信號(hào)產(chǎn)生電路課件

1、第七章 信號(hào)產(chǎn)生電路第七章 信號(hào)產(chǎn)生電路引 言 信號(hào)產(chǎn)生電路通常也稱振蕩器，用于產(chǎn)生一定頻率和幅度的信號(hào)。按輸出信號(hào)波形分類正弦波振蕩電路非正弦波振蕩電路RC振蕩電路(1 kHz 數(shù)百 kHz)LC振蕩電路(幾百 kHz 以上)石英晶體振蕩電路(頻率穩(wěn)定度高)方波振蕩電路三角波振蕩電路鋸齒波振蕩電路引 言 信號(hào)產(chǎn)生電路通常也稱振蕩器，用于產(chǎn)生一定頻率和幅振蕩電路的性能指標(biāo)主要有兩個(gè)：1.要求輸出信號(hào)的幅度要準(zhǔn)確而且穩(wěn)定；2.要求輸出信號(hào)的頻率要準(zhǔn)確而且穩(wěn)定。一般來講準(zhǔn)確度比穩(wěn)定度容易做到，而幅度穩(wěn)定比頻率穩(wěn)定容易實(shí)現(xiàn)。此外輸出波形的失真度、輸出功率和效率也是較重要的指標(biāo)。自激振蕩：無輸入vi

2、，自動(dòng)產(chǎn)生輸出vo(正弦、方波、三角波) 正反饋的自激振蕩振蕩電路的性能指標(biāo)主要有兩個(gè)：自激振蕩：無輸入vi ，自動(dòng)產(chǎn)自激振蕩基本放大電路Ao反饋電路F+改成正反饋正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩一、產(chǎn)生自激振蕩的條件自激振蕩基本放大反饋電路+改成正反饋正反饋電路才能產(chǎn)生自如果：k閉合,去掉仍有信號(hào)輸出?；痉糯箅娐稟o反饋電路F+k如果：k閉合,去掉仍有信號(hào)輸出?；痉糯蠓答侂娐?k基本放大電路Ao反饋電路F反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)自激振蕩條件基本放大反饋電路反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)自激振蕩條件自激振蕩的正弦波頻率必須一定，也就是說在放大、反饋回路中應(yīng)該有選頻作用，將不要的頻率抑制

3、。所以將放大倍數(shù)和反饋系數(shù)寫成：自激振蕩條件可以寫成：（1）振幅條件：（2）相位條件：n是整數(shù)相位條件意味著振蕩電路是正反饋，振幅條件可以通過調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達(dá)到。自激振蕩的正弦波頻率必須一定，也就是說在放大、反饋回路中應(yīng)該7.1 正弦波振蕩電路 7.1.1 正弦波振蕩電路工作原理正弦波發(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(hào)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。7.1 正弦波振蕩電路 7.1.1 正弦波振蕩電路工作原理1正弦波振蕩器與正反饋從結(jié)構(gòu)上看， 正弦波振蕩器就是一個(gè)沒有輸入信號(hào)的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放

4、大電路。 在放大電路中， 采用負(fù)反饋來改善放大電路的性能； 在信號(hào)產(chǎn)生電路中， 利用正反饋來實(shí)現(xiàn)振蕩信號(hào)的輸出， 所以正弦波振蕩器的工作原理與反饋的概念密切相關(guān)。 一、振蕩產(chǎn)生的基本原理1正弦波振蕩器與正反饋一、振蕩產(chǎn)生的基本原理2.電路的工作原理為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋，因此放大電路和正反饋網(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。2.電路的工作原理為

5、了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋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)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。正弦波發(fā)生電路的組成如下： 放大電路 正反饋網(wǎng)絡(luò) 選頻網(wǎng)絡(luò) 穩(wěn)幅電路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)往往和負(fù)反饋正反饋比較環(huán)節(jié)閉環(huán)增益振蕩條件起振條件二、振蕩的平衡條件和起振條件負(fù)反饋正反饋比較環(huán)節(jié)閉環(huán)增益振蕩起振條件二、振蕩的平衡條件和特點(diǎn)： 閉合環(huán)路，無輸入，有輸出。如何分析？若環(huán)路增益去掉 ，閉合環(huán)路，仍有穩(wěn)定的輸出，形成振蕩。振蕩平衡條件：振幅平衡條件相位

6、平衡條件特點(diǎn)：如何分析？若環(huán)路增益去掉 ，閉合環(huán)路，仍有2個(gè)問題？ 如何自行建立振蕩（起振）？ 如何保證輸出信號(hào)頻率？ 應(yīng)有選頻網(wǎng)絡(luò)RC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路2個(gè)問題？ 如何自行建立振蕩（起振）？ 如何保證輸出信號(hào)起振和穩(wěn)幅起振原因：電路器件內(nèi)部噪聲電源接通時(shí)的階躍起振條件： 噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率0的噪聲信號(hào)被放大，成為振蕩電路的輸出信號(hào)。穩(wěn)幅： 當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，就要限制它繼續(xù)增加，否則波形將出現(xiàn)失真。 穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，使振幅條件從 回到起振和穩(wěn)幅起振原因：電路器件內(nèi)部噪聲電源接通時(shí)的階躍起振條件振蕩電路基本組成部分放大電

7、路（包括負(fù)反饋放大電路）反饋網(wǎng)絡(luò)（構(gòu)成正反饋的）選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿足相位平衡條件的一個(gè)頻率） 常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有RC選頻和LC選頻穩(wěn)幅環(huán)節(jié)振蕩電路基本組成部分放大電路（包括負(fù)反饋放大電路）反饋網(wǎng)絡(luò)（7.1.2 RC振蕩電路 采用RC選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的RC振蕩電路，一般用于產(chǎn)生1Hz1MHz的低頻信號(hào)，因此它適用于低頻振蕩。因?yàn)閷τ赗C振蕩電路來說，增大電阻R即可降低振蕩頻率，而增大電阻是無需增加成本的。RC橋式振蕩電路RC振蕩電路RC移相振蕩電路7.1.2 RC振蕩電路 采用RC選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的RC RC橋式正弦波振蕩電路一般用來產(chǎn)生1Hz到數(shù)百千赫茲的低頻信號(hào)，常用低頻信號(hào)源大多采用這種電路形式。一、

8、RC橋式正弦波振蕩電路_+RFuoRCRCR1RC選頻網(wǎng)絡(luò)同相比例運(yùn)算電路 如下圖所示為RC橋式正弦波振蕩電路的組成框圖，由放大器A和同時(shí)具有正反饋?zhàn)饔玫腞C串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)F構(gòu)成。 RC橋式正弦波振蕩電路一般用來產(chǎn)生1Hz到數(shù)百千1.RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) (文氏橋選頻電路)R1C1 串聯(lián)阻抗：R2C2 并聯(lián)阻抗： 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:1.RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) (文氏橋選頻電路)R1C1 串聯(lián)阻反饋系數(shù) 的表達(dá)式為 反饋系數(shù) 的表達(dá)式為 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)幅頻特性 相頻特性幅頻響應(yīng)有最大值：相頻響應(yīng)：RC串并聯(lián)選頻

9、網(wǎng)絡(luò)幅頻特性幅頻響應(yīng)有最大值：相頻響應(yīng)：2. RC 橋氏振蕩電路電路：8CR1RfRCR正反饋回路：RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)接在運(yùn)算放大器的輸出端和同相輸入端之間。負(fù)反饋回路:RF、R1接在運(yùn)算放大器的輸出端和反相輸入端之間。正反饋電路和負(fù)反饋電路構(gòu)成文氏電橋電路。2. RC 橋氏振蕩電路電路：8CR1RfRCR正反饋電路形變：8CR1RfRCR變形_+RTuoRCRCR1t變形A = 2nF = 0同相放大器 運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端分別跨接在電橋的對角線上，所以，把這種振蕩電路稱為RC橋式振蕩電路。電路形變：8CR1RfRCR變形_+RTuoRC 滿足相位平衡條件？ 滿足振幅平衡條件？(+)(

10、+)(+)(+)只對f0為正反饋 ！此時(shí)若則電路可以輸出正弦波，頻率為（頻率低于 1 MHz） 滿足相位平衡條件？ 滿足振幅平衡條件？(+)(+)( 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅原理：起振時(shí)：AV 3穩(wěn)幅采用非線性元件 熱敏電阻 場效應(yīng)管 二極管 熱敏電阻-+ 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅原理：起振時(shí)：AV 3穩(wěn)幅采用非線性元3.穩(wěn)幅措施 利用二極管和穩(wěn)壓管的非線性特性、場效應(yīng)管的可變電阻特性及熱敏電阻元件的非線性特性，自動(dòng)地穩(wěn)定振蕩器輸出的幅度。兩種使用熱敏電阻的方法：1.選擇負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻作為反饋電阻Rf， Rf功耗增大它的溫度上升Rf阻值下降 放大倍數(shù)下降 輸出電壓 下降。 2.選擇正溫度系數(shù)的熱敏電阻作為反饋電

11、阻Rf，RC振蕩電路形式(1)串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)式(2)移相式(3)雙T網(wǎng)絡(luò)式 RC振蕩電路特點(diǎn)1.振蕩頻率取決于RC乘積，要求振蕩頻率較高時(shí)，RC值必然很小。2.普通集成運(yùn)放帶寬較窄，限制了振蕩頻率的提高。3.工作頻率低，在1MHz以下。幅值增加3.穩(wěn)幅措施 利用二極管和穩(wěn)壓管的非線性特性、場9.4 非正弦波振蕩電路9.4.1 比較器9.4.3 鋸齒波產(chǎn)生電路9.4.2 方波產(chǎn)生電路單門限電壓比較器遲滯比較器9.4 非正弦波振蕩電路9.4.1 比較器9.4.3 鋸 9.4.1 比較器1. 單門限電壓比較器 特點(diǎn)：開環(huán)，運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)下 工作原理： 傳輸特性：直觀邏輯1（高電平）邏輯0（低電平）

12、其他電路： 9.4.1 比較器1. 單門限電壓比較器 特點(diǎn)其他電路：9.4.1 比較器1. 單門限電壓比較器 同相比較 反相比較 同相過零比較器 反相過零比較器同(c)圖（虛斷）分析任務(wù)及方法求傳輸特性 方向 輸出電平VOH 、VOL 門限電壓Vth其他電路：9.4.1 比較器1. 單門限電壓比較器 同相比分析任務(wù)及方法9.4.1 比較器1. 單門限電壓比較器 求傳輸特性 方向 輸出電平VOH 、VOL 門限電壓Vth同相和反相Vom (運(yùn)放線性范圍=VCC-VCES )Vom= VCC (忽略飽和壓降)Vom= VZ (穩(wěn)壓電路)另1種穩(wěn)壓電路見習(xí)題9.4.3；9.4.6 輸出vO翻轉(zhuǎn)時(shí)相應(yīng)

13、的輸入電壓顯然當(dāng)vP vN 時(shí)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，可用虛短、虛斷分析任務(wù)及方法9.4.1 比較器1. 單門限電壓比較器 分析舉例1習(xí)題9.4.4 設(shè)運(yùn)放是理想的， 且VREF= -1V, VZ= 5V，試求門限電壓Vth ，畫出傳輸特性解: 求門限電壓Vth 利用虛短、虛斷畫傳輸特性由穩(wěn)壓管電路，得：VO= VZ= 5V。 vI反相端 反相電壓比較器分析舉例1習(xí)題9.4.4 設(shè)運(yùn)放是理想的， 且VREF比較器的應(yīng)用9.4.1 比較器1. 單門限電壓比較器 基本應(yīng)用 判斷電壓大小，如安全監(jiān)控等 獲取周期T 過零比較器 波形整形比較器的應(yīng)用9.4.1 比較器1. 單門限電壓比較器 基 波形整形比較器的應(yīng)用9

14、.4.1 比較器1. 單門限電壓比較器應(yīng)為高電平錯(cuò)誤電平單門限比較器的抗干擾能力差 波形整形比較器的應(yīng)用9.4.1 比較器1. 單門限電壓分析舉例2畫傳輸特性解：(1) A1 , A2開環(huán)單門限比較器(2) D1 , D2和三極管或非門邏輯電路則 D1 ,D2和三極管都截止則 D1 ,D2有1個(gè)導(dǎo)通三極管Je正偏所以,三極管飽和 vO = 0V窗口比較器分析舉例2畫傳輸特性解：(1) A1 , A2開環(huán)單門限比分析舉例3電路如圖9.4.2a所示，當(dāng)輸入信號(hào)如圖c所示的正弦波時(shí)，定性畫出解：（1）A 構(gòu)成過零比較器（2）RC 為微分電路， RC +6V）vI居中（-6V vI +6V）vI最?。╲I vF時(shí)vO vO = VZRC反向充電vC vF = -FVZ當(dāng)vC vF時(shí)vO 周而復(fù)始，形成振蕩2. 工作原理9.4.2 方波產(chǎn)生電路設(shè)vO = +VZ （3. 波形9.4.2 方波產(chǎn)生電路4. 計(jì)算周期問題：能否調(diào)整占空比，產(chǎn)生矩形波？3. 波形9.4.2 方波產(chǎn)生電路4. 計(jì)算周期問題：能否調(diào)5. 占空比可變的方波產(chǎn)生電路9.4.2 方波產(chǎn)生電路問題：能否同時(shí)產(chǎn)生方波和三角波？end5. 占空比可變的方波產(chǎn)生電路9.4.2 方波產(chǎn)生電路問題：反相遲滯比較器RC積分環(huán)節(jié)9.4.3 鋸齒波產(chǎn)生電路1. 方波、三角波產(chǎn)生電路電路變換反相積分電路同相遲滯比