第8章信號產(chǎn)生電路電路ppt課件

1、 8.1 正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波振蕩電路的振蕩條件 8.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 8.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 在實(shí)際中，廣泛采用各種類型的信號產(chǎn)生電路，在實(shí)際中，廣泛采用各種類型的信號產(chǎn)生電路，就其波形來說，能夠是正弦波或非正弦波。就其波形來說，能夠是正弦波或非正弦波。 在通訊、廣播、電視系統(tǒng)中，都需求射頻在通訊、廣播、電視系統(tǒng)中，都需求射頻( (高頻高頻) )發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻( (低頻低頻) )、視、視頻信號或脈沖信號運(yùn)載出去，這就需求能產(chǎn)生高頻頻信號或脈沖信號運(yùn)載出去，這就需求能產(chǎn)生高頻信號的振蕩器。信號

2、的振蕩器。 在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火，超聲波焊接，超聲診斷，核磁加熱、熔煉、淬火，超聲波焊接，超聲診斷，核磁共振成像等，都需求功率或大或小、頻率或高或低共振成像等，都需求功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器?？梢姡也ㄕ袷庪娐吩诟鱾€科學(xué)技術(shù)的振蕩器?？梢?，正弦波振蕩電路在各個科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的運(yùn)用是非常廣泛的。領(lǐng)域的運(yùn)用是非常廣泛的。 非正弦信號非正弦信號( (方波、鋸齒波等方波、鋸齒波等) )發(fā)生器在丈量設(shè)備、發(fā)生器在丈量設(shè)備、數(shù)字系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)中的運(yùn)用也日益廣泛。數(shù)字系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)中的運(yùn)用也日益廣泛。 學(xué)習(xí)指點(diǎn)

3、學(xué)習(xí)指點(diǎn)回想負(fù)反響放大電路的自激振蕩的條件 對中頻信號而言的負(fù)反響根本放大根本放大電路電路AidXoX反響網(wǎng)絡(luò)反響網(wǎng)絡(luò)FfX+iX輸出信號輸出信號輸入信號輸入信號反響信號反響信號凈輸入信號凈輸入信號+ 負(fù)反響放大電路有能夠自激振蕩，這與本章要討論的振蕩有原那么區(qū)別 前者：由于在高頻區(qū)、低頻區(qū)放大電路中不可防止必需思索三極管的結(jié)電容、隔直電容、旁路電容的影響地存在附加相移，使放大電路在中頻區(qū)人為引入地負(fù)反響，在高頻區(qū)、低頻區(qū)轉(zhuǎn)化為正反響，當(dāng)滿足一定的幅值和相位條件時，便產(chǎn)生了繼續(xù)的自激振蕩。破壞了系統(tǒng)的正常任務(wù)，必需加以消除。 后者：在放大電路中人為引入正反響對放大電路的中頻區(qū)而言，并使之滿足一

4、定的幅值和相位條件而產(chǎn)生自激振蕩。要發(fā)明條件使自激振蕩出現(xiàn)。 自激振蕩是正反響的一個特例8.1 正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波振蕩電路的振蕩條件1. 繼續(xù)振蕩的條件繼續(xù)振蕩的條件2. 起振和穩(wěn)幅起振和穩(wěn)幅3. 振蕩電路根本組成部分振蕩電路根本組成部分 正反響放大電路正反響放大電路如圖示。留意與如圖示。留意與負(fù)反響方框圖的差負(fù)反響方框圖的差別別1. 振蕩條件振蕩條件fiaXXX 假設(shè)環(huán)路增假設(shè)環(huán)路增益益1 FA那那么么， faXX 去掉去掉， iXoX仍有穩(wěn)定的輸出仍有穩(wěn)定的輸出又又fafa AFFAFA所以振蕩條件為所以振蕩條件為1)()( FA振幅平衡條件振幅平衡條件 n2)()(fa 相位

5、平衡條件相位平衡條件起振條件起振條件2. 起振和穩(wěn)幅起振和穩(wěn)幅電路器件內(nèi)部噪聲電路器件內(nèi)部噪聲1)()( FA n2)()(fa 噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率0的噪聲信號被的噪聲信號被放大，成為振蕩電路的輸出信號。放大，成為振蕩電路的輸出信號。當(dāng)電路一接上直流電源，電路中就有一個電沖擊，這個電沖擊含有豐富的諧波，有一個頻率為f0的正弦信號成分正好滿足起振條件。f0的正弦信號一開場很弱，但是由于AF1，閱歷幾個循環(huán)之后，輸出逐漸加大。 穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號幅值添加到一定程度時，穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號幅值添加到一定程度時，使振幅平衡條件從使振幅平衡

6、條件從AF1 到到AF=1由于放大電路的非線性特性，隨著由于放大電路的非線性特性，隨著vid的添加，的添加，A在減小由在減小由于于vid的添加使三極管的動態(tài)任務(wù)范圍進(jìn)入飽和區(qū)和截止區(qū)，的添加使三極管的動態(tài)任務(wù)范圍進(jìn)入飽和區(qū)和截止區(qū)，輸出波形被削頂、削底，電壓放大倍數(shù)減小當(dāng)輸出波形被削頂、削底，電壓放大倍數(shù)減小當(dāng)AF=1時，輸時，輸出到達(dá)穩(wěn)定，這時輸出波形有失真。出到達(dá)穩(wěn)定，這時輸出波形有失真。 也可以使F降低，這樣可以保證輸出不失真還可以在根本放大電路中引入負(fù)反響由非線性電阻引入，使放大倍數(shù)可以根據(jù)輸出變化而調(diào)整，而放大電路中的三極管的動態(tài)任務(wù)范圍不斷處在放大區(qū) 一個反響放大電路假設(shè)能同時滿足

7、自激振蕩的幅度和相位一個反響放大電路假設(shè)能同時滿足自激振蕩的幅度和相位平衡條件，就一定能產(chǎn)生自激振蕩，但并不見得一定能產(chǎn)生平衡條件，就一定能產(chǎn)生自激振蕩，但并不見得一定能產(chǎn)生正弦波自激振蕩，即輸出信號不一定是正弦波。正弦波自激振蕩，即輸出信號不一定是正弦波。3. 根本組成部分根本組成部分 這是由于，假設(shè)同時有多種頻率的正弦波信號都滿足自激這是由于，假設(shè)同時有多種頻率的正弦波信號都滿足自激振蕩條件，那么反響放大電路就可以在多種頻率下產(chǎn)生振蕩。振蕩條件，那么反響放大電路就可以在多種頻率下產(chǎn)生振蕩。它的輸出信號就是一個由多種頻率的正弦波信號合成的非正它的輸出信號就是一個由多種頻率的正弦波信號合成的非

8、正弦波信號。弦波信號。 為了獲得單一頻率的正弦波振蕩，可在反響放大電路中引入為了獲得單一頻率的正弦波振蕩，可在反響放大電路中引入選頻網(wǎng)絡(luò)選擇滿足相位平衡條件的一個頻率，使反響放大選頻網(wǎng)絡(luò)選擇滿足相位平衡條件的一個頻率，使反響放大電路對不同頻率的正弦波信號產(chǎn)生不同的相位移和放大倍數(shù)，電路對不同頻率的正弦波信號產(chǎn)生不同的相位移和放大倍數(shù)，使電路只讓某一特定頻率的正弦波信號滿足自激振蕩條件，保使電路只讓某一特定頻率的正弦波信號滿足自激振蕩條件，保證電路輸出正弦波信號。證電路輸出正弦波信號。4放大電路包括負(fù)反響放大電路放大電路包括負(fù)反響放大電路4反響網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正反響反響網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正反響4選頻網(wǎng)絡(luò)選擇滿足相

9、位平衡條件的一個頻率，經(jīng)常與反響選頻網(wǎng)絡(luò)選擇滿足相位平衡條件的一個頻率，經(jīng)常與反響 4網(wǎng)絡(luò)合二為一。網(wǎng)絡(luò)合二為一。4穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)RC RC 振蕩器振蕩器 低頻低頻1MHZ1MHZ1MHZ正弦波信號發(fā)生器根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)的分類正弦波信號發(fā)生器根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)的分類 RC 小于1MHZ LC 大于1MHZ8. 2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路1. 電路組成電路組成2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性3. 振蕩電路任務(wù)原理振蕩電路任務(wù)原理4. 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施1. 電路組成電路組成反響網(wǎng)絡(luò)兼做選頻網(wǎng)絡(luò)反響網(wǎng)絡(luò)兼做選頻網(wǎng)絡(luò)反響系數(shù)反響系數(shù)2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)選

10、頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性)()()(ofsVsVsFV 幅頻呼應(yīng)幅頻呼應(yīng)又又212ZZZ 2)(31sCRsCRsCR j s且令且令RC10 那么那么)( j3100 VF2002)(31 VF相頻呼應(yīng)相頻呼應(yīng)3)(arctg00f 2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性當(dāng)當(dāng)2002)(31 VF幅頻呼應(yīng)有最大值幅頻呼應(yīng)有最大值3)(arctg00f RCffRC 21 100 或或31max VF相頻呼應(yīng)相頻呼應(yīng)0f 在一切頻率范圍內(nèi)，在+90和-90之間3. 振蕩電路任務(wù)原理振蕩電路任務(wù)原理此時假設(shè)放大電路的電壓增益此時假設(shè)放大電路的電壓增益為為 用瞬時極性法判別可知，電用瞬

11、時極性法判別可知，電路滿足相位平衡條件路滿足相位平衡條件那么振蕩電路滿足振幅平衡條那么振蕩電路滿足振幅平衡條件件0f 當(dāng)當(dāng)RC10 時，時， n2fa (+)(+)(+)(+)Av311f RRAV1313 VVFA電路可以輸出頻率為電路可以輸出頻率為 的正弦波的正弦波RCf 210 RC正弦波振蕩電路普通用于產(chǎn)生頻率低于正弦波振蕩電路普通用于產(chǎn)生頻率低于 1 MHz 的正弦波的正弦波8.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路1 LC并聯(lián)諧振回路選頻特性并聯(lián)諧振回路選頻特性2 變壓器反響式變壓器反響式LC振蕩電路振蕩電路3 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩電路1. 1. 等效阻抗等效阻抗LC并聯(lián)諧振

12、回路選頻特性并聯(lián)諧振回路選頻特性LRCLRCZ jj1)j(j1 等效損耗等效損耗電阻電阻)1j(CLRCLZ 普通有普通有LR 那那么么CQLQRCLZ000 即即 時，時，LC10電路發(fā)生諧振。電路發(fā)生諧振。LC10 為諧振頻率為諧振頻率諧振時阻抗最大且為純阻性諧振時阻抗最大且為純阻性其中其中CLRRCRLQ1100 為質(zhì)量因數(shù)，評價回路損為質(zhì)量因數(shù)，評價回路損耗大小的目的耗大小的目的同時有同時有IQIICL即即IIICLCL001若外界對諧振回路的影響可忽略VO與IS同相2. 頻率呼應(yīng)頻率呼應(yīng)RCLZ 000211jQZZ200)2(11QZZ)2(0Qarctg諧振回路具諧振回路具有選

13、頻特性有選頻特性1 雖然波形出現(xiàn)了失真，但由于雖然波形出現(xiàn)了失真，但由于LC諧振電路的諧振電路的Q值很高，選值很高，選頻特性好，所以仍能選出頻特性好，所以仍能選出0的正弦波信號。的正弦波信號。變壓器反響式變壓器反響式LCLC振蕩電路振蕩電路1. 電路構(gòu)造電路構(gòu)造2. 相位平衡條件相位平衡條件3. 幅值平衡條件幅值平衡條件4. 穩(wěn)幅穩(wěn)幅5. 選頻選頻 經(jīng)過選擇高經(jīng)過選擇高值的值的BJT和和調(diào)整變壓器的匝數(shù)比，可以調(diào)整變壓器的匝數(shù)比，可以滿足滿足1 FA，電路可以起振。，電路可以起振。 BJT進(jìn)入非線性區(qū)，波形進(jìn)入非線性區(qū)，波形出現(xiàn)失真，從而幅值不再添加，到達(dá)穩(wěn)幅目的。出現(xiàn)失真，從而幅值不再添加，

14、到達(dá)穩(wěn)幅目的。定性分析定性分析(+)()同名端(+)判別相位平衡條件時一判別相位平衡條件時一定要畫交流通路，放大定要畫交流通路，放大電路的中頻交流信號的電路的中頻交流信號的交流通路交流通路VCCRb1ReRb2C1CeMLCcbeTvo(+)(-)(+)(+)VCCRb1ReRb2C1MLCcbeT(+)(+)(+)(+)反響反響滿足相位平衡條滿足相位平衡條件，能夠振蕩件，能夠振蕩滿足相位平衡條滿足相位平衡條件，能夠振蕩件，能夠振蕩反響反響三點(diǎn)式三點(diǎn)式LCLC振蕩電路振蕩電路1. 電感三點(diǎn)式振蕩電路電感三點(diǎn)式振蕩電路一定要畫出交流通路2. 電容三點(diǎn)式振蕩電路電容三點(diǎn)式振蕩電路C1C2首首端端尾

15、尾端端中中間間端端L電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式C首首端端尾尾端端中中間間端端L1L2電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式諧振回路的三諧振回路的三個引出端與三個引出端與三極管的三個電極管的三個電極相連極相連(指交流指交流銜接銜接),其中兩個其中兩個同性質(zhì)電抗的同性質(zhì)電抗的公共點(diǎn)與發(fā)射公共點(diǎn)與發(fā)射極相連極相連,而另一而另一個異性電抗那個異性電抗那么連在集電極么連在集電極與基極間。與基極間。總結(jié)：對分立元件放大電路C1C2首首端端尾尾端端中中間間端端L電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式C首首端端尾尾端端中中間間端端L1L2電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式諧振回路的三個諧振回路的三個引出端與集成運(yùn)引出端與集成運(yùn)放的三個端子放的三個端子( (同同相端

16、、反相端、相端、反相端、輸出端輸出端) )相連相連( (指指交流銜接交流銜接),),其中其中兩個同性質(zhì)電抗兩個同性質(zhì)電抗的公共點(diǎn)與同相的公共點(diǎn)與同相端相連，而另一端相連，而另一個異性電抗那么個異性電抗那么連在反相端與輸連在反相端與輸出端之間。出端之間?？偨Y(jié)：對運(yùn)放作為放大電路8.4 非正弦波產(chǎn)生電路非正弦波產(chǎn)生電路(不要求不要求)矩形波產(chǎn)生電路矩形波產(chǎn)生電路 三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器 鋸齒波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器矩形波產(chǎn)生電路矩形波產(chǎn)生電路為積分電路為積分電路CRf 輸出電壓經(jīng)積分輸出電壓經(jīng)積分后產(chǎn)生一個變化的后產(chǎn)生一個變化的電壓替代遲滯比較電壓替代遲滯比較器的輸入信號。器的輸入信號。 212RR

17、RVVZT212RRRVVZT假定電路的初始形狀假定電路的初始形狀 ZOVV212RRRVVZPVC+-,VC0反向充電反向充電反向反向充電充電正向充電正向充電PCVV ZOVV 212RRRVVZP正向正向充電充電VCVCPCVV ZOVV動畫動畫二二VC+-正向充電正向充電CRtOtcfeVVVv)()()()(電容充放電時電容充放電時 ：時間常數(shù)：穩(wěn)態(tài)值：初始值CRVVfO)()(三要三要素法素法ZFVV0ZVV )(ZtcFVv)(CRtZZZZfeVFVVFV211RRRF2Tt)21ln(12RRcRf)21ln(212RRcRTf)21ln(1211RRCRTf)21ln(122

18、2RRCRTf)21ln()(122121RRCRRTTTff正向充電正向充電反向充電反向充電RoDz+-R1Vi1R4Vo1RfA1-+R2 Vo2CR3A2WA1 遲滯比較器遲滯比較器,VR=0,V01=(VZ+VD)，A2 積分器積分器,上下限電壓由上下限電壓由Vi1和和Vo1共同決議共同決議輸入一周期變化的信號輸出輸入一周期變化的信號輸出V01將是一方波將是一方波輸入方波信號，輸出是一個三角波信號輸入方波信號，輸出是一個三角波信號2 三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器V0 tVom1Vom2Von2Von1T1T2TV01V02Vom1=VZ+VDVon1= -(VZ+VD)RoDz+-R1Vi1R4Vo1RfA1-+R2 Vo2CR3A2W 是電位器的分壓系數(shù)f1i1ff1o11RRVRRR