模擬電子技術(shù)第八章課件

8.1正弦波信號發(fā)生器第8章信號發(fā)生器

信號發(fā)生器：不需要輸入控制信號就能產(chǎn)生周期性的波形輸出。按照所產(chǎn)生波形的特點：分為正弦波和非正弦波兩種信號發(fā)生器。正弦波信號發(fā)生器是按自激振蕩原理構(gòu)成的，常稱為振蕩器。信號發(fā)生器在測量，控制，通訊和廣播電視系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。1．產(chǎn)生正弦波自激振蕩的平衡條件正反饋網(wǎng)絡(luò)放大環(huán)節(jié).fX.idX.oXA·F·8.1.1正弦波自激振蕩的基本原理正反饋網(wǎng)絡(luò)放大環(huán)節(jié).fX.idX.oXA·F·可在輸出端繼續(xù)維持原有的輸出信號

當.fX.idX=

時

一個正弦波振蕩器，只可能在一個頻率（即振蕩頻率f0）下滿足相位平衡的條件。正反饋網(wǎng)絡(luò)放大環(huán)節(jié).fX.idX.oXA·F·

因此，在反饋環(huán)路中應(yīng)包含一個具有選頻特性的網(wǎng)絡(luò)，簡稱選頻網(wǎng)絡(luò)。若AF<1，則電路的輸出將愈來愈小，最后停振，稱為減幅振蕩。若AF>1，電路輸出愈來愈大，稱為增幅振蕩?？梢娋S持等幅振蕩（或振蕩電路已進入穩(wěn)態(tài)）的唯一條件是AF=1。正反饋網(wǎng)絡(luò)放大環(huán)節(jié).fX.idX.oXA·F·2．振蕩的建立與穩(wěn)定

振蕩電路的起振條件：放大電路中有一定的干擾和噪聲存在，經(jīng)過選頻網(wǎng)絡(luò)將其中頻率為f0的分量選出后，由于其幅值較小，必須使AF>1，才能建立起穩(wěn)定的振蕩。自激振蕩電路的起振過程3．正弦波信號發(fā)生器的電路組成（1）放大環(huán)節(jié)：為了從幅度很小的擾動逐漸建立和維護振蕩。（3）正反饋網(wǎng)絡(luò)：為了滿足建立和維持正弦波振蕩的相位條件。（2）選頻網(wǎng)絡(luò)：為了從干擾和噪聲等頻域極寬的擾動信號中，產(chǎn)生所需的單一頻率的正弦波振蕩輸出。（4）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：保證振蕩器由建立到穩(wěn)定。4.正弦波信號發(fā)生器的分類（1）RC型正弦波信號發(fā)生器用來產(chǎn)生1MHz以下的低頻信號（2）LC型正弦波信號發(fā)生器用來產(chǎn)生1MHz以上的高頻信號（3）晶體振蕩器用來產(chǎn)生高頻率穩(wěn)定度的高頻信號2．RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性RRCCUo·Uf·Z1Z2+圖中反饋系數(shù)令f90-9045-4500fjf031/0fF幅頻特性：相頻特性：3．工作原理

（2）當時，即可產(chǎn)生振蕩。（3）振蕩頻率RRCCA0R1R2Uo·Uf（1）當f=f0時Uf與Uo

同相位。

Uf的幅值最大。熱敏電阻穩(wěn)幅的文氏電橋振蕩電路RRCC0ARWUo·RtRt為負溫度系數(shù)的熱敏電阻a.用LC并聯(lián)諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)。

8.1.3LC型正弦波信號發(fā)生器

振蕩電路按照反饋方式變壓器反饋式電感三點式電容三點式LCb.主要用來產(chǎn)生1MHZ以上的高頻信號。特點:1．LC并聯(lián)諧振回路

RCLIs·Ic·IRL·U·s-+(a)f000fZj)(b)(c0ffQ大Q小Q大Q小2．選頻放大電路

C++LT+RB1RB2RECEUiUo·CBVCCCc·當f=f0時(1)輸出電壓幅值最大。(2)輸出電壓與輸入電壓反相。放大電路只對諧振頻率f0的信號有放大作用，它是構(gòu)成LC振蕩電路的基礎(chǔ)。3．變壓器反饋式LC振蕩電路

C+T+①②③④Ui·Uf·RLVCCCBRB1RB2RECEN1N2N3C+T+①②③④Ui·Uf·RLVCCCBRB1RB2RECEN1N2N3⊕正反饋的判斷（1）相位條件C+T+①②③④Ui·Uf·RLVCCCBRB1RB2RECEN1N2N3⊕一一C+T+①②③④Ui·Uf·RLVCCCBRB1RB2RECEN1N2N3⊕一一⊕VC+T+①②③④Ui·Uf·RLCCCBRB1RB2RECEN1N2N3⊕一一⊕⊕a.調(diào)節(jié)副邊線圈的匝數(shù)N2，起振容易。變壓器反饋式振蕩電路的特點：b.由于變壓器分布參數(shù)的限制，振蕩頻率不能很高，一般在幾千赫茲到幾兆赫茲。4．電感三點式正弦振蕩電路

C+T+①②③Ui·CBRB1RB2RECEVCCL1L2N2N1電感線圈的三個端子分別與三極管的三個電極B、C、E相連接，因此稱為電感三點式振蕩電路。TCBCEL1L2UiUoUf···C+T+①②③Ui·CBRB1RB2RECEVCCL1L2N2N1簡化的交流通路相位平衡條件TCBCEL1L2UiUoUf····Ic⊕一·Ui·Uo·Ic·UfM為線圈L1與L2之間的互感。

諧振頻率（5）電容三點式正弦波振蕩電路

+T+LCBUf·Ui·Uo·RB1RB2RCRECEC1C2VCCTLUf·Uo1C2C·Ui·IL·+T+LCBUf·Ui·Uo·RB1RB2RCRECEC1C2VCC簡化的交流通路相位平衡條件·Ui·Uo·IL·UfTLUf·Uo1C2C·Ui·IL·諧振頻率TLCRB1RB2RcRECEC1C2CBVCC電容三點式改進電路1.石英晶體的基本特性8.1.4晶體振蕩器電路符號

將一塊石英晶體以一定方位角切成晶片，在晶片的兩面涂上銀層作為兩個電極，焊上引線固定在引腳上，再加裝上外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器。

RQ（1）壓電效應(yīng)

若在晶片的兩側(cè)施加機械壓力，又會在相應(yīng)的方向產(chǎn)生電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

當在晶片的兩個電極之間加上電場時，晶片就會產(chǎn)生機械變形；

如果外加交變電壓的頻率等于晶片的固有機械振動頻率時，機械振動的振幅急劇增加，晶體的這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。

當在晶片的兩電極之間加交變電壓時，晶片就會產(chǎn)生機械變形振動，同時晶片的機械變形振動又會產(chǎn)生交變電場。RQRCLC0（2）等效電路和諧振頻率C0——兩金屬電極間構(gòu)成的靜電電容L——等效晶片振動時的慣性C——等效晶片振動時的彈性R——等效晶片振動時內(nèi)部的摩擦損耗等效電路

RCLC0振蕩電路特點：a.晶片L很大，C和R很小b.Q可達104～106c.振蕩電路的頻率穩(wěn)定度（）很高，可達10-9～10-11數(shù)量級。

頻率穩(wěn)定度：RC:10-2;LC:10-3~10-4.RCLC0（2）諧振頻率串聯(lián)諧振頻率：并聯(lián)諧振頻率：Xf0sfpf電感性容性容性RCLC0X·當忽略R時，電抗·XRCLC0Xa.當回路發(fā)生串聯(lián)諧振時X=0，得串聯(lián)諧振頻率

b.當回路發(fā)生并聯(lián)諧振時X=∞，得并聯(lián)諧振頻率

由于C<<C0，所以即fS和fP兩個諧振頻率很接近。根據(jù)可作出電抗頻率特性

X0電感性容性容性2．石英晶體振蕩電路（1）并聯(lián)型晶體振蕩器

TQR+CBRB1RB2C1C2RcREVCC諧振頻率CTRLREC1C2RcC0交流電路（2）串聯(lián)型晶體振蕩器CQR+R+T1T2RE2Rc1RB1RB2RE1uoVCCCB諧振頻率8.2非正弦信號發(fā)生器主要特點：

振蕩條件比較簡單，只要反饋信號能使比較電路狀態(tài)發(fā)生變化，即能產(chǎn)生周期性的振蕩。非正弦信號發(fā)生器的主要組成：（1）電壓比較電路（2）反饋網(wǎng)絡(luò)（3）延遲環(huán)節(jié)或積分環(huán)節(jié)8.2.1方波發(fā)生器

RAURCR1R2R3uO±UZDZu+u-ucRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u-uc積分器遲滯比較器RAURCR1R2R3uO±UZDZu+u-uc1工作原理：設(shè)t=0時uC=0uo=Uza.t>0時，電容C通過電阻R充電，uC按指數(shù)規(guī)律上升。uR=R1/(R1+R2)Uz那么此時RAURCR1R2R3uO±UZDZu+u-ucicb.當uC>uR時，uo=-Uz,uR=-R1/(R1+R2)Uz此后，電容C通過電阻R充電，uC按指數(shù)規(guī)律降低RAURCR1R2R3uO±UZDZu+u-ucic如此周而復(fù)始電路的工作波形圖T/2T/2根據(jù)三要素法2.主要參數(shù)計算T/2T/2如果選定時間起點為t2，那么由此得電路的振蕩周期T/2T/2當t=T/2時即振蕩頻率：如果將電容器C的充電和放電回路分開，使充電和放電的時間常數(shù)不相等，便可獲得矩形波信號。8.2.2三角波和鋸齒波發(fā)生器A1—遲滯比較器A2—積分器1．電路組成uRCA1A2R1R2R3uoo1DZBuRCA1A2R1R2R3uoo1DZB2．工作原理

圖中即uo隨時間線性下降uRCA1A2R1R2R3uoo1DZB(1)當時，輸出電壓電容C充電uRCA1A2R1R2R3uoo1DZB(2)當uB小于零時uo隨時間線性上升電容反向充電輸出電壓uRCA1A2R1R2R3uoo1DZBuo又隨時間線性下降.(3)當uB大于零時周而復(fù)始,uo輸出三角波，uo1輸出方波輸出波形圖tzU+zU-0o1u4Tou0omU+omU-t1）輸出電壓幅值令得故2.主要指標tzU+zU-0o1u4Tou0omU+omU-t三角波從零上升到UOm所需的時間是振蕩周期的1/4，此時uo1=-UZ

2）振蕩頻率由圖可知因而tzU+zU-0o1u4Tou0omU+omU-t由此可得振蕩周期故振蕩頻率如果使電容C的充、放電時間常數(shù)不相等，R+R-D1D2R的替代電路t0u鋸齒波可產(chǎn)生鋸齒波。

RC-U+USR1R2R3A1A2DZuouo1

8.2.3壓控振器當uo=+UZ時，開關(guān)S接通+U原理圖當uo=-UZ時，開關(guān)S接通–U1)工作原理圖中RC-U+USR1R2R3A1A2DZuouo1Buo1隨時間線性下降(a)當時，U通過電阻R向電容C充電RC-U+USR1R2R3A1A2DZuouo1B開關(guān)S接電源U(b)當uB小于零時uo1隨時間線性上升電容反向充電開關(guān)S接–URC-U+USR1R2R3A1A2DZuouo1B周而復(fù)始,uo1輸出三角波，uo輸出方波RC-U+USR1R2R3A1A2DZuouo1BtzU+zU-0ou2To1u0t1t2t1t2tz21URRz21URR-振蕩波形圖振蕩頻率振蕩頻率f0隨U成正比的變化，實現(xiàn)了電壓控制振蕩頻率的目的。

RRRCD1D2DZuoR1R2R3RFuo1A1A2A3A4Uuo4uo3一種壓控振蕩電路

1．正弦波振蕩電路由放大器、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)等四個功能部件組成。產(chǎn)生振蕩的幅