串聯(lián)的穩(wěn)壓管，用來鉗制輸出的高低電平R是限流電阻UB是基準(zhǔn)電壓，隨輸出電壓變化316.4電壓比較器Oui+Uz-Uzuo傳輸特性uotUz-UzOtuiOUT+UT-門限寬度（回差）327.4非正弦信號產(chǎn)生電路一、方波發(fā)生器工作原理Uo經(jīng)RfC電路后，利用uC與同相端門限電壓uB比較，使比較器的輸出不斷發(fā)生轉(zhuǎn)換，從而形成自激振蕩。336.1