模擬電子技術(shù)ppt課件第6章信號產(chǎn)生電路

第6章信號產(chǎn)生電路

模擬電子技術(shù)（第三版）高等教育出版社第6章信號產(chǎn)生電路

模擬電子技術(shù)高等教育出版社

6.1正弦波振蕩電路知識導學教學內(nèi)容6.1.1

正弦波振蕩電路的組成與工作原理6.1.2

RC正弦波振蕩電路6.1.3

LC正弦波振蕩電路課外拓展6.1正弦波振蕩電路知識導學1.為什么正弦波振蕩電路中要有選頻網(wǎng)絡？選頻網(wǎng)絡可有哪些元件組成？

2.正弦波振蕩電路產(chǎn)生振蕩的條件是什么？如何判斷一個振蕩電路是否是正弦波振蕩電路？3.非正弦波信號產(chǎn)生電路的組成與正弦波振蕩電路有什么不同？知識導學1.為什么正弦波振蕩電路中要有選頻網(wǎng)絡？選頻網(wǎng)絡可有1.正弦波振蕩電路的組成6.1.1正弦波振蕩電路的組成與工作原理

組成選頻網(wǎng)絡放大電路圖6.1.1正弦波振蕩電路原理框圖反饋網(wǎng)絡穩(wěn)幅環(huán)節(jié)1.正弦波振蕩電路的組成6.1.1正弦波振蕩電路的組成與工2.正弦波振蕩電路的自激振蕩5當振蕩電路接通電源的瞬間，由于電路各部分突變的電擾動，將使放大電路瞬間產(chǎn)生諧波豐富的輸出信號vo，經(jīng)正反饋、選頻網(wǎng)絡到輸入端，將產(chǎn)生一個單一頻率的正弦波自激輸入信號vi。然后，經(jīng)放大、正反饋的往復循環(huán)，輸出信號vo的幅度不斷增大。當輸出信號vo的幅度達到一定的量值時，穩(wěn)幅環(huán)節(jié)發(fā)揮作用，使單一頻率的正弦波輸出信號vo的幅度自動穩(wěn)定在一個量值上，達到了平衡平衡，產(chǎn)生、輸出了一個額定頻率和幅度的正弦波信號，從而實現(xiàn)了自激振蕩。6.1.1正弦波振蕩電路的組成與工作原理

2.正弦波振蕩電路的自激振蕩5當振蕩電路接通電源的瞬間，由63.自激振蕩的平衡條件和起振條件（1）自激振蕩的平衡條件AvFv=1

振幅平衡條件

相位平衡條件

（2）自激振蕩的起振條件起振相位條件

起振振幅條件

＞1

6.1.1正弦波振蕩電路的組成與工作原理

63.自激振蕩的平衡條件和起振條件（1）自激振蕩的平衡條件6.1.2

RC正弦波振蕩電路RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的反饋系數(shù)71.正弦波振蕩電路的組成（1）RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡圖6.1.2RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡

串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的幅頻特性

相頻特性，

6.1.2RC正弦波振蕩電路RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的反饋系數(shù)7

對應的頻率特性曲線如圖所示?？梢?，當ω＝ω0時，幅值達到最大值并等于1/3，相位移為0°，輸出電壓與輸入電壓同相，所以RC串并聯(lián)網(wǎng)絡具有選頻作用。8圖6.1.3RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的頻率特性（a）幅頻特性（b）相頻特性（a）（b）6.1.2

RC正弦波振蕩電路對應的頻率特性曲線如圖所示?？梢?，當ω＝ω0時，幅值達到9（2）RC橋式正弦波振蕩電路，

圖6.1.4RC橋式正弦波振蕩電路（a）振蕩電路（b）等效電路RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡和集成運算放大器組合，構(gòu)成RC正弦波振蕩電路正反饋電路與負反饋電路構(gòu)成文氏電橋電路RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡構(gòu)成正反饋，Rf、R1構(gòu)成負反饋運算放大器的輸入端和輸出端分別連接在電橋的對角線上，稱為文氏電橋振蕩電路。6.1.2

RC正弦波振蕩電路9（2）RC橋式正弦波振蕩電路圖6.1.4RC橋式正弦

RC橋式正弦波振蕩電路振蕩頻率

10圖6.1.7RC超前移相式正弦波振蕩電路

RC移相式正弦波振蕩電路具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟方便等優(yōu)點。但其選頻性能較差、頻率調(diào)節(jié)不方便、輸出幅度不夠穩(wěn)定、輸出波形較差，一般只用于振蕩頻率固定，穩(wěn)定性要求不高的場合。6.1.2

RC正弦波振蕩電路RC橋式正弦波振蕩電路振蕩頻率10圖6.1.7RC超6.1.3

LC正弦波振蕩電路111.LC并聯(lián)諧振回路的頻率特性

采用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡的振蕩電路稱為LC振蕩電路，它主要用來產(chǎn)生高頻正弦波振蕩信號，振蕩頻率一般在1MHz以上。根據(jù)反饋形式不同，LC正弦波振蕩電路可分為變壓器、電感和電容三種反饋式振蕩電路。，

圖6.1.8LC并聯(lián)諧振回路（a）諧振回路（b）幅頻特性（c）相頻特性6.1.3LC正弦波振蕩電路111.LC并聯(lián)諧振回路的頻率12

或，

圖中，R表示線圈L的等效損耗電阻，由于電容的等效損耗電阻很小而忽略不計。有，并聯(lián)諧振回路的等效阻抗

一般情況下由于，所以諧振頻率

（諧振時，回路的等效阻抗有最大值，為純電阻性質(zhì)，為

＜＜6.1.3

LC正弦波振蕩電路12或圖中，R表示線圈L的等效損耗電阻，由于電容的等效13，

可得并聯(lián)諧振回路的幅頻特性

有，評價回路損耗大小的回路品質(zhì)因素

相頻特性可見，當

=

o時，回路產(chǎn)生諧振，諧振曲線的形狀與回路的品質(zhì)因素Q密切相關。6.1.3

LC正弦波振蕩電路13可得并聯(lián)諧振回路的幅頻特性142.變壓器反饋式LC振蕩電路，

圖6.1.9變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式LC振蕩電路，易于起振，波形較好；但由于變壓器等電路分布電容的影響，振蕩頻率較低，一般用于產(chǎn)生一兆赫~十幾兆赫的信號，且變壓器體積較大、磁路耦合不甚緊密、損耗較大、振蕩頻率穩(wěn)定性不高，故使用受到一定的限制。振蕩頻率6.1.3

LC正弦波振蕩電路142.變壓器反饋式LC振蕩電路圖6.1.9變壓器反饋153.LC三點式振蕩電路一、構(gòu)成LC振蕩器的基本原則二、電容反饋三點式振蕩器三、電感反饋三點式振蕩器四、兩種改進型的電容反饋振蕩器6.1.3

LC正弦波振蕩電路153.LC三點式振蕩電路一、構(gòu)成LC振蕩器的基本原則二、16ILC三點式振蕩器1.構(gòu)成LC振蕩器的基本原則三點式振蕩電路6.1.3

LC正弦波振蕩電路16ILC三點式振蕩器1.構(gòu)成LC振蕩器的基本原則三點式17ECL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2C+uce-+u'be

-i電感三點式振蕩器電感三點式振蕩電路又稱哈特來振蕩器三極管T構(gòu)成共發(fā)射極放大電路，電感L1、L2和電容C構(gòu)成正反饋選頻網(wǎng)絡。諧振回路L1和L2的三個端點1、2、3，分別與晶體管的三個電極相接，反饋信號取自電感線圈L2兩端電壓，稱為電感反饋式振蕩電路。6.1.3

LC正弦波振蕩電路17ECL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2C++u18L1L2C+uce-+u'be

-i電感三點式振蕩器

諧振頻率取決于LC并聯(lián)諧振回路的諧振頻率，有

6.1.3

LC正弦波振蕩電路18L1L2C++u'be-i電感三點式振蕩器19

+u'be-電感三點式振蕩器

電感L1、L2間耦合緊密，起振容易，振幅較大；當C可變電容時，可獲得調(diào)節(jié)范圍較寬的振蕩頻率，最高振蕩頻率可達幾十兆赫。由于反饋信號取自電感L2，對高次諧波呈現(xiàn)高阻抗，故輸出信號中高次諧波較多，信號波形較差，常用在對信號波形要求不高的設備中，例如高頻加熱器等。圖6.1.10電感三點式振蕩電路6.1.3

LC正弦波振蕩電路19 +電感三點式振蕩器電感L1、L2間耦合20電容反饋三點式振蕩器LECRb1Rb2ReCeCbC2C1LcC1C2L+uce-+ube-電容三點式振蕩電路也稱考皮茲振蕩器6.1.3

LC正弦波振蕩電路20電容反饋三點式振蕩器LECRb1Rb2ReCeCbC2C213.振蕩頻率：

諧振頻率取決于LC并聯(lián)諧振回路的諧振頻率，有

電容三點式振蕩電路的反饋信號取自電容C2兩端，因為C2對高次諧波呈現(xiàn)較小的容抗，當用C2來調(diào)節(jié)振蕩頻率時，會同時改變正反饋量的大小，從而使輸出信號幅度發(fā)生變化，甚至可能會使振蕩電路停振。所以調(diào)節(jié)這種振蕩電路振蕩頻率很不方便。6.1.3

LC正弦波振蕩電路213.振蕩頻率：諧振頻率取決于LC并聯(lián)諧振回路22①線路簡單，易起振。②電容三點式振蕩器的頻率調(diào)節(jié)范圍一般比電感三點式頻率調(diào)節(jié)范圍小。

電感反饋振蕩器：反饋系數(shù)的改變可通過改變線圈抽頭位置實現(xiàn)，但振蕩頻率比較低，產(chǎn)生振蕩波形不如電容三點式振蕩器。電容反饋振蕩器：反饋系數(shù)改變必須改變C1與C2的比值，振蕩頻率較高，振蕩波形較好。電容三點式與電感三點式振蕩器各有優(yōu)缺點6.1.3

LC正弦波振蕩電路22①線路簡單，易起振。電感反饋振蕩器：反饋系數(shù)的改變可通23

振蕩頻率差分對管振蕩器為了提高振蕩頻率的穩(wěn)定度，常采用改進型電容三點式振蕩電路，又稱為克拉潑電路。考皮茲電路相比，該電路僅在電感支路中串入了一個容量很小的微調(diào)電容C3圖6.1.12改進型電容三點式振蕩電路此時，諧振回路中的總電容為當C3＜＜

C1、C3＜＜

C2時，C≈C3。所以，這種電路有

改進型電容反饋三點式振蕩器6.1.3

LC正弦波振蕩電路23振蕩頻率差分對管振蕩器為了提高振蕩頻率的穩(wěn)定度24差分對管振蕩器

在克拉波振蕩電路中，當C3比C1、C2小得多時，振蕩頻率僅由C3和L決定，而與C1、C2基本無關，C1、C2僅構(gòu)成正反饋，其容量可以取得較大。由于C1、C2的容量遠大于與之并聯(lián)的晶體管極間電容和雜散電容，從而減小了晶體管極間電容和雜散電容對振蕩頻率的影響，提高了振蕩頻率的穩(wěn)定度。

6.1.3

LC正弦波振蕩電路24差分對管振蕩器在克拉波振蕩電路中，當C3比C1、25

石英晶體因具有壓電效應而被用作諧振器。所謂壓電效應，是指當機械力作用于石英晶體（晶片），使其發(fā)生機械變形時，晶片的對應面上會產(chǎn)生正、負電荷，形成電場；反之，在晶片對應面上加一電場時，石英晶片會發(fā)生機械變形。當給石英晶片外加交變電壓時，石英晶片將按交變電壓的頻率發(fā)生機械振動，同時機械振動又會在兩個電極上產(chǎn)生交變電荷，結(jié)果在外電路中形成交變電流。當外加交變電壓頻率等于石英晶片的固有機械振動頻率時，晶片發(fā)生共振，此時機械振動幅度最大，晶片兩面的電荷量和電路中的交變電流也最大，產(chǎn)生了類似于回路的諧振現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。

4.石英晶體振蕩電路6.1.3

LC正弦波振蕩電路25石英晶體因具有壓電效應而被用作諧振器。所26（1）石英晶體諧振器的阻抗特性

串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率圖6.1.13石英晶體諧掁器等效電路及阻抗特性（a）電路符號（b）等效電路（c）電抗頻率特性6.1.3

LC正弦波振蕩電路26（1）石英晶體諧振器的阻抗特性 串27（2）石英晶體正弦波振蕩電路

圖6.1.14并聯(lián)型石英晶體振蕩電路圖6.1.15并聯(lián)型石英晶體振蕩電路串聯(lián)型石英晶體振蕩電路并聯(lián)型石英晶體振蕩電路石英晶體作為一個電感與電容器并聯(lián)石英晶體作為一個正反饋通路元件，工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)6.1.3

LC正弦波振蕩電路27（2）石英晶體正弦波振蕩電路 圖6

6.2非正弦波信號產(chǎn)生電路知識導學教學內(nèi)容6.2.1

電壓比較器6.2.2集成函數(shù)發(fā)生器8038簡介課外拓展6.2非正弦波信號產(chǎn)生電路1.

單限電壓比較器296.2.1電壓比較器

由于集成運放的狀態(tài)在vI＝0時翻轉(zhuǎn)，故圖a所示電路，又稱為反相輸入過零電壓比較器。若vI由同相輸入端輸入，反相輸入端接地，則稱為同相輸入過零電壓比較器。圖6.2.1過零電壓比較器（a）電路（b）傳輸特性圖中，vI從反相輸入端輸入，同相輸入端接地，即基準電壓VREF＝0、電壓比較器的單一門限電壓為零電平。1.單限電壓比較器296.2.1電壓比較器由于集成運1.

單限電壓比較器30如將基準電壓VREF接到集成運放的反相輸入端、vI接到同相輸入端，如圖6.2.2（a）所示，即構(gòu)成同相輸入的單限電壓比較器。圖6.2.2同相輸入單限電壓比較器（a）電路（b）傳輸特性在單限電壓比較器中，輸入電壓vI在門限電壓VREF附近有微小變化就會引起輸出電壓的躍變，因此靈敏度較高；但由于是單門限，故抗干擾能力較差。6.2.1電壓比較器

1.單限電壓比較器30如將基準電壓VREF接到集成運放的反圖6.2.3遲滯電壓比較器（a）反相型遲滯比較器（b）圖（a）的傳輸特性（c）同相型遲滯比較器及其傳輸特性2.遲滯電壓比較器31在單限電壓比較器的基礎上引入正反饋，即可構(gòu)成遲滯電壓比較器，也稱施密特觸發(fā)器6.2.1電壓比較器

圖6.2.3遲滯電壓比較器2.遲滯電壓比較器31在單限電2.遲滯電壓比較器32

輸出電壓通過R1反饋到同相輸入端，形成正反饋；由于vI是由反相輸入端輸入，基準電壓VREF通過R2接到運算放大器的同相端，故又稱為反相型（或下行）遲滯電壓比較器。

遲滯電壓比較器的兩個門限電壓VT＋和VT－，分別稱為上門限電壓和下門限電壓，兩者的差稱為門限寬度或回差電壓△V，有

由于遲滯特性，當輸入電壓在VT＋和VT－之間變化時，比較器的輸出電壓將維持不變，因此遲滯電壓比較器具有一定的抗干擾能力。調(diào)節(jié)R1和R2，可改變△V?！鱒越大，遲滯電壓比較器的抗干擾能力越強，但分辨能力越差。6.2.1電壓比較器

2.遲滯電壓比較器32輸出電壓通過R1反饋33例：用一個遲滯電壓比較器構(gòu)成的矩形波信號產(chǎn)生仿真電路，如圖所示。（1）試仿真檢測遲滯電壓比較器的電壓波形；（2）試分析說明其大致的工作原理。

圖6.2.4矩形波信號產(chǎn)生仿真電路（a）矩形波信號產(chǎn)生仿真電路（b）仿真檢測的vC、v1+和vO信號電壓波形（a）（b）6.2.1電壓比較器

33例：用一個遲滯電壓比較器構(gòu)成的矩形波信號產(chǎn)生仿真電路，如34分析、求解：（1）啟動仿真開關，用四蹤示波器進行仿真測量，有矩形波信號產(chǎn)生電路電容器C充放電電壓vC、遲滯電壓比較器A1同相輸入端電壓v1+和輸出電壓vO的波形，如圖6.2.4（b）所示。圖中，兩個游標檢測的輸出信號vO的周期時長約為1.055ms，對應的信號頻率約為1KHz。

（2）圖6.2.4（a）所示仿真電路，是一個由反相輸入遲滯電壓比較器構(gòu)成的矩形波信號產(chǎn)生電路。圖中，R和C為定時元件，構(gòu)成積分電路；遲滯電壓比較器A1同相輸入端的兩個門限電壓分別為

6.2.1電壓比較器

34分析、求解：（1）啟動仿真開關，用四蹤示波器進行仿真測量35當電路的振蕩達到穩(wěn)定后，電容C就交替充電和放電。當vO＝VOH＝VZ時，電容C充電，

vC不斷上升，而此時A1同相輸入端電壓v1+為上門限電壓VT＋，當vC＞VT＋時