第8章 信號發(fā)生電路

8.1引言1.正弦波振蕩電路RC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路石英晶體正弦波振蕩電路2.非正弦波振蕩電路矩形波發(fā)生電路三角波發(fā)生電路鋸齒波發(fā)生電路第8章信號發(fā)生電路8.2正弦波振蕩電路組成及振蕩條件正反饋放大電路的方框圖1.振蕩條件正弦波振蕩電路的方框圖電路穩(wěn)定時幅度平衡條件相位平衡條件2.正弦波振蕩電路組成(2)選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率，使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩。(1)放大電路：保證電路能夠有從起振到動態(tài)平衡的過程，使電路獲得一定幅值的輸出量。

(3)正反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于反饋信號。(4)穩(wěn)幅電路：使輸出信號幅值穩(wěn)定。選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)經(jīng)?！昂隙橐弧?。8.3RC正弦波振蕩電路1.RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性(a)幅頻特性(b)相頻特性當(dāng)f=f0時反饋系數(shù)

反饋系數(shù)與頻率f0的大小無關(guān)，相角F=0。也就是說當(dāng)調(diào)節(jié)R、C改變頻率時，反饋系數(shù)不變，放大電路的放大倍數(shù)不變，輸出信號的幅度不變。2.電路組成RC文氏橋正弦波振蕩電路RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是正反饋網(wǎng)絡(luò)；由運算放大器、R3和R4負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成放大電路。C1、R1、C2、R2、R3和R4構(gòu)成一個橋路，稱為文氏橋。

由于正反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)等于1/3，所以為了滿足振蕩條件AuFu=1，放大電路的電壓放大倍數(shù)Au=3。同相輸入比例運算電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，電壓放大倍數(shù)為為了保證這種微弱的信號經(jīng)過放大通過正反饋的選頻作用，輸出幅度愈來愈大，在起振時應(yīng)滿足：3.振蕩的建立振蕩的建立就是要使電路自激，從而產(chǎn)生持續(xù)的振蕩輸出。當(dāng)f=f0時，

,所以要求4.振蕩的穩(wěn)定

R4是具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻，起振前阻值較小，使Au＞3。起振后，流過R4的電流加大，R4的溫度升高、阻值加大，Au變小，達(dá)到振蕩穩(wěn)定狀態(tài)時：Au=3。由于Uo與Uf具有良好的線性關(guān)系，所以為了穩(wěn)定輸出電壓的幅值，一般應(yīng)在電路中加入非線性環(huán)節(jié)。二極管穩(wěn)幅帶有二極管穩(wěn)幅的RC文氏橋振蕩器電路該電路采用與電阻R3并聯(lián)二極管的方式實現(xiàn)穩(wěn)幅。電路穩(wěn)幅原理：如果輸出幅度增大，兩個并聯(lián)二極管的工作點達(dá)到特性曲線的C、D點。二極管動態(tài)電阻下降，放大倍數(shù)下降，輸出幅度下降。反之，輸出幅度增大，從而達(dá)到使輸出電壓穩(wěn)定的目的。8.4LC正弦波振蕩電路LC并聯(lián)諧振回路1.LC并聯(lián)諧振回路的頻率特性電感的電阻和損耗用電阻R模擬，電容支路不計損耗。2.諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)通常Q>>1，所以上式中Q稱為品質(zhì)因數(shù)由虛部為0，可得諧振頻率f0：品質(zhì)因數(shù)Q是反映LC回路損耗大小的重要參數(shù)：

品質(zhì)因數(shù)Q不同時，復(fù)阻抗Z的幅頻與相頻特性如下：

LC并聯(lián)諧振回路阻抗的頻率特性3.變壓器反饋式正弦波振蕩電路設(shè)三極管的基極為⊕變壓器反饋式振蕩電路(1)放大電路是共射組態(tài)，LC并聯(lián)電路是集電極負(fù)載，反饋電壓由L2上取出。(2)用瞬時極性法判斷電路的相位條件，是否是正反饋。(3)分析決定振蕩電路的幅度條件。如果幅度條件不滿足，可適當(dāng)增加L2的圈數(shù)。集電極極性則為?L1同名端的極性則為⊕反饋線圈同名端的瞬時極性為⊕滿足正反饋條件變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率與LC并聯(lián)諧振電路的振蕩頻率相同，為：LC正弦波振蕩電路，當(dāng)振幅大到一定程度時，晶體管集電極的電流波形會明顯失真，但由于集電極的負(fù)載是LC并聯(lián)諧振回路，具有良好的選頻作用，因此輸出電壓的波形失真不大。(1)電感三點式4.三點式LC正弦波振蕩電路放大電路為共射組態(tài)，LC并聯(lián)諧振回路通過耦合電容接在放大電路的輸出端。反饋信號從

L2上取出。設(shè)三極管基極瞬時極性為⊕集電極則為?極性，電感L1的上面為?極性因為電感L2上的反饋電壓的瞬時極性上?下⊕，即反饋信號瞬時極性對地為⊕，所以是正反饋，滿足振蕩的相位條件。適當(dāng)調(diào)節(jié)線圈L2的匝數(shù)，可使電路滿足幅度條件。(a)電感三點式三點式LC正弦波振蕩電路該電路的振蕩頻率為：式中的M是電感線圈L1和L2之間互感。一般M較小，可以忽略，于是該電路調(diào)節(jié)振蕩的幅度條件時，改變線圈中間的抽頭即可，這樣即改變了L2的匝數(shù)，又不會影響電路的振蕩頻率。

電感反饋式LC正弦波振蕩電路的優(yōu)缺點是：(1)電感反饋式LC正弦波振蕩電路的電感L1和L2之間耦合緊密，輸出幅度大；(2)若使用可變電容器C調(diào)頻率，電路的頻率變化范圍大，最高頻率一般可達(dá)幾十兆赫茲；(3)由于反饋信號是從電感L2上取出，與L成比例，對高次諧波的阻抗較大，反饋較強(qiáng)。所以電感反饋式LC正弦波振蕩電路的輸出電壓波形中含有較多的高次諧波成分，失真稍大。正反饋首先判斷相位平衡條件：放大電路為共射組態(tài)，LC并聯(lián)諧振回路通過耦合電容接在放大電路的輸出端。反饋信號從C2上取出。反饋電壓是從C1、C2串聯(lián)支路中的C2上取出，電壓與電容的容量成反比。如果反饋電壓不足，可調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)來滿足幅度條件，或應(yīng)適當(dāng)減小C2的容量。(b)電容三點式三點式LC正弦波振蕩電路(2)電容三點式電容反饋LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率為：電容反饋LC正弦波振蕩電路的優(yōu)缺點：在電容反饋LC正弦波振蕩電路中，由于反饋信號是從電容C2引出，高次諧波的壓降小，再加上高Q值的并聯(lián)諧振LC電路的選頻作用，輸出電壓的波形好。若通過調(diào)節(jié)C2來改變反饋量，會影響振蕩頻率，電容反饋LC正弦波振蕩電路不適合通過調(diào)節(jié)電容量來改變電路的振蕩頻率。5.石英晶體正弦波振蕩電路(a)符號(b)等效電路(c)電抗的幅頻特性石英晶體的等效電路和電抗頻率特性石英晶體的諧振頻率十分穩(wěn)定，往往可以達(dá)到10-6。石英晶體的Q值可以達(dá)到幾百以上，所以可以獲得很高的頻率穩(wěn)定性。根據(jù)石英晶體的等效電路，有一個串聯(lián)諧振頻率fs，一個并聯(lián)諧振頻率fp，二者十分接近，往往不加區(qū)分。串聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路(a)串聯(lián)型石英晶體振蕩電路

正反饋的判斷：根據(jù)瞬時極性法，設(shè)放大電路VT1輸入電極(發(fā)射極)信號對地的瞬時極性為；則VT1管集電極為，VT2發(fā)射極為。只有在石英晶體呈純阻性，即產(chǎn)生串聯(lián)諧振時，反饋電壓才能無衰減地傳輸?shù)絍T1的發(fā)射極，構(gòu)成正反饋，滿足正弦波振蕩的相位平衡條件。調(diào)整R5，可使電路滿足正弦波振蕩的幅度平衡條件。并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路(b)并聯(lián)型石英晶體振蕩電路并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路如圖所示。諧振電路無電感，所以石英晶體必須呈電感性才能形成振蕩。根據(jù)瞬時極性法判斷，可以滿足正反饋的條件，產(chǎn)生振蕩。結(jié)論：滿足正反饋條件8.5非正弦波發(fā)生電路1.矩形波發(fā)生電路RC反饋定時電路滯回比較器矩形波發(fā)生電路(1)電路組成(2)工作原理于是，電容C充電，uC按指數(shù)規(guī)律升高。電源剛接通時，設(shè)uC=0,uO=+UZ，所以閾值電壓當(dāng)uC充電到uC=UNUP'時，輸出發(fā)生跳變，uO=-UZ。當(dāng)uC充電到uC=UNUP'時，uO=-UZ，所以閾值電壓發(fā)生變化于是，電容C放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降。當(dāng)uC放電到uC=UNUP"時，輸出發(fā)生跳變，uO=+UZ。如此不斷進(jìn)行，輸出產(chǎn)生矩形波。矩形波發(fā)生電路的輸出電壓信號波形(3)波形分析(4)主要參數(shù)矩形波周期Ｔ用過渡過程公式和三要素可以方便地求出其中周期占空比(5)占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路為了改變輸出方波的占空比，應(yīng)改變電容器C的充電和放電時間常數(shù)。改變充電和放電的回路

C充電時，充電電流經(jīng)電位器的上半部、二極管D1、R1。是電位器中點到上端電阻，是二極管D1的導(dǎo)通電阻。充電時間常數(shù)為

C放電時，放電電流經(jīng)R1、二極管D2、電位器的下半部。放電時間常數(shù)為占空比為

顯然調(diào)節(jié)電位器就可以改變輸出矩形波的占空比。2.三角波發(fā)生電路(1)電路組成簡單三角波發(fā)生電路(a)UZ1≠UZ2

(b)T1≠T2實用三角波發(fā)生電路(2)工作原理三角波發(fā)生電路的輸出電壓信號波形滯回比較器電壓傳輸特性(3)參數(shù)分析輸出幅值

周期T

3.鋸齒波發(fā)生電路(1)電路組成及工作原理鋸齒波發(fā)生電路鋸齒波發(fā)生電路的輸出電壓信號波形

(2)參數(shù)分析輸出電壓幅值

正向充電時間反向充電時間振蕩周期4.壓控振蕩器(1)電路組成(2)工作原理壓控振蕩器的輸出電壓信號波形

當(dāng)滯回比較器輸出電壓uO=+UZ時，二極管導(dǎo)通，積分電流為當(dāng)輸出電壓uO=-UZ時，二極管截止，積分電流為因為R遠(yuǎn)大于R'，所以uO1下降的非常快，在一個周期內(nèi)持續(xù)的時間非常短。(3)參數(shù)分析8.6函數(shù)發(fā)生器1.函數(shù)發(fā)生器的構(gòu)成函數(shù)發(fā)生器方框圖

2.非線性變換電路變換電路采用非線性變換網(wǎng)絡(luò)將三角波分段非線性化。

非線性變換電路可由運算放大器和二極管、電阻構(gòu)成。

當(dāng)輸入電壓ui增加到不同數(shù)值時，可以使相應(yīng)的二極管導(dǎo)通，輸入輸出電壓的波形如圖所示。

0~t1時間段，ui<V1，所有二極管都不通，R1上無壓降，uo=ui；

t1~t2時間段，V1<ui<V2，二極管D1導(dǎo)通，由于R1上產(chǎn)生壓降，uo<ui；

t2~