模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課件 第7章 信號產(chǎn)生電路

第7章信號產(chǎn)生電路一

正弦波振蕩電路的分析方法二

RC正弦波振蕩電路三

LC

正弦波振蕩電路四

石英晶體振蕩器五

非正弦波發(fā)生電路本章討論的問題：1、什么是正弦波振蕩，正弦波振蕩和負反饋放大電路中產(chǎn)生的自激振蕩有區(qū)別嗎？為什么正弦波振蕩電路中必須有選頻網(wǎng)絡(luò)？選頻網(wǎng)絡(luò)由哪些元件組成？2、產(chǎn)生正弦波振蕩電路的條件是什么？正弦波振蕩電路的組成?如何判斷電路是否是正弦波電路？3、為什么矩形波發(fā)生電路是產(chǎn)生其他非正弦波電路的基礎(chǔ)?為什么非正弦波發(fā)生電路中幾乎都含有電壓比較器？4、如何組成矩形波、三角波和鋸齒波發(fā)生電路？正弦波振蕩電路●無外加輸入信號的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生一定頻率一定幅值的輸出信號?！衽c負反饋放大電路的振蕩的不同之處：在正弦波振蕩電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。一、正弦波振蕩的條件和電路的組成1.正弦波振蕩的條件

在電擾動下，對于某一特定頻率f0的信號形成正反饋：

由于半導(dǎo)體器件的非線性特性及供電電源的限制，最終達到動態(tài)平衡，穩(wěn)定在一定的幅值。。

正弦波振蕩的條件（續(xù)）

一旦產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩，則電路的輸出量自維持，即幅值平衡條件相位平衡條件起振條件：

要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的f0，且在合閘通電時對于f=f0信號有從小到大直至穩(wěn)幅的過程，即滿足起振條件。2.

正弦波振蕩電路的振蕩頻率

振蕩頻率是由相位平衡條件所決定。這就要求電路只有一個頻率滿足振蕩條件，才能產(chǎn)生單一頻率的正弦波。為此必須在環(huán)路中包含一個選頻網(wǎng)絡(luò)。選頻網(wǎng)絡(luò)可以設(shè)置在放大電路中，也可設(shè)置在反饋網(wǎng)絡(luò)中，在很多正弦波振蕩電路中選頻網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一，既有選頻作用，又起反饋作用，這樣正弦波振蕩電路的振蕩頻率也就取決于選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。3.正弦波振蕩電路的振蕩頻率的分類：按其選頻網(wǎng)絡(luò)的類型可分為：1)RC正弦波振蕩電路：幾百千赫以下2)LC正弦波振蕩電路：幾百千赫～幾百兆赫3)石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定4、基本組成部分1)基本放大電路：放大作用2)正反饋網(wǎng)絡(luò)：滿足相位條件3)選頻網(wǎng)絡(luò)：確定f0，保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：穩(wěn)幅1)是否存在主要組成部分；2)放大電路能否正常工作，即是否有合適的Q點，信號是否可能正常傳遞，沒有被短路或斷路；3)是否滿足相位條件，即是否存在f0，是否可能振蕩

；4)是否滿足幅值條件，即是否一定振蕩。常合二為一5、分析正弦波振蕩電路能否振蕩的方法相位條件的判斷方法：瞬時極性法

斷開反饋，在斷開處給放大電路加f＝f0的信號Ui，且規(guī)定其極性，然后根據(jù)

Ui的極性→Uo的極性→Uf的極性若Uf與Ui極性相同，則電路可能產(chǎn)生正弦波振蕩；否則電路不可能產(chǎn)生正弦波振蕩。

在多數(shù)正弦波振蕩電路中，輸出量、凈輸入量和反饋量均為電壓量。極性？二、RC正弦波振蕩電路1.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)低頻段高頻段

在頻率從0～∞中必有一個頻率f0，φF＝0o。

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)當(dāng)ω=ωo=1/RC或f=f0

時，不但φ=0，且最大,為1/3。1)是否可用共射放大電路？2)是否可用共集放大電路？3)是否可用共基放大電路？4)是否可用兩級共射放大電路？2.

電路組成

應(yīng)為RC串并聯(lián)網(wǎng)路配一個電壓放大倍數(shù)略大于3、輸入電阻趨于無窮大、輸出電阻趨于0的放大電路。不符合相位條件不符合相位條件輸入電阻小、輸出電阻大，影響f0

可引入電壓串聯(lián)負反饋，使電壓放大倍數(shù)大于3，且Ri大、Ro小，對f0影響小3.RC橋式正弦波振蕩電路（文氏橋振蕩器）

由RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性得知,在ω=ωo=1/RC時,其相移φF=0,為了使振蕩電路滿足相位條件

為了使電路能振蕩,還應(yīng)滿足起振條件,即要求要求放大器的相移φA也為0°(或360°)。

而右圖所示的反饋系數(shù)就是RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù),即放大器的放大倍數(shù)當(dāng)ω=ωo時,,因而按起振要求即頻率可調(diào)的文氏橋振蕩器：

改變電容以粗調(diào)，改變電位器滑動端以微調(diào)。

加穩(wěn)壓管可以限制輸出電壓的峰-峰值。同軸電位器

為了提高頻率，必須減小R和C的值。然而，一方面，R減小到一定程度時，同相比例器的輸出電阻將影響選頻特性：另一方面，當(dāng)C減小到一定程度時，晶體管的極間電容和電路的分布電容將影響選頻特性；因此，f0高到一定程度，應(yīng)選LC正弦波振蕩電路。4.穩(wěn)幅方法

因同相比例運算電路有非常好的線性度，故反饋電阻RF采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻，或R1采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻（如圖1），或加二極管作為非線性環(huán)節(jié)（如圖2）均可實現(xiàn)自動穩(wěn)幅。圖1圖2穩(wěn)幅的其它措施利用場效應(yīng)管的非線性特性

討論一：判斷圖示電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩嗎？討論一：判斷圖示電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩嗎？RC移項式電路問:RC移相電路有幾級才可能產(chǎn)生正弦波振蕩？討論二：合理連接電路，組成文氏橋振蕩電路討論三：設(shè)電路已產(chǎn)生穩(wěn)幅正弦波振蕩，當(dāng)輸出電壓達到正弦波峰值時，二極管的正向壓降為0.6V，試粗略估算輸出電壓達到正弦波峰值Uom；三、LC

正弦波振蕩電路

1.LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性

理想LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在諧振時呈純阻性，且阻抗無窮大。諧振頻率為實際的LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)總是有損耗的，等效為R,在損耗較小時，品質(zhì)因數(shù)及諧振頻率損耗LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性損耗LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性

在f＝f0時，電容和電感中電流各約為多少？網(wǎng)絡(luò)的電阻為多少？

構(gòu)成正弦波振蕩電路最簡單的做法是通過引入正反饋并用反饋電壓取代輸入電壓。附加相移2、LC選頻放大電路→正弦波振蕩電路

當(dāng)f=f0時，電壓放大倍數(shù)的數(shù)值最大，且附加相移為0。1）變壓器反饋式電路特點：易振，波形較好；耦合不緊密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。分析電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的步驟：1)是否存在組成部分2)放大電路是否能正常工作3)是否滿足相位條件

為使N1、N2耦合緊密，將它們合二為一，組成三點式電感反饋式電路。必須有合適的同銘端！2）

電感反饋式(電感三點式)電路反饋電壓取自哪個線圈？反饋電壓的極性？必要嗎？

電感的三個抽頭分別接晶體管的三個極，故稱之為電感三點式電路。

電感三點式正弦波振蕩電路又稱哈特萊振蕩電路，其電路如圖所示。它的特點是把諧振回路的電感分成L1和L2兩個部分，利用L2上的電壓直接作為反饋信號，不需要用變壓器。

電感三點式正弦波振蕩電路（a）共基極接法的電感三點式（b）共射極接法的電感三點式電感反饋式(電感三點式)電路

電感反饋式電路特點：耦合緊密，易振，振幅大，C用可調(diào)電容可獲得較寬范圍的振蕩頻率。波形較差，常含有高次諧波。

由于電感對高頻信號呈現(xiàn)較大的電抗，故波形中含高次諧波，為使振蕩波形好，采用電容反饋式電路。

電感三點式正弦波振蕩電路的振蕩頻率基本上等于LC并聯(lián)電路的諧振頻率,即其中L′是諧振回路的等效電感,即3）電容反饋式（電容三點式）電路

若要振蕩頻率高，則L、C1、C2的取值就要小。當(dāng)電容減小到一定程度時，晶體管的極間電容將并聯(lián)在C1和C2上，影響振蕩頻率。特點：波形好，振蕩頻率調(diào)整范圍小，適于頻率固定的場合。與放大電路參數(shù)無關(guān)電容三點式正弦波振蕩電路的特點是用C1和C2兩個電容作為諧振回路電容，利用電容C2上的電壓直接作為反饋信號。電容反饋式（電容三點式）電路電容三點式正弦波振蕩電路（a）共基極接法的電容三點式（b）共射極接法的電容三點式四、石英晶體正弦波振蕩電路

1.石英晶體的特點SiO2結(jié)晶體按一定方向切割的晶片。1）壓電效應(yīng)和壓電振蕩：機械變形和電場的關(guān)系固有頻率只決定于其幾何尺寸，故非常穩(wěn)定。當(dāng)交變電場的頻率為某一特定值時，振蕩會驟然增大，產(chǎn)生共振。加交變電場產(chǎn)生一定頻率的機械變形，而這種機械振動又會產(chǎn)生交變電場。容性感性阻性2）石英晶體的等效電路和振蕩頻率當(dāng)?shù)刃щ娐返腞、L、C支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振，該支路成純電阻性諧振頻率下總阻抗等于R和C0的并聯(lián)阻抗，因,故近似認為石英晶體也成純電阻性，等效電阻為R。R<<ωoC

一般LC選頻網(wǎng)絡(luò)的Q為幾百，石英晶體的Q可達104～106；前者Δf/f為10－5，后者可達10－10～10－11。2.電路①石英晶體工作在哪個區(qū)？②是哪種典型的正弦波振蕩電路？①石英晶體工作在哪個區(qū)？②兩級放大電路分別為哪種基本接法？③C1的作用？（1）并聯(lián)型電路（2）串聯(lián)型電路旁路電容討論一同銘端？能產(chǎn)生正弦波振蕩嗎？注意事項：1.放大電路必須能夠正常工作，放大電路的基本接法；2.斷開反饋，在斷開處加f=f0的輸入電壓；3.找出在哪個元件上獲得反饋電壓，是否能取代輸入電壓。一、常見的非正弦波二、矩形波發(fā)生電路三、三角波發(fā)生電路四、鋸齒波發(fā)生電路五、波形變換電路非正弦波振蕩電路一、常見的非正弦波矩形波三角波鋸齒波尖頂波階梯波矩形波是基礎(chǔ)波形，可通過波形變換得到其它波形。二、矩形波發(fā)生電路

輸出無穩(wěn)態(tài)，有兩個暫態(tài)；若輸出為高電平時定義為第一暫態(tài)，則輸出為低電平為第二暫態(tài)。1.基本組成部分（1）開關(guān)電路：輸出只有高電平和低電平兩種情況，稱為兩種狀態(tài)；因而采用電壓比較器。（2）反饋網(wǎng)絡(luò)：因為產(chǎn)生振蕩，就要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉(zhuǎn)換，所以電路應(yīng)引入反饋。（3）延遲環(huán)節(jié)：輸出狀態(tài)按一定的時間間隔交替變化，所以電路要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)的維持的時間，決定振蕩頻率。利用RC電路實現(xiàn)。2.

電路組成正向充電：

uO（+UZ）→R→C→地反向充電：地→C→R→uO（－UZ）RC回路滯回比較器滯回比較器：集成運放、R1、R2；充放電回路：R、C；（延遲環(huán)節(jié)、反饋網(wǎng)絡(luò)）鉗位電路：UZ、R3。（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）

由反相輸入滯回電壓比較器和RC電路組成。RC電路既作為延遲環(huán)節(jié)又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC的充放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設(shè)t=0時，uC=

0，uO=+UZ則tOuCOuOt當(dāng)u-=uC

=u+

時，t1t2則當(dāng)u-=uC

=u+

時，輸出又一次跳變，uO=+UZ輸出跳變，uO=-UZ3.

工作原理：上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生振蕩。

振蕩周期電容的充放電規(guī)律：對于放電，所以:t1t2tOuCOuOtt3結(jié)論：改變充放電回路的時間常數(shù)及滯回比較器的電阻，即可改變振蕩周期。當(dāng)時代入上式得：

解之得

則方波的振蕩頻率

t1t2tOuCOuOtt3脈沖寬度4.

波形分析

正向充電和反向充電時間常數(shù)可調(diào)，占空比就可調(diào)。5.

占空比可調(diào)電路電容C的充、放電時間分別為：1RC延遲電路RC積分電路合二為一三、三角波發(fā)生電路

將RC電路和積分電路“合二為一”，即去掉方波發(fā)生電路中的RC電路，使積分電路既作為延遲環(huán)節(jié)又作為方波變?nèi)遣娐?，滯回比較器和積分運算電路的輸出互為另一個電路的輸入即構(gòu)成方波-三角波電路。求滯回比較器的電壓傳輸特性：三要素

UOH

、UOL

，UT，uI過UT時曲線的躍變方向。2.

電路組成設(shè)t=0時，合閘通電，通常C上電壓為0。uO1=+uZ→C充電(uc↑而

uo↓

)→

u1+↓

=0→

uO1

＝-UZ（翻轉(zhuǎn)）→

C放電(uc↓而

uo↑

)→

u1+↑=0→

uO1從-UZ躍變?yōu)?UZ（翻轉(zhuǎn)）。重復(fù)上述過程，產(chǎn)生周期性的變化，即振蕩。

2.

工作原理+-uC3.計算(1)uo幅值計算。當(dāng)時,對應(yīng)的uo值為輸出三角波的幅值Uom,即解得：(2)振蕩周期的計算由A2的積分電路可求出振蕩周期,其輸出電壓uo從-Uom上升到+Uom所需時間為T/2,所以得將幅值代入,可得4.