模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)：第9章 信號(hào)產(chǎn)生電路

第9章信號(hào)產(chǎn)生電路電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)本章主要內(nèi)容正弦波振蕩電路的振蕩條件RC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路石英晶體振蕩電路 （屬LC電路一種）最終要求：①判斷電路能否振蕩②求振蕩頻率

f0＝？電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)本章主要內(nèi)容介紹幾種非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路（1）電壓比較器（2）方波產(chǎn)生電路（3）三角波和鋸齒波產(chǎn)生電路最終要求：會(huì)對(duì)各電路進(jìn)行分析關(guān)鍵：是vO和vI的關(guān)系為何？通常給出vI波形，要能畫出vO波形。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)概述在模擬電子電路中，存在著各種類型的信號(hào)產(chǎn)生電路，就其產(chǎn)生的波形而言，通?？梢苑譃閮纱箢悾赫也ǚ钦也ň匦尾ㄈ遣ㄤ忼X波等等這些波形信號(hào)常被作為信號(hào)源廣泛應(yīng)用于許多工程領(lǐng)域。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9.1正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波振蕩電路的定義：是指在沒有外加輸入信號(hào)的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。應(yīng)用例：實(shí)驗(yàn)室中的低頻信號(hào)發(fā)生器就是一種正弦波振蕩電路。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)正弦波振蕩電路的方框圖及產(chǎn)生條件分析一.產(chǎn)生條件【分析】假設(shè)先將S接在1端，且有：vi經(jīng)過放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)后，在2端得到一個(gè)同樣頻率的正弦電壓vf，即：～S21電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)～S21【分析】若使得則如果把S倒向2端，vo將和原來完全相同，沒有任何改變。即：放大電路產(chǎn)生了正弦波振蕩，其角頻率為ω。結(jié)果正弦波振蕩電路的方框圖及產(chǎn)生條件分析一.產(chǎn)生條件電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)由此可以得出,放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件：∵而∴產(chǎn)生正弦波振蕩的條件分別用振幅平衡條件和相位平衡條件表示如下：振幅平衡條件相位平衡條件電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)【解釋】有區(qū)別！負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是由這里正弦波振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：××由負(fù)反饋?zhàn)兂闪苏答佉肓苏答佌也ㄕ袷庪娐匪a(chǎn)生的自激振蕩和負(fù)反饋放大電路中所產(chǎn)生的自激振蕩有區(qū)別嗎？電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二.起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件：結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩（略大于）主動(dòng)：在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的增益

穩(wěn)幅條件：穩(wěn)幅措施：起振過程被動(dòng)：器件本身的非線性電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三.正弦波振蕩器的一般組成放大電路（A）正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率f0，只對(duì)這一個(gè)頻率滿足振蕩條件，從而獲得單一頻率的正弦波輸出。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：信號(hào)幅值穩(wěn)定。也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是使輸出其中選頻網(wǎng)絡(luò)往往與反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一；振蕩電路中的穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，在分立元件放大電路中常依靠放大電路中三極管的非線性作用實(shí)現(xiàn)，而不另加穩(wěn)幅電路。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)四.正弦波振蕩器的分類正弦波振蕩電路常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件來命名，分為：RC振蕩電路：LC振蕩電路：用R、C元件組成；用于產(chǎn)生1Hz～1MHz的低頻信號(hào)。用L、C元件組成；用于產(chǎn)生1MHz以上的高頻信號(hào)。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)Q1：振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無須輸入信號(hào)就能起振，起振的信號(hào)源來自何處？電路器件內(nèi)部噪聲?！敬鸢浮縌2：電路器件的內(nèi)部噪聲不是單一頻率噪聲，而電路輸出的是單一頻率的正弦波，如何實(shí)現(xiàn)？【答案】率

0滿足相位平衡條件，形成正反饋，成為振蕩電路的輸出信號(hào)；而其它頻率的信號(hào)，則不滿足相位平衡條件，逐漸被抑制掉。振蕩電路中的選頻網(wǎng)絡(luò)，只使噪聲中某一頻電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)【答案】Q3：起振條件是否意味著輸出電壓將越來越大，趨于無窮？振蕩電路中的穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，將限制輸出信號(hào)幅度無限增長，當(dāng)輸出信號(hào)達(dá)到一定值后，將使其穩(wěn)定。一是可以另加穩(wěn)幅電路；二是直接依靠放大電路中晶體管的非線性作用實(shí)現(xiàn)。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9.2RC正弦波振蕩電路一.RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性R1C1

串聯(lián)阻抗：R2C2

并聯(lián)阻抗：選頻特性：電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)定性分析（1）當(dāng)信號(hào)的頻率很低時(shí)：>>R1>>R2其低頻等效電路為：其頻率特性為：當(dāng)ω=0時(shí)，uf=0，│F│=0=+90°當(dāng)ω↑時(shí)，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF90°電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（2）當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)：＜＜R1＜＜R2其高頻等效電路為：其頻率特性為：當(dāng)ω=∞時(shí)，uf=0，│F│=0=-90°當(dāng)ω↓時(shí)，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF-90°電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)ω0=？│F│max=？由以上分析知：一定有一個(gè)頻率ω0存在，當(dāng)ω=ω0時(shí)，│F│最大，且=0°0|F|0φF90°0|F|0φF-90°電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)定量分析R1C1

串聯(lián)阻抗：R2C2

并聯(lián)阻抗：頻率特性：電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：式中：可見：當(dāng)時(shí)，│F│最大，且=0°

│F│max=1/3電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整的頻率特性曲線：當(dāng)時(shí)，│F│=│F│max=1/3φF+90°|F|電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二.RC橋式振蕩器的工作原理在f0處滿足相位條件：因?yàn)椋篈F=131=F11f+=RRA1f2RR=只需：A=3輸出正弦波頻率振幅條件：引入負(fù)反饋：選：電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)例題:R=1k

，C=0.1

F，R1=10k

。Rf為多大時(shí)才能起振？振蕩頻率f0=？AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k

=1592Hz起振條件：電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)能自動(dòng)穩(wěn)幅的振蕩電路半導(dǎo)體熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)）起振時(shí)Rt較大使A>3,易起振。當(dāng)uo幅度自激增長時(shí)，Rt減小，A減小。

當(dāng)uo幅度達(dá)某一值時(shí)，A→3。

當(dāng)uo進(jìn)一步增大時(shí)，RT再減小,使A<3。因此uo幅度自動(dòng)穩(wěn)定于某一幅值。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)能自動(dòng)穩(wěn)幅的振蕩電路

起振時(shí)D1、D2不導(dǎo)通，Rf1+Rf2略大于2R1。隨著uo的增加，D1、D2逐漸導(dǎo)通，Rf2被短接，A自動(dòng)下降，起到穩(wěn)幅作用。

將Rf分為Rf1

和Rf2，

Rf2并聯(lián)二極管電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一.LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性(阻性)LC并聯(lián)諧振特點(diǎn)：諧振時(shí)，總路電流很小，支路電流很大，電感與電容的無功功率互相補(bǔ)償，電路呈阻性。R為電感和回路中的損耗電阻

9.3LC正弦波振蕩器當(dāng)時(shí)，并聯(lián)諧振。諧振時(shí)，電路呈阻性：返回電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

Q為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，Q值越大，曲線越陡越窄，選頻特性越好。諧振時(shí)LC并聯(lián)諧振電路相當(dāng)一個(gè)大電阻。LC并聯(lián)諧振回路的幅頻特性曲線|Z|Q小Q大電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)互感線圈的極性判別1234初級(jí)線圈次級(jí)線圈同名端1234+–+–

在LC振蕩器中，反饋信號(hào)通過互感線圈引出同名端：電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二.變壓器反饋式LC振蕩電路

工作原理：三極管共射放大器。利用互感線圈的同名端：

滿足相位條件。振蕩頻率:電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)判斷是否是滿足相位條件——相位平衡法：斷開反饋到放大器的輸入端點(diǎn)，假設(shè)在輸入端加入一正極性的信號(hào)，用瞬時(shí)極性法判定反饋信號(hào)的極性。若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相，則滿足相位條件；否則不滿足。(+)(-)(+)電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(+)(+)(+)(+)LC正弦波振蕩器舉例1：滿足相位平衡條件電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（+）（+）（–）（+）LC正弦波振蕩器舉例2：振蕩頻率:（–）滿足相位平衡條件電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)仍然由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)三.三點(diǎn)式LC振蕩電路原理：uf與uo反相uf與uo同相電感三點(diǎn)式：電容三點(diǎn)式：uf與uo反相uf與uo同相電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電感三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩頻率：電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電容三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩頻率：電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)例：試判斷下圖所示三點(diǎn)式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。四.石英晶體振蕩電路頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由來衡量——頻率偏移量?！袷庮l率。LC振蕩電路Q——數(shù)百石英晶體振蕩電路Q——10000500000電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)石英晶體（2）基本特性（1）結(jié)構(gòu)：極板間加電場(chǎng)極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場(chǎng)壓電效應(yīng)交變電壓機(jī)械振動(dòng)交變電壓機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高。當(dāng)交變電壓頻率=固有頻率時(shí)，振幅最大符號(hào)壓電諧振電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（3）石英晶體的等效電路與頻率特性等效電路：（a）串聯(lián)諧振頻率特性：

晶體等效純阻且阻值≈0（b）并聯(lián)諧振通常所以X感性0容性電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)石英晶體振蕩電路利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點(diǎn)，構(gòu)成LC振蕩電路。（1）并聯(lián)型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs與fp之間，相當(dāng)一個(gè)大電感，與C1、C2組成電容三點(diǎn)式振蕩器。由于石英晶體的Q值很高，可達(dá)到幾千以上，所以電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。X感性0容性電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（2）串聯(lián)型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs處，呈電阻性，而且阻抗最小，正反饋?zhàn)顝?qiáng)，相移為零,滿足振蕩的相位平衡條件。對(duì)于fs以外的頻率，石英晶體阻抗增大,且相移不為零，不滿足振蕩條件，電路不振蕩。

X感性0容性電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)例：分析下圖的振蕩電路能否產(chǎn)生振蕩，若產(chǎn)生振蕩,石英晶體處于何種狀態(tài)？電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9.4非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路

將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一參考電壓相比較，輸出一定的高低電平。功能：構(gòu)成：運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關(guān)系uo=f(ui)是非線性函數(shù)。uoui0+UOM-UOM一.電壓比較器電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開環(huán)或引入正反饋。運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的分析方法：若U+＞U-

則UO=+UOM；若U+＜U-

則UO=-UOM。

虛斷（運(yùn)放輸入端電流=0）

注意：此時(shí)不能用虛短！uoui0+UOM-UOM電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)uoui0+UOM-UOM（1）過零比較器（門限電平=0）uoui0+UOM-UOM單門限電壓比較器電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)tuituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（2）單門限比較器（與參考電壓比較）uoui0+Uom-UomUREFUREF為參考電壓當(dāng)ui>UREF時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui<UREF時(shí),uo=-Uom

運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)uoui0+Uom-UomUREF當(dāng)ui<UREF時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui>UREF時(shí),uo=-Uom

若ui從反相端輸入電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)uoui0+UZ-UZ（A）用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓忽略了UD（3）限幅電路——使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值當(dāng)ui>0時(shí),uo=+UZ當(dāng)ui<0時(shí),uo=-UZ

電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（B）穩(wěn)幅電路的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路中uoui0+UZ-UZ當(dāng)ui>0時(shí),uo=-UZ當(dāng)ui<0時(shí),uo=+UZ

電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)遲滯比較器（1）工作原理——兩個(gè)門限電壓。特點(diǎn):電路中使用正反饋——運(yùn)放工作在非線性區(qū)。（A）當(dāng)uo=+UZ時(shí)，（B）當(dāng)uo=-UZ時(shí)，UT+稱上門限電壓UT-稱下門限電壓UT+-UT-稱為回差電壓電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（2）遲滯比較器的電壓傳輸特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-設(shè)ui

,當(dāng)ui=<UT-時(shí),

uo從-UZ

+UZ這時(shí),uo=-UZ,u+=UT-設(shè)初始值:

uo=+UZ,

u+=UT+設(shè)ui

,當(dāng)ui=>UT+時(shí),

uo從+UZ

-UZ電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)例題：Rf=10k

，R2=10k

，UZ=6V，UREF=10V。當(dāng)輸入ui為如圖所示的波形時(shí)，畫出輸出uo的波形。上下限：uoui08V3V傳輸特性+6V-6V電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V傳輸特性+6V-6V電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電路結(jié)構(gòu)由滯回比較電路和RC定時(shí)電路構(gòu)成上下限:二.方波產(chǎn)生電路電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)工作原理(1)設(shè)uo

=

+UZ,

此時(shí)，uO給C充電,uc

，則：u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦uc>UT+

,就有u->u+,uo

立即由＋UZ變成－UZ

。在uc<UT+

時(shí)，u-

<u+,

設(shè)uC初始值uC(0+)=0方波發(fā)生器uo保持+UZ不變+UZ電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)此時(shí)，C向uO放電,再反向充電(2)當(dāng)uo

=

-UZ時(shí)，u+=UT-uc達(dá)到UT-時(shí)，uo上跳。UT+uctUT-當(dāng)uo

重新回到＋UZ

后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化-UZ電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)0UT+uctUT-+UZuo0t

-UZT完整的波形：計(jì)算振蕩周期T。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)周期與頻率的計(jì)算：0UT+uctUT-

+UZ

-UZT1T2TT=T1+T2=2T2

uc(t)=UC(

)+

UC(0+)-UC(

)e,=RC-t

T2階段uc(t)的過渡過程方程為:f=1/T可推出:電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)占空比可調(diào)的方波發(fā)生器UZuo0t-UZ改變電位器RW

的滑動(dòng)端，就改變了沖放電的時(shí)間，從而使方波的占空比可調(diào)。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三.三角波和鋸齒波產(chǎn)生電路電路結(jié)構(gòu)：遲滯比較器+反相積分器三角波發(fā)生器工作原理：若uo1=+UZ，uo2↓，u+↓。

當(dāng)u+≤0時(shí)，uo1翻轉(zhuǎn)為-UZ。若uo1=-UZ，uo2↑，u+↑

。

當(dāng)u+≥0時(shí)，uo1翻轉(zhuǎn)為+UZ。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)波形圖振蕩周期：0UT+uo2tUT-+UZuo10t

-UZ