第9章信號產(chǎn)生電路

電子技術(shù)基礎（模擬部分）蘭州大學信息科學與工程學院2013年9.1正弦波振蕩電路的振蕩條件振蕩器：不需要外加激勵信號就能將直流信號轉(zhuǎn)化為交流信號的電子設備。分類：正弦波振蕩器；非正弦波振蕩器一、條件

基本放大電路Ao反饋電路F自激振蕩的條件：而即（為保證起振，通常要求）幅度條件：相位條件：

（n=0，±1，±2，±3，…）一、條件

基本放大電路Ao反饋電路F因為：所以，自激振蕩條件也可以寫成：（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必須是正反饋；振幅條件可以通過調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達到。一、條件

基本放大電路Ao反饋電路F二、組成基本放大器；反饋網(wǎng)絡；選頻網(wǎng)絡（為了獲得單一頻率）；穩(wěn)幅環(huán)節(jié)（為了產(chǎn)生穩(wěn)幅振蕩）； 若選頻網(wǎng)絡由RC元件構(gòu)成——RC正弦波振蕩器； 若選頻網(wǎng)絡由RC元件構(gòu)成——RC正弦波振蕩器；一、條件

基本放大電路Ao反饋電路F三、分析方法1、判斷能否產(chǎn)生振蕩（1）檢查電路是否具備振蕩電路的組成部分；（2）檢查放大電路的Q點是否能夠保證放大器正常工作；（3）分析電路是否滿足振蕩條件。主要是分析相位條件，至于幅度條件一般容易滿足。2、求振蕩頻率和起振條件 振蕩頻率由相位條件決定； 起振條件由幅度條件求得；二、組成1：如何起振？Uo

是振蕩器的電壓輸出幅度，B是要求輸出的幅度。起振時Uo=0，達到穩(wěn)定振蕩時Uo=B。放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動，這些擾動可分解為各種頻率的分量，其中也包括有fo分量。選頻網(wǎng)絡：把fo分量選出，把其他頻率的分量衰減掉。這時，只要：|AF|>1，且A+B=2n，即可起振。四、說明基本放大電路Ao反饋電路F2：如何穩(wěn)幅？起振后，輸出將逐漸增大，若不采取穩(wěn)幅，這時若|AF|仍大于1，則輸出將會飽和失真。四、說明基本放大電路Ao反饋電路F達到需要的幅值后，將參數(shù)調(diào)整為AF=1，即可穩(wěn)幅。具體方法將在后面具體電路中介紹。起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：9.2RC正弦波振蕩電路一、RC移相式振蕩器1、電路組成+ECRb1

R

R

R

C

C

CRb2

Re

Ce實際電路CCCRRRuf=uiui

uoRb交流通道2、RC移相網(wǎng)絡的特性相位圖（電容兩端的電壓落后電流90o）CuouiR原理圖一、RC移相式振蕩器1、電路組成2、RC移相網(wǎng)絡的特性相位圖（電容兩端的電壓落后電流90o）CuouiR原理圖與間的相位差結(jié)論：

超前

一定的角度——相位超前移相網(wǎng)絡。與RC的大小有關(guān)，最大為90o，但為90o時，的幅度便為0。為了得到一定的輸出電壓幅度，每一小節(jié)的相移只能小于或等于60o，為了得到180o的相移，至少應選用三節(jié)RC移相網(wǎng)絡。一、RC移相式振蕩器3、振蕩頻率和起振條件CCCRRRuf=uiui

uoRb交流通道Rbhie

βIb

R

R

R

uiC

C

C

Ib

其中Ri≈hie令為R/nR

RRiRCCCβIbRI1I2

I3等效電路一、RC移相式振蕩器3、振蕩頻率和起振條件其中Ri≈hie令為R/nR

RRiRCCCβIbRI1I2

I3按電路定理列方程組解得：一、RC移相式振蕩器3、振蕩頻率和起振條件下式虛部為零，并可解得R

RRiRCCCβIbRI1I2

I3當ω=ω0=時振蕩器要產(chǎn)生一定幅度的振蕩，必須有即β≥29+當hie<<R即n>>1時：振蕩條件

β≥30振蕩頻率一、RC移相式振蕩器3、振蕩頻率和起振條件下式虛部為零，并可解得R

RRiRCCCβIbRI1I2

I3當ω=ω0=時振蕩器要產(chǎn)生一定幅度的振蕩，必須有即β≥29+當hie<<R即n>>1時：振蕩條件

β≥30振蕩頻率4、結(jié)論（1）RC振蕩器的振蕩頻率不是很高，一般為幾kHz以下；（2）適用于產(chǎn)生頻率不高的場合；二、相位落后的RC移相式振蕩器+EC采用射極輸出器提高負載電阻RCuiuo振蕩頻率起振條件三、RC文氏橋式振蕩器R1C1R2C21、選頻電路R1C1R2C2串—并聯(lián)網(wǎng)絡（1）幅度關(guān)系：當f0→0時f0↑→當f0→∞時即在f0由0增加到∞的過程中，必然有一個最大值。三、RC文氏橋式振蕩器R1C1R2C21、選頻電路R1C1R2C2串—并聯(lián)網(wǎng)絡（2）相位關(guān)系：當f0→0時f0↑→當f0→∞時即在f0由0增加到∞的過程中，必然有一個0值。相當于一個RC電路，且取自R兩端，

超前

一定角度，當f→0時，→900。相當于一個RC電路，且取自C兩端，

滯后

一定角度，當f→0時，→-900。三、RC文氏橋式振蕩器1、選頻電路R1C1R2C2（3）計算：時，相移為0。如果：R1=R2=R，C1=C2=C，則：fof+90–90f2、用運放組成的RC振蕩器所以，要滿足相位條件，只有在fo

處因為：三、RC文氏橋式振蕩器uo_+R2RCRCR1能自行啟動的電路（1）uotRtA半導體熱敏電阻起振時，RT略大于2R1，使|AF|>1，以便起振；起振后，uo逐漸增大則RT逐漸減小，使得輸出uo為某值時，|AF|=1，從而穩(wěn)幅。_+RTRCRCR1tuo2、用運放組成的RC振蕩器三、RC文氏橋式振蕩器R22為一小電阻，使(R21+R22)略大于2R1，|AF|>1，以便起振；隨著uo的增加，R22逐漸被短接，A自動下降到使|AF|=1，使得輸出uo穩(wěn)定在某值。_+R21RCCR1R22D1D2能自行啟動的電路（3）2、用運放組成的RC振蕩器三、RC文氏橋式振蕩器輸出頻率的調(diào)整：通過調(diào)整R或/和C來調(diào)整頻率。C：雙聯(lián)可調(diào)電容，改變C，用于細調(diào)振蕩頻率。K：雙聯(lián)波段開關(guān)，切換R，用于粗調(diào)振蕩頻率。_+RFuoRCCRKKR1R1R2R2R3R32、用運放組成的RC振蕩器三、RC文氏橋式振蕩器電子琴的振蕩電路電路：_+RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R212、用運放組成的RC振蕩器三、RC文氏橋式振蕩器功率放大器3、用分立元件組成的RC振蕩器RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF++++++––ubeRC網(wǎng)絡正反饋，RF、RE1組成負反饋，調(diào)整到合適的參數(shù)則可產(chǎn)生振蕩。負反饋使電路工作穩(wěn)定。三、RC文氏橋式振蕩器9.3調(diào)諧放大器I、LC并聯(lián)諧振回路一、諧振頻率與諧振電阻1、諧振的概念：AB間的阻抗最大，且呈純電阻的狀態(tài)——諧振狀態(tài)。2、諧振頻率：當時呈諧振狀態(tài)，此時或ABCLrI、LC并聯(lián)諧振回路一、諧振頻率與諧振電阻3、諧振電阻4、理想電路CLR0L、C為理想電抗件R0體現(xiàn)了損耗ABCLrI、LC并聯(lián)諧振回路一、諧振頻率與諧振電阻ABCLr5、特點（1）諧振頻率：（2）諧振時總的容抗等于感抗：兩端呈純電阻。（3）諧振時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：I、LC并聯(lián)諧振回路二、諧振回路的品質(zhì)因數(shù)ABCLr定義：諧振時電路的電抗（ω0L或）與等效損耗電阻r之比。Q0的大小標志著諧振質(zhì)量的優(yōu)劣。Q0↑→損耗越小。Q0通常在30~200之間。I、LC并聯(lián)諧振回路三、諧振曲線ABCLr1、諧振曲線fof+90–90fR02、通用諧振方程I、LC并聯(lián)諧振回路三、諧振曲線ABCLr2、通用諧振方程或在f=f0±△f的情況下：則其中——相對失諧量，描述了f偏離f0的程度。I、LC并聯(lián)諧振回路三、諧振曲線ABCLr3、通頻帶當時，相減得可見Q0愈大，通頻帶愈窄。I、LC并聯(lián)諧振回路ABCLr四、信號源和負載與并聯(lián)諧振回路的連接CLR0IsRsRL令則而∴結(jié)論：Rs和RL的接入，使回路的損耗增加，通頻帶變寬。I、LC并聯(lián)諧振回路ABCLrBBACL2L1rCBCL2CL1r五、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I、LC并聯(lián)諧振回路ABCLrBCArLC2C1CBrLC2C1五、改變并聯(lián)諧振回路阻抗的辦法忽略r的影響2、電容中間抽頭諧振頻率諧振阻抗I、LC并聯(lián)諧振回路ABCLr五、改變并聯(lián)諧振回路阻抗的辦法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)。Ⅱ、LC串聯(lián)諧振回路RLC諧振頻率：或諧振阻抗：Z=R（此時阻抗很?。┢焚|(zhì)因數(shù)：Ⅲ、LC調(diào)諧放大器一、單調(diào)諧放大器+ECCLRLR0CL

RL即的頻率特性在形式上與并聯(lián)諧振回路相似，在表明調(diào)諧放大器具有良好的選頻特性。二、采用部分接入的LC調(diào)諧放大器1、減小了集電極電容對諧振頻率的影響；2、使阻抗得到匹配；Ⅲ、LC調(diào)諧放大器一、單調(diào)諧放大器+ECCLRLR0CL

RL三、雙調(diào)諧放大器1、為使頻率特性接近于矩形，采用雙調(diào)諧放大器。2、雙調(diào)諧放大器的耦合，可采用電容耦合或電感耦合。3、耦合系數(shù)——電感耦合——電容耦合f9.4LC振蕩電路LC振蕩電路的選頻電路由電感和電容構(gòu)成，可以產(chǎn)生高頻振蕩。由于高頻運放價格較高，所以一般用分離元件組成放大電路。本節(jié)只對LC振蕩電路做一簡單介紹，重點掌握相位條件的判別。電容電路：電流超前電壓90o電感電路：電壓超前電流90o一、電感三點式振蕩電路1、電路組成C+ECL1L2RL2、相位條件L1L2CufuoL1L2CRhieRb電路滿足相位條件。3、振蕩頻率和起振條件振蕩頻率：起振條件：為總的損耗電阻得∴具體的L2/L1最好通過實驗來調(diào)整。一、電感三點式振蕩電路4、特點（1）由于L1和L2耦合很緊，因此很容易起振；（2）調(diào)節(jié)頻率方便，通常采用可變電容；（3）一般用于產(chǎn)生幾十MHz以下的頻率；（4）由于Uf取自L2（電感），輸出波形中有高次諧波，故波形較差。C+ECL1L2RLL1L2CufuoL1L2CRhieRb二、電容三點式振蕩電路1、電路組成2、相位條件C1LC2ufuo電路滿足相位條件。3、振蕩頻率和起振條件振蕩頻率：起振條件：為總的損耗電阻得∴+ECC1LRLC24、特點（1）晶體管的極間電容對振蕩頻率有一定的影響；（2）調(diào)節(jié)頻率不方便，適用于產(chǎn)生固定頻率；（3）一般用于產(chǎn)生幾百MHz以上的頻率，很高；（4）由于Uf取自C2（電容），故波形較好。C1LC2ufuo+ECC1LRLC2若為三點式振蕩器，可用“射同基反”的原則，判斷相位條件：“射同”—振蕩電路與T的發(fā)射極相連的兩個電抗性質(zhì)相同；“基反”—振蕩電路與T的基極相連的兩個電抗性質(zhì)相反；二、電容三點式振蕩電路例1：正反饋頻率由C、L1、

L2諧振網(wǎng)絡決定。+UCCCC1L1L2C2uL1uL2uC設uB

uC

uD

uB

uL2

ube

uL1

D三、三點式振蕩電路舉例+UCCCC1L1L2例2：+––++正反饋–反相+振蕩頻率:M為兩線圈的互感(L+L+2M)Cfp210?12uo三、三點式振蕩電路舉例+UCCC1C1LC2+––+反相例3：正反饋振蕩頻率:其中：C=C1C2C1+C2三、三點式振蕩電路舉例例4：–+UCCC1C2+–ubeube增加正反饋–++–三、三點式振蕩電路舉例1234磁棒初級線圈次級線圈同極性端1234+–+–四、變壓器耦合振蕩電路

1、變壓器同極性端的問題四、變壓器耦合振蕩電路

2、變壓器耦合振蕩電路+ECRLC

L振蕩頻率：起振條件：優(yōu)點：易于起振調(diào)節(jié)頻率方便缺點：輸出波形不好例1：++–+正反饋判斷是否是正反饋:用瞬時極性法判斷振蕩頻率:–+UCCCC1Luo利用1：晶體管共射極放大器，集電極電位變化與基極反相，發(fā)射極與基極同相。利用2：互感線圈的同極性端電位變化相位相同。四、變壓器耦合振蕩電路

2、變壓器耦合振蕩電路五、實例分析

收音機的本機振蕩電路C7C6C5L2L1+ECL3C4R3R1R2C354321L1C5L3L2共基極放大，發(fā)射極調(diào)諧式電路C3——高頻旁路電容，使基極對地交流短路。L1、C5、C6、C7——振蕩回路，完成選頻任務，其中C5為墊整電容，C6為補償電容，C7為振蕩電容，調(diào)節(jié)C7可調(diào)節(jié)振蕩頻率。L3、L1+L2——組成變壓器，L2為反饋線圈。C4——耦合電容。T的發(fā)射極接1，為部分接入，這是因為共基電路的輸入阻抗很?。s為100Ω），而振蕩回路與Ri并聯(lián)，若直接將發(fā)射極接至5，將使振蕩回路的Q降低，使振蕩減弱，波形變壞。9.5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、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到很高。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。一、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（1）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。石英振蕩器中，正負壓電效應同時存在、互為因果。當晶體上有外加電場時，晶片發(fā)生形變，形變又引起電荷和電場的產(chǎn)生，由于晶體的機械限制，最后達到穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。金屬極板敷銀層晶片一、石英晶體的物理特性極其等效電路1、基本特性（2）若在晶片上外加交變電壓，由于壓電效應，從外電路來看，相當于有交流通過晶片。外加電壓頻率<石英晶體的固有機械諧振頻率時，壓電電流超前外加電壓外加電壓頻率>石英晶體的固有機械諧振頻率時，壓電電流滯后外加電