昆明理工大學(xué)模擬電路第七章 信號(hào)產(chǎn)生電路

7.1正弦波振蕩電路的振蕩條件第七章信號(hào)產(chǎn)生電路7.2RC正弦波振蕩電路7.3LC正弦波振蕩電路7.4非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路17.1正弦波振蕩電路的振蕩條件信號(hào)產(chǎn)生電路(振蕩器—Oscillators)分類：正弦波振蕩:非正弦波振蕩：RC振蕩器(1kHz~數(shù)百kHz)LC振蕩器(幾百kHz以上)石英晶體振蕩器(頻率穩(wěn)定度高)方波、三角波、鋸齒波等主要性要求能：輸出信號(hào)的幅度準(zhǔn)確穩(wěn)定輸出信號(hào)的頻率準(zhǔn)確穩(wěn)定27.1正弦波振蕩電路的振蕩條件圖中Xd＝Xi＋Xf

如果Xi＝0而且Xf，Xd幅度相等相位相同時(shí)，電路將輸出一個(gè)穩(wěn)定的正弦波。A+F×由此知，振蕩條件為：Xf

＝Xd由以上方框圖可得：Xf

＝FXoXo

＝AXd由此產(chǎn)生正弦波振蕩的條件為：AF＝137.1正弦波振蕩電路的振蕩條件A+F×AF＝1微弱的電擾動(dòng)中，某一頻率成分通過正反饋逐漸放大，則產(chǎn)生正弦振蕩?！?/p>

相位平衡條件n=0,1,2,??—

振幅平衡條件電路的回路增益等于1，相移為2π的整數(shù)倍，反饋網(wǎng)絡(luò)必須時(shí)正反饋。??振蕩電路達(dá)到并維持穩(wěn)幅振蕩的條件，滿足這一條件并不能使電路起振。??起振條件47.1正弦波振蕩電路的振蕩條件A+F×起振條件??

1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu

>1Au

Fu

<1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf

起振穩(wěn)幅57.1正弦波振蕩電路的振蕩條件振蕩電路初始信號(hào)的由來電路中出現(xiàn)微小的擾動(dòng)例如接通電源所產(chǎn)生的電流沖擊，或者電子元件內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲電壓，都可以成為振蕩電路的初始信號(hào)。這些擾動(dòng)信號(hào)包含有限寬的頻率成分，但只由f＝f0的頻率滿足相位平衡條件。振蕩電路具有“選擇頻率”的特性。振蕩電路的組成除了必須有放大，反饋兩部分外，還必須有“選頻網(wǎng)絡(luò)”。67.1正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波振蕩器電路組成（1）放大電路：保證放大信號(hào)，并向電路提供能量。（2）反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使之滿足相位和幅度平衡條件。（3）選頻網(wǎng)絡(luò)：選擇某一單一頻率，滿足起振條件，保證輸出為單一頻率的正弦波信號(hào)。（4）穩(wěn)幅措施的電路：保證正弦波振蕩器輸出具有穩(wěn)定幅度的正弦波信號(hào)。77.1正弦波振蕩電路的振蕩條件判斷是否振蕩的方法：（1）是否具有正弦波振蕩電路的幾個(gè)基本組成部分，是否滿足相位條件，電路是否為正反饋。（2）放大電路的結(jié)構(gòu)是否合理，有無放大能力，靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適。（3）是否滿足幅度條件，檢驗(yàn)|AF||AF|<1

不可能振蕩|AF|>>1

能振蕩，但輸出波形明顯失真。|AF|>1

能振蕩，加上穩(wěn)幅措施穩(wěn)定后|AF|=1，振蕩穩(wěn)定，輸出波形失真小。87.2RC正弦波振蕩電路一、RC串并聯(lián)電路的頻率特性（1）當(dāng)信號(hào)頻率足夠低時(shí)1/ωC1>>R1，1/ω

C2>>R2U2超前U1，電路近似等效為：（2）當(dāng)信號(hào)頻率足夠高時(shí)1/ωC1<<R1，1/ω

C2<<R2U2滯后U1，電路近似等效為：結(jié)論：在高頻與低頻之間存在一個(gè)頻率f0，其相位關(guān)系即不是超前也不是滯后，輸出電壓U2與輸入電壓U1相位一致。97.2RC正弦波振蕩電路0Fu

.0f90-90RC

串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)式中:0=1/RC當(dāng)=0

時(shí)Fu=1/3.=0o107.2RC正弦波振蕩電路二、RC串并聯(lián)橋式振蕩電路其放大電路為同相比例電路。反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)由串并聯(lián)電路組成。起振條件n=0,1,2,相位條件117.2RC正弦波振蕩電路三、振蕩電路穩(wěn)幅措施利用二極管和穩(wěn)壓管的非線性特性、場(chǎng)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)的穩(wěn)定振蕩器輸出的幅度。為使電Au

為非線性，起振時(shí)，應(yīng)使Au>3，穩(wěn)幅后Au=3。Au=Uo/Ui=1+Rf/R1Rf為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻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。127.3LC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路是以LC諧振電路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路，常用來產(chǎn)生頻率較高的振蕩。一、LC并聯(lián)電路的頻率特性諧振時(shí)回路等效阻抗呈現(xiàn)純阻抗性質(zhì)，且達(dá)到最大值，稱諧振阻抗ZLrCIs.L的等效損耗電阻ZQ值稱為品質(zhì)因數(shù)，它是LC并聯(lián)電路的重要指標(biāo)。137.3LC正弦波振蕩電路Q表示諧振電路在工作過程中所儲(chǔ)藏的能量（儲(chǔ)藏在電抗中）與消耗的能量（消耗在電阻中）之比。損耗電阻R越小，Q值越大，Q的典型值約為幾十到幾百。LC并聯(lián)回路諧振時(shí)的輸入電流為流過電感L的電流為??通常Q>>1所以諧振時(shí)，LC并聯(lián)回路的回路電流比輸入電路大得多，此時(shí)諧振回路外界的影響可忽略。LrCI.L的等效損耗電阻Z147.3LC正弦波振蕩電路0Z

Z0Q大Q

小0f90o-90oQ

增大幅頻特性相頻特性結(jié)論：諧振時(shí)|Z|值最大，

=0。Q值越大，|Z|曲線越尖，曲線在ωo附件越陡，選頻特性越好，組成振蕩器時(shí)，頻率穩(wěn)定性越好。157.3LC正弦波振蕩電路二、變壓器反饋式振蕩電路振蕩電路的放大環(huán)節(jié)采用特征頻率高的分立的晶體管來實(shí)現(xiàn)，避免采用運(yùn)放組件。產(chǎn)生頻率較高的正弦波。變壓器的原邊繞組L1和副邊繞組L2各有一端交流接地，其它兩端的相位關(guān)系是：若互為同名端，則相位相同若互為異名端，則相位相反這個(gè)電路的反饋是通過L1和L2之間的變壓器耦合來實(shí)現(xiàn)的。167.3LC正弦波振蕩電路反饋極性的判斷（1）在反饋信號(hào)的引入處假設(shè)一個(gè)輸入信號(hào)的瞬時(shí)極性，將反饋先斷開。如果反饋電壓Uf的極性與假設(shè)輸入信號(hào)的極性一致，則為正反饋，而且滿足相位條件的要求。如果不滿足，可十分方便的改變變壓器同名端的連接，使之滿足振蕩器的相位條件。（2）依次判別出電路各處的電壓極性。起振的振幅條件|Uf|>|Ui|只要變壓器的匝數(shù)比設(shè)計(jì)恰當(dāng)，一般都可滿足振蕩頻率177.3LC正弦波振蕩電路三、三點(diǎn)式LC振蕩電路把并聯(lián)LC回路中的C或L分成兩個(gè)，則LC回路就有三個(gè)端點(diǎn)。把這三個(gè)端點(diǎn)分別與三極管的三個(gè)極相連，就形成了LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路。它們又分為電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式兩類。LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路圖a）電感三點(diǎn)式b）電容三點(diǎn)式187.3LC正弦波振蕩電路1、電感三點(diǎn)式振蕩電路電感三點(diǎn)式正弦波振蕩電路中，電感的首端、中間抽頭、尾端三點(diǎn)中通常有一點(diǎn)交流接地，因此對(duì)于并聯(lián)諧振頻率而言，電感三個(gè)端點(diǎn)的相位關(guān)系有以下兩種情況。分析相位條件（1）若電感的中間抽頭交流接地，則首端與尾端的相位相反。（2）若電感的首端或尾端交流接地，則則電感其他兩個(gè)端點(diǎn)的相位相同。197.3LC正弦波振蕩電路1、電感三點(diǎn)式振蕩電路電感三點(diǎn)式正弦波振蕩電路幅值條件很容易滿足，只要滿足相位條件，即可起振。幅值條件是諧振回路的等效電感M是繞組N1與N2之間的互感正弦波振蕩電路振蕩頻率為振蕩條件207.3LC正弦波振蕩電路2、電容三點(diǎn)式振蕩電路反饋是從電容C2的下端（1端）接回到基極中去的，所以成為電容三點(diǎn)式振蕩電路，也叫考畢茲電路。由瞬時(shí)極性法判斷滿足相位條件相位條件電路參數(shù)合適，便可滿足幅值條件幅值條件振蕩頻率217.3LC正弦波振蕩電路（1）電容三點(diǎn)式電路由于其反饋電壓取自電容C2，反饋電壓中高次諧波分量較小，從而輸出波形較好。（2）電容三點(diǎn)式電路的反饋系數(shù)決定于兩個(gè)電容容抗的比值（F=XC2/XC1），調(diào)節(jié)振蕩頻率，電容三點(diǎn)式電路反饋系數(shù)就會(huì)隨著頻率改變而改變。電感三點(diǎn)式則沒有這個(gè)問題。改變C3，可改變電路的振蕩頻率。但不影響C1和C2的比值，不影響反饋系數(shù)。改進(jìn)電路電路特點(diǎn)這個(gè)電路的頻率調(diào)節(jié)范圍較小。227.3LC正弦波振蕩電路（1）首先通過直流通路檢查LC振蕩電路，確保晶體管正常工作所必需的直流工作條件。（3）用瞬時(shí)極性法判斷是否滿足相位平衡條件，判斷各點(diǎn)在同一瞬時(shí)對(duì)地的極性。LC正弦波振蕩電路注意問題：（2）把諧振回路中電容與作為耦合或旁路的電容區(qū)分開（4）振幅平衡條件，只要放大器有一定的放大倍數(shù)，通?？梢詽M足的。237.3LC正弦波振蕩電路石英晶體是一種各向異性的結(jié)晶體，化學(xué)成分是二氧化硅（SiO2）。從一塊晶體上按一定的方位角切下的薄片稱為晶片，在晶片的兩個(gè)對(duì)應(yīng)表面上涂敷銀層，并裝上一對(duì)金屬板，就構(gòu)成石英晶體產(chǎn)品，用金屬或玻璃殼封裝。四、石英晶體(Crystal)振蕩電路1.結(jié)構(gòu)和符號(hào)化學(xué)成分

SiO2結(jié)構(gòu)晶片涂銀層焊點(diǎn)符號(hào)247.3LC正弦波振蕩電路壓電效應(yīng)：在石英晶片兩級(jí)加一電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。相反，在晶片上施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)方向上會(huì)產(chǎn)生一定的電壓。2、石英晶體的電壓效應(yīng)及等效電路形變形變機(jī)械振動(dòng)外力壓電諧振：外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時(shí)，機(jī)械振動(dòng)幅度急劇加大的現(xiàn)象。257.3LC正弦波振蕩電路等效電路rqC0CqLqLq—晶體的動(dòng)態(tài)電感(10-3~102H)(大)Cq

—晶體的動(dòng)態(tài)電容(<0.1pF)(小)rq

—等效摩擦損耗電阻(小)Co—晶片靜態(tài)電容(幾~幾十pF)電路中L、C、R和C0等參數(shù)決定于晶片的幾何尺寸和切割方式。故電路的諧振頻率十分穩(wěn)定。267.3LC正弦波振蕩電路振蕩頻率RC0CL石英晶體有兩個(gè)振蕩頻率，當(dāng)L、C、R支路發(fā)生諧振時(shí)，它的等效阻抗最?。ǖ扔赗）。串聯(lián)諧振頻率為：當(dāng)頻率高于fs時(shí)，電路中L、C、R支路呈感性，可與電容C0發(fā)生并聯(lián)諧振，并聯(lián)諧振頻率為：fXfPfS電抗－頻率特性曲線圖當(dāng)f在fs和fp之間時(shí)，石英晶體呈感性，其余頻率成容性277.3LC正弦波振蕩電路3、石英晶體振蕩電路石英晶體的阻抗呈電感性，與外接電容器構(gòu)成并聯(lián)諧振，振蕩頻率在fs和fp之間。振蕩頻率由諧振回路的參數(shù)C1，C2，Cs和石英晶體的等效電感Leq決定。由于C1>>Cs，C2>>Cs，所以振蕩頻率主要取決于石英晶體與Cs的諧振頻率，諧振頻率很穩(wěn)定。287.3LC正弦波振蕩電路3、石英晶體振蕩電路石英晶體的阻抗呈電阻性，與外接電容器構(gòu)成串聯(lián)諧振，振蕩頻率為fs。297.4非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路一、方波發(fā)生器二、方波－三角波發(fā)生器三、鋸齒波發(fā)射器四、壓控振蕩器306.4電壓比較器二、回滯比較器UREFuoAuiVDz電路圖R2R1RRFOui+Uz-Uzuo傳輸特性DZ是兩個(gè)反相串聯(lián)的穩(wěn)壓管，用來鉗制輸出的高低電平R是限流電阻UB是基準(zhǔn)電壓，隨輸出電壓變化316.4電壓比較器Oui+Uz-Uzuo傳輸特性u(píng)otUz-UzOtuiOUT+UT-門限寬度（回差）327.4非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路一、方波發(fā)生器工作原理Uo經(jīng)RfC電路后，利用uC與同相端門限電壓uB比較，使比較器的輸出不斷發(fā)生轉(zhuǎn)換，從而形成自激振蕩。336.1