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1、第 7 章,信号产生电路,教学基本要求,了解波形发生的概念和波形发生电路类型 了解正弦波振荡电路的组成与工作原理。 了解正弦波振荡电路自激振荡的条件。 了解LC振荡电路和RC振荡电路的工作原理 一般了解常见非正弦波形发生电路。 本章讲授 3学时,自学10学时,主要内容,概述 正弦波产生电路 非正弦波发生电路 本章小结,概述,什么是信号产生电路 定义信号产生电路是一种通过自激方式把直流电 压变化为按一定规律变化的电压(如正弦波、矩形波 和锯齿波等)的一种电子线路。 信号产生电路的分类 分类 正弦波产生电路、非正弦波产生电路,正弦波产生电路,正弦波产生电路就是利用自激振荡电路产生一定频率和幅值的正
2、弦交流信号的电路,通常也称为正弦波振荡电路。,产生自激振荡的原理,自激振荡的条件,开关合在“1”为无反馈放大电路。,开关合在“2”为有反馈放大电路,,开关合在“2”时,,去掉ui 仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。,自激振荡状态,产生自激振荡的原理,自激振荡的条件,(1)幅度条件:,(2)相位条件:,n 是整数,产生自激振荡的原理,起振及稳幅振荡的过程,要维持振荡输出必须解决两个问题: (1)原始信号从何获得? (2)什么时刻进行切换?怎样切换?,起振条件:,相位条件: 对选定频率AF=2n,幅度条件: 对选定频率 |AF| 1,产生自激振荡的原理,反馈振荡的建立过程,放大特性
3、uo=Aud,反馈特性uf=Fuo,ud,=uf,uo,噪声,放大,反馈,放大,反馈,放大,反馈,放大,反馈,放大,反馈,放大,反馈,只要环路增益|AF|1 输出信号就越来越大!,产生自激振荡的原理,反馈振荡的稳定过程,为了建立振荡,要使环路增益 |AF|1。,当幅度达到一定值时,放大器将进入非线性状态,增益也开始下降,最终达到振荡的平衡条件 |AF|=1。,放大特性uo=Aud,反馈特性uf=Fuo,噪声,振荡平衡点,正弦振荡器的基本构成,反馈电路形成正反 馈。,放大电路 放大信号,稳幅电路使电路能 从AuF 1,AuF =1 从而达到稳幅振荡。,选频电路保证输出为单一频率的正弦波即使电 路
4、只在某一特定频率下满足自激振 荡条件。,RC正弦振荡器,1. RC正弦波振荡的组成,RC振荡电路的选频网络:电路构成起来方便,易受干扰,一般只适用于中低频率正弦波振荡。,按照RC选频网络的不同,常用的RC正弦波振荡有:,(1)RC串并联网络振荡,(2)RC移相振荡,(3)RC双T网络振荡 等,RC正弦振荡器,2. RC串并联网络振荡(文氏桥振荡器),RC串并联 正反馈网络,同相放大,RC正弦振荡器,3.RC串并联选频网络的频率特性,当相移为0时,幅频特性为|F|=1/3。,起振时,A 3, 一般设计电路时取510。,稳定时,A = 3。,电路结构上要求:R2 2R1(起振), R2 = 2R1
5、(稳定) 。,RC正弦振荡器,4. RC正弦波振荡器的实际电路,采用如热敏电阻改善波形.,半导体 热敏电阻,热敏电阻具有负温度系数,利用它的非线性可以 自动稳幅。,RC正弦振荡器,4. RC正弦波振荡器的实际电路,起振时,二极管截止,R2大于2R1,即A 3,随着uo的增大,二极管逐渐导通,R3(包括二极管的导通电阻)与R2并联,总电阻逐渐减小,A自动下降,当A=3时,振荡器稳定。,也可利用二极管构成稳幅电路。,LC正弦振荡器,LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成,可以产生高频振荡(几百千赫以上)。由于高频运放价格较高,所以一般用分离元件组成放大电路。,1. LC振荡电路的基本形式,(1)
6、变压器反馈式,(2)电感反馈式,(3)电容反馈式,LC正弦振荡器,2.变压器反馈式LC振荡电路,根据反馈极性判断的瞬时极性法,判断电路是否具有正反馈。,电路组成,电路构成正反馈环,满足振荡的相位条件,只要反馈环路总增益大于1,电路即能够起振。,正反馈,LC正弦振荡器,2.变压器反馈式LC振荡电路,正反馈,振荡频率,放大电路,选频电路,反馈网络,LC正弦振荡器,例1:在调节变压器反馈式振荡电路中,试解释下列现象 (1)对调反馈线圈的两个接头后就能起振; (2)调RB1、RB2或 RE的阻值后即可起振; (3)改用较大的晶体管后就能起振; (4)适当增加反馈线圈的圈数后就能起振; (5)适当增加L
7、值或减小C值后就能起振; (6)反馈太强,波形变坏; (7)调整RB1、 RB2或 RE的阻值后可使波形变好; (8)负载太大不仅影响输出波形,有时甚至不能起振,LC正弦振荡器,解:,(2) 调RB1、RB2或 RE的阻 值后即可起振;,原反馈线圈接反,对调两个接头后满足相位条件;,(1) 对调反馈线圈的两个接头后就能起振;,调阻值后使静态工作点合适,以满足幅度条件;,(3) 改用较大的晶体管后就能起振;,改用较大的晶体管,以满足幅度条件;,LC正弦振荡器,(5) 适当增加L值或减小C值后就能起振;,增加反馈线圈的圈数,即增大反馈量,以满足幅度条件;,(4) 适当增加反馈线圈的圈数后就能起振;
8、,当适当增加L 值或减小C 值后, 等效阻抗|Zo|增大,因而就增大了反馈量,容易起振;,LC并联电路在谐振时的等效阻抗,LC正弦振荡器,(7) 调整RB1、RB2或 RE 的阻值可使波形变好;,反馈线圈的圈数过多或管子的太大使反馈太强而进入非线性区,使波形变坏。,(6) 反馈太强,波形变坏;,调阻值, 使静态工作点在线性区,使波形变好;,(8) 负载太大不仅影响输出波形,有时甚至不能起振。,负载大,就是增大了LC并联电路的等效电阻R。R的增大,一方面使|Zo|减小,因而反馈幅度减小,不易起振; 也使品质因数Q减小, 选频特性变坏, 使波形变坏。,LC正弦振荡器,正反馈,注意:用瞬时极性法判断
9、反馈的极性时, 耦合电容、旁路电容两端的极性相同, 属于选频网络的电容,其两端的极性相反。,例2:试用相位平衡条件判断下图电路能否产生自激振荡.,LC正弦振荡器,三点式 LC振荡电路,1. 电感三点式振荡电路,正反馈,放大电路,选频电路,反馈网络,振荡频率,通常改变电容 C 来调节振荡频率。,反馈电压取自L2,振荡频率一般在几十MHz以下。,LC正弦振荡器,三点式 LC振荡电路,2. 电容三点式振荡电路,正反馈,放大电路,反馈网络,振荡频率,通常再与线圈串联一个较小的可变电容来调节振荡频率。,反馈电压取自C2,反相,振荡频率可达100MHz以上。,选频电路,LC正弦振荡器,例3:图示电路能否产
10、生正弦波振荡, 如果不能振荡, 加以改正。,解:直流电路合理。 旁路电容CE将反馈信号旁路,即电路中不存在反馈,所以电路不能振荡。将CE开路,则电路可能产生振荡。,反馈电压取自C1,正反馈,非正弦波发生电路,方波发生器 三角波发生器 锯齿波发生器,方波(矩形波)发生器,电路结构,负跳变触发电平:,正跳变触发电平:,方波(矩形波)发生器,工作原理,1. 设 uo = + UOM,此时,输出给C 充电!,则:u+=UH,一旦 uc UH , 就有 u- u+ ,在 uc UH 时,,u- u+ ,uo 保持 + UOM 不变;,uo 立即由UOM 变成UOM,方波(矩形波)发生器,工作原理,此时,
11、C 经输出端放电。,2. 当uo = -UOM 时,,u+=UL,uc降到UL时,uo上翻。,方波(矩形波)发生器,工作原理总结,当输出处于正饱和时:,uo=+UOM,输出电压对电容充电, uC 按指数规律增大,经过T1,uC=UH,uo=-UOM,触发,当输出处于负饱和时:,uo=-UOM,输出电压对电容反向充电, uC 按指数规律减小,经过T2,uC=U,uo=+UOM,触发,方波(矩形波)发生器,输出波形,0,T,方波(矩形波)发生器,方波发生器各部分的作用,RC电路:起反馈和延迟作用,获得一定的频率。,迟滞比较器:起开关作用,实现高低电平的转换。,三角波发生器,电路一:方波发生器 矩形
12、波积分电路三角波,反向积分电路,方波发生器,此电路要求前后电路的时间常数配合好,不能让积分器饱和。,三角波发生器,工作原理,uo,三角波的周期由方波发生器确定,其幅值也由周期T和参数RC决定。,三角波发生器,改进电路,反向积分电路,上行迟滞比较器,特点:由迟滞比较器和反相积分器级联构成,迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入,反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入。,三角波发生器,输出波形,三角波发生器,锯齿波发生器,改变三角波发生器中积 分电路的充放电时间常数, 使放电的时间常数为0,即 把三角波发生器转换成了锯 齿波发生器。,锯齿波发生器,本章小结,非正弦波发生电路,主要内容,正弦波 产生电路,RC振荡 电路,LC振荡 电路,波形产生的原理,振荡电路的组成,矩形波 发生电路,三角波 发生电路,锯齿波 发生电路,