電工技術(shù)PPT課件

1、第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)9 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù) 正弦波發(fā)生電路能產(chǎn)生正弦波輸出，它是在放大電路的基礎(chǔ)上加上正反饋而形成的，它是各類波形發(fā)生器和信號源的核心電路。正弦波發(fā)生電路也稱為正弦波振蕩電路或正弦波振蕩器。 9.1 9.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路的振蕩條件的振蕩條件第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)9.1.19.1.1正弦波發(fā)生電路的組成正弦波發(fā)生電路的組成 為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋，因此放大電路放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路的最主要部分。但是，這樣兩部分構(gòu)成的振蕩

2、器一般得不到正弦波，這是由于很難控制正反饋的量。 如果正反饋量大，則增幅，輸出幅度越來越大，最后由三極管的非線性限幅，這必然產(chǎn)生非線性失真。反之，如果正反饋量不足，則減幅，可能停振，為此振蕩電路要有一個(gè)穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅電路。 第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù) 為了獲得單一頻率的正弦波輸出，應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)往往和正反饋網(wǎng)絡(luò)或放大電路合而為一。選頻網(wǎng)絡(luò)由R、C和L、C等電抗性元件組成。正弦波振蕩器的名稱一般由選頻網(wǎng)絡(luò)來命名。 因此，一個(gè)完整的正弦波發(fā)生電路的必須包含放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅電路四部分電路。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)9.1

3、.2 9.1.2 產(chǎn)生正弦波的條件產(chǎn)生正弦波的條件 產(chǎn)生正弦波的條件與負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激的條件十分類似。只不過負(fù)反饋放大電路中是由于信號頻率達(dá)到了通頻帶的兩端，產(chǎn)生了足夠的附加相移，從而使負(fù)反饋?zhàn)兂闪苏答仭Ｔ谡袷庪娐分屑拥木褪钦答?，振蕩建立后只是一種頻率的信號，無所謂附加相移。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)FAAA1f 振蕩條件 幅度平衡條件 相位平衡條件 1FA1FAAF = A+ F= 2n 比較圖 (a) 和 (b)就可以明顯地看出負(fù)反饋放大電路和正反饋振蕩電路的區(qū)別了。由于振蕩電路的輸入信號 ，所以 。0iXfiXX(a) 負(fù)反饋放大電路 (b) 正反饋振蕩電

4、路 第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)1|FA 振蕩器在剛剛起振時(shí)，為了克服電路中的損耗，需要正反饋強(qiáng)一些，即要求這稱為起振條件起振條件。9.1.3 9.1.3 起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件和穩(wěn)幅原理1.|.|FA 既然 ，起振后就要產(chǎn)生增幅振蕩，需要靠三極管大信號運(yùn)用時(shí)的非線性特性去限制幅度的增加，這樣電路必然產(chǎn)生失真。這就要靠選頻網(wǎng)絡(luò)的作用，選出失真波形的基波分量作為輸出信號，以獲得正弦波輸出。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)9.2.1 9.2.1 RCRC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)9.2 RC9.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 RC正弦波振蕩電路有橋式

5、振蕩電路、雙T網(wǎng)絡(luò)式和移相式振蕩電路等類型。在這里重點(diǎn)討論橋式振蕩電路。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù) RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電路如圖所示。RC串聯(lián)臂的阻抗用Z1表示，RC并聯(lián)臂的阻抗用Z2表示。其頻率響應(yīng)如下:)j/1 (111CRZ222222j1 )j/1/(CRRCRZRC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)1)122C1RCR1j()1 (2121CRCRR/j+)Cj/1 (2122221112RCCRCRRR)j1()Cj/1 (222112RCRRR諧振頻率為: f0=212121CCRRRC10當(dāng)R1 = R2，C1 = C2時(shí)，諧振角頻率和

6、諧振頻率分別為:RCf210)j1/(+)Cj/1 ()j1/(22211222212CRRRCRRZZZofVVF第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)幅頻特性幅頻特性:相頻特性相頻特性:31F 當(dāng) f=f0 時(shí)的反饋系數(shù) ,且與頻率f0的大小無關(guān)。此時(shí)的相角 F=0。即改變頻率不會影響反饋系數(shù)和相角，在調(diào)節(jié)諧振頻率的過程中，不會停振，也不會使輸出幅度改變。有關(guān)曲線見圖11.02(b)。F20022122121221)(31)1()1 (1CRCRCCRR3arctg11arctg0012211221FCCRRCRCR第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的

7、頻率特性曲線第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)9.2.2 9.2.2 RCRC文氏橋振蕩電路文氏橋振蕩電路 1.RC文氏橋振蕩電路的構(gòu)成 RC文氏橋振蕩電路如圖所示，RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是正反饋網(wǎng)絡(luò)，另外還增加了R3和R4負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。 C1、R1和C2、R2正反饋支路與R3、R4負(fù)反饋支路正好構(gòu)成一個(gè)橋路，稱為文氏橋。 RC文氏橋振蕩電路第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)當(dāng)C1 =C2、R1 =R2時(shí): 為滿足振蕩的幅度條件 =1，所以Af3。加入R3、R4支路，構(gòu)成串聯(lián)電壓負(fù)反饋。FA31ofVVFF=0RCff2103143fRRA第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生

8、電路 電工技術(shù) 2.RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過程 RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅作用是靠熱敏電阻R4實(shí)現(xiàn)的。R4是正溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)輸出電壓升高，R4上所加的電壓升高，即溫度升高，R4的阻值增加，負(fù)反饋增強(qiáng)，輸出幅度下降。反之輸出幅度增加。若熱敏電阻是負(fù)溫度系數(shù)，應(yīng)放置在R3的位置。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路電路的電壓增益為4p3pf +1=RRRRAv 式中 Rp是電位器上半部的電阻值，Rp是電位器下半部的電阻值。R3= R3 / RD，RD是并聯(lián)二極管的等效平均電阻值。 當(dāng)Vo大時(shí)，二極管支路的交流電流較大，RD較小，Avf較小，于是Vo下降。由圖

9、(b)可看出二極管工作在C、D點(diǎn)所對應(yīng)的等效電阻，小于工作在A、B點(diǎn)所對應(yīng)的等效電阻，所以輸出幅度小。 二極管工作在A、B點(diǎn)，電路的增益較大，引起增幅過程。當(dāng)輸出幅度大到一定程度，增益下降，最后達(dá)到穩(wěn)定幅度的目的。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)9.3 LC9.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路9.3.1 LC9.3.1 LC選頻放大電路選頻放大電路1.諧振頻率與諧振電阻 )1(11)(CLjrCLLrCjLjrCjLjrZABiULIABCLrCI總I LC和RC振蕩電路產(chǎn)生正弦振蕩的原理基本相同，不同的是，RC振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)由電阻和電容組成，而LC振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)由

10、電感和電容組成。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)諧振電阻諧振電阻02020)(1)(RrCrLCrLZAB理想電路理想電路CLR0L、C為理想電抗件R0體現(xiàn)了損耗第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)LCf210rCULrURUIABABOAB2020)()(總LjrUIABL總IrLLULrUIABABL00202)(LjUIABC/1總ICrCUIABC0012.特點(diǎn):（1）諧振頻率：（2）諧振時(shí)總的容抗等于感抗：CL1兩端呈純電阻。（3）諧振時(shí)總電流與總電壓同相，支路電流比總電流大。電感支路：電容支路：第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)3.諧振回路

11、的品質(zhì)因數(shù)0000000CRLRCLr1Cr1rLQC10定義：諧振時(shí)電路的電抗（0L或 ）與等效損耗電阻之比。Q0的大小標(biāo)志著諧振質(zhì)量的優(yōu)劣。Q0損耗越小。Q0通常在30200之間。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)4.諧振曲線iULIABCLrCI總I(1)諧振曲線fo+90 90 f0fABZR0)1(CLjrCLZAB)(11)1(1100000CrrLjRrCrLjrCLZAB)ffff(jQ1RffQffQj1R000000000(2)通用諧振方程第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù))(10000ffffjQRZAB)(1100200ffffQRZAB00

12、0000000202000022)()(QffffffQffffffQffffQffffQ2000AB)ff2Q(11RZ0ff2或在f=f0f的情況下：則其中相對失諧量，描述了f偏離f0的程度。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)1200ffQ1)(20020fffQ1)(20010fffQ2)(20120fffQBWQfff0012(3)通頻帶21RZ0AB當(dāng)時(shí)，相減得可見Q0愈大，通頻帶愈窄。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)LssLsLLsTRRRRRRRRRRRRR0000/LRQTL0LRQ000LsLRRRRQQ/10005.信號源和負(fù)載與并聯(lián)諧振回路的

13、連接CLR0IsRsRL令則而結(jié)論：結(jié)論：Rs和和RL的接入，使回路的損耗增加，通頻帶變寬。的接入，使回路的損耗增加，通頻帶變寬。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)BBACL2L1rCBCL2CL1rCjLjLjrCjLjLjrZCB1)1)(2121)1(212121CLLjrLLCLLC1C)LL(1210rLLLCLrrLLLLCCLZCB210212121211)()(1)(16.改變并聯(lián)諧振回路阻抗的辦法(1)電感中間抽頭諧振頻率諧振阻抗忽略兩線圈間的互感和R的影響第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)BCArLC2C1CBrLC2C1212111)1(1Cj

14、LjrCjCjLjrCjZCB)1(121212121CCCCLjRCCCLLC1CCCCL1212102102121)(11CrrrCCCLZCB忽略r的影響（2）電容中間抽頭諧振頻率諧振阻抗第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)（3）結(jié)論 諧振頻率僅僅決定于回路的總電感L和總電容C，與抽頭位置無關(guān)。諧振阻抗與抽頭的位置有關(guān)。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)9.3.2 9.3.2 變壓器反饋?zhàn)儔浩鞣答丩CLC振蕩電路振蕩電路變壓器反饋LC振蕩電路 LC并聯(lián)諧振電路作為三極管的負(fù)載，反饋線圈L2與電感線圈相耦合,將反饋信號送入三極管的輸入回路。交換反饋線圈的兩個(gè)線頭，

15、可使反饋極性發(fā)生變化。調(diào)整反饋線圈的匝數(shù)可以改變反饋信號的強(qiáng)度，以使正反饋的幅度條件得以滿足。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù) 有關(guān)同名端的極性請參閱右圖。同名端的極性 變壓器反饋LC振蕩電路的振蕩頻率與并聯(lián)LC諧振電路相同，為LCf210第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)9.3.39.3.3 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LCLC振蕩電路振蕩電路1.電感三點(diǎn)式LC振蕩器 電感線圈L1和L2是一個(gè)線圈，2點(diǎn)是中間抽頭。用瞬時(shí)極性法可判斷出電路符合正反饋的相位條件。電感三點(diǎn)式LC振蕩器（CB）電感三點(diǎn)式LC振蕩器（CE）第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù) 分析三點(diǎn)式LC

16、振蕩電路常用如下方法，將諧振回路的阻抗折算到三極管的各個(gè)電極之間，有Zbe、Zce、Zcb 。三點(diǎn)式振蕩器 Zbe是L2、 Zce是L1、 Zcb是C?？梢宰C明若滿足相位平衡條件， Zbe和Zce必須同性質(zhì)，即同為電容或同為電感，且與Zcb性質(zhì)相反。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)2.電容三點(diǎn)式LC振蕩電路 與電感三點(diǎn)式LC振蕩電路類似的有電容三點(diǎn)式LC振蕩電路。（a）CB組態(tài) （b）CE組態(tài) 電容三點(diǎn)式LC振蕩電路第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)例11.1：下圖為一個(gè)三點(diǎn)式振蕩電路 試判斷是否滿足相位平衡條件。（a）（b）第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路

17、 電工技術(shù)例例1：正反饋正反饋頻率由C 、L1 、L2諧振網(wǎng)絡(luò)決定。設(shè)設(shè)uB uC uD uB uL2 ube uL1 +UCCCC1L1L2C2uL1uL2uCD3. 三點(diǎn)式振蕩電路舉例第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)+UCCCC1L1L2例例2：+ +正反饋正反饋反相反相+振蕩頻率振蕩頻率:M為兩線圈的互感為兩線圈的互感(L+L+2M)Cf21012uo第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)+UCCC1C1LC2+ 反相反相例例3：正反饋正反饋振蕩頻率振蕩頻率:LCf210其中：其中：C=C1 C2C1 + C2第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)例例

18、4：+UCCC1C2+ubeube增加增加正反饋正反饋+第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)9.3.4 9.3.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路（2）影響振蕩頻率不穩(wěn)定的因素 溫度的變化、電源電壓的波動(dòng)、元件參數(shù)的變化等。（3）由于LC回路的Q值不能做得很高，所以LC振蕩器的頻率不可能達(dá)到很高。00ffff指定頻率頻率偏差CLRRLQ10頻率穩(wěn)定度=（1）對于振蕩器的振蕩頻率，要求具有較高的穩(wěn)定性。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)1.石英晶體的物理特性極其等效電路 石英晶體是SiO2的一種結(jié)晶體，具有各向異性的物理特性。在石英晶體上按一定方位切下的薄片晶片。 （1）基本特性 石英振蕩器在電路中之所以能夠代替LC諧振回路是具有壓電效應(yīng)。第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù) 若在晶片上外加交變電壓，由于壓電效應(yīng)，從外電路來看，相當(dāng)于有交流通過晶片。 外加電壓頻率石英晶體的固有機(jī)械諧振頻率時(shí)，壓電電流滯后外加電壓 外加電壓頻率=石英晶體的固有機(jī)械諧振頻率時(shí)，壓電電流最大壓電諧振 第九章第九章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 電工技術(shù)感性容性容性（2）等效電路LC0C R|Z|f等效電路阻抗特性 fpfSC0靜態(tài)電容。即兩極板之間的電容，與晶片的幾何尺寸、極板面積有關(guān)， 幾PF幾十PF。L機(jī)械振蕩的慣性。