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1、第九章 信号产生电路,概述,1 正弦波振荡器的振荡条件,2 RC正弦波振荡电路,3 LC正弦波振荡电路,RC串并联选频网络的选频特性,电路的构成,振荡的建立与稳定、振荡频率与调整,LC选频放大电路,变压器反馈 LC 振荡器,三点式 LC 振荡电路,石英晶体振荡电路,4 非正弦信号产生电路,比较器,方波产生电路,信号产生电路概述,常用的正弦波振荡器：,石英晶体振荡电路：频率稳定度高。,应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。,放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号（又称振荡器）。输出的交流电能是从电源的直流电能转换
2、而来的。,正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。,信号发生器从波形上分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器（方波、锯齿波、三角波等）。,信号发生器：,振荡波形：,正弦波振荡器：,9、1 正弦波振荡器的振荡条件,AF = a+ f= 2n,振荡条件,幅度平衡条件,相位平衡条件,n = 0,1,2,仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。,9.2 RC正弦波振荡电路,电路原理,(1) 电路的构成,RC 串并联网络是正反馈网络，Rf 和R1为负反馈网络。,RC串并联网络与Rf、R1负反馈支路正好构成一个桥路，称为桥式。,（2）RC串并联选频网络的选频特性,反馈系数,=0
3、=1/RC,或 f = f0 =1/2RC,FVmax=1/3,RC串并联网络的频率特性曲线,当 f=f0 时的反馈系数 FVmax=1/3。此时的相角 f =0。改变RC可调节谐振频率,稳定振荡条件AuF = 1 ，| F |= 1/ 3，则,起振条件AuF 1 ，因为 | F |=1/ 3，则,考虑到起振条件AuF 1, 一般应选取 RF 略大2R1。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重非线性失真。,由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路要通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。,(3)振荡的建立与稳定,(4) 振荡频率与振荡波形,因为 A = 0，而仅在 f 0处 F = 0 ，满足相位
4、平衡条件，所以振荡频率 f 0= 1 2RC。,改变R、C可改变振荡频率,RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。,振荡频率由相位平衡条件决定。,振荡频率为单一频率 f 0，故振荡波形是正弦波,(5) 稳幅措施,振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R1实现的。R1是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R1上所加的电压升高，即温度升高，R1的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在Rf 的位置。,改变开关K的位置可改变选频网络的电阻，实现频率粗调； 改变电容C 的大小可实现频率的细调。,振荡频率,振荡频率的调整：,例 1 ：,. 试分析D1、D2自动
5、稳幅原理； . 估算输出电压V0m；(VD=0.6V) . 若R2短路时，试画出V0的波形； . 若R2开路时，试画出V0的波形；,解：,.稳幅原理,当v0幅值很小时， D1、D2接近开路，R3=2.7K。,当v0幅值较大时， D1或D2导通，R3减小，AV下降。,V0 幅值趋与稳定。,起振。,.估算输出电压V0m (设VD=0.6V),.若R2短路时,(4). 若R2开路时，输出电压V0的波形,AV3，电路停振， 输出电压V0的波形为,9.3 LC正弦波振荡电路,LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。,1. LC并联谐振电路,通常R
6、L,谐振时：,谐振频率：,9. 3. 1 LC选频放大电路,品质因素,Q值越大，曲线较陡较窄。,并联谐振时总电流与电感支路电流或电容支路电流之比。,谐振曲线,并联谐振电路的谐振阻抗,输入电流 IS 和 IL 或 IC 的关系,谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。,通常Q1，所以 ICIL IS,2. 选频放大电路：,9.3.2 变压器反馈LC振荡器,LC并联谐振电路作为三极管的负载，反馈线圈L2与电感线圈相耦合,将反馈信号送入三极管的输入回路。若交换反馈线圈的两个线头，可使反馈极性发生变化。若调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，使正反馈的幅度条件得以满足。,9.3.3 三点式 LC 振荡
7、电路,1. 电感三点式振荡电路,放大电路,选频电路,反馈网络,反馈电压取自L2,电路构成：,选频电路： L1、 L2、 C产生谐振,反馈网络分析：,IB很小， 并呈容性,设输入加入,1. 电感三点式振荡电路分析,正反馈,振荡频率：,通常改变电容 C 来调节振荡频率。,振荡频率一般在几十MHz以下。,相位条件的满足：,幅值条件的满足：,因AV较大，适当选择L1和L2即可,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,振荡频率可达100MHz以上。,选频电路,与前面分析相同，C1和C2的电压反相,例：,试判断三
8、点式振荡电路是否满足相位平衡条件。,两个电路都满足相位平衡条件。,9.3.4 石英晶体振荡电路,1、正弦波振荡电路振荡频率的稳定,LC振荡器的振荡频率的稳定与L、C、R参数有关,也与品质因数Q有关， Q越大振荡频率越稳定。,2、石英晶体, 特性：,当电压变化频率等于晶体的固有频率时，产生压电谐振。, 符号及等效电路,等效电路,符号,石英晶体的品质因数很高,静态电容 : C0,机械振荡惯性： L,晶片弹性： C,品质因数,损耗： R 数百欧 小, 石英晶体谐振频率（固有频率）,电抗-频率响应特性,等效电路,1.当R、L、C支路发生串联谐振时，串联谐振频率为：,2.当R、L、C支路与C0发生并联谐
9、振时，并联谐振频率为：,石英晶体的振荡频率的微调,加入微调电容CS，微调串联谐振频率,3. 石英晶体振荡电路,满足正反馈的条件，为此，石英晶体必须呈电感性才能形成LC并联谐振回路，产生振荡。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。,电容三点式,9.4 非正弦信号产生电路,集成运放的非线性应用,运算放大器开环应用时的分析方法：,当uP UN时 , uo = +Uom 当uP UN时 , uo = -Uom,UR,UR为参考电压,当ui UR时 , uo = +Uom 当ui UR时 , uo = -Uom,特点:运放处于开环状态,9.4.1 比较器,一、单门
10、限电压比较器,UR,当ui UR时 , uo = -Uom,若ui从反相端输入,过零比较器: 当UR =0时,例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。,电压比较器应用举例：, 电路分析：, 传输特性：, 输入输出波形,1.迟滞比较器(下行),特点:电路中使用正反馈, 运放处于非线性状态,1、因为有正反馈，所以输出饱和。,2、当uo正饱和时(uo =+UOM) ：,3、当uo负饱和时(uo =-UOM) ：,二、迟滞比较器,迟滞比较器 (续),设ui , 当ui = UT-, uo从-UOM +UOM,这时, uo =-UOM , U+= U+L,设初始值: uo =+UOM , UP= UT+
11、设ui , 当ui = UT+ , uo从+UOM -UOM,传输特性,UT+上门限电压 UT-下门限电压 UT+ - UT-称为回差,例:设输入为正弦波, 画出输出的波形。,加上参考电压后的迟滞比较器(下行) ：,上下限：,例题：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V当输入ui为如图所示的波形时，画 出输出uo的波形。,上下限：,=10V,=2V,迟滞比较器两种电路传输特性的比较:,1.电路结构,迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的输入端。,上下限:,9.4.2 方波发生器,2.工作原理：,(1) 设 uo = + UOM ,此时，输出给C 充电, uc ,则：u
12、+=U+H,一旦 uc U+H , 就有 u- u+ ,在 uc U+H 时，,u- u+ ,uo 立即由UOM 变成UOM, 设uC初始值uC(0+)= 0,方波发生器,uo保持+UOM不变,此时，C 经输出端放电,再反向充电,(2) 当uo = -UOM 时，,u+=U+L,uc达到U+L时，uo上翻,当uo 重新回到UOM 以后，电路又进入另一个 周期性的变化。,周期与频率的计算：,f = 1/T,此期间是分析问题时的假设,实际上用示波器观察波形时看不到这段波形.,周期与频率的计算：,T= T1 + T2 =2 T2， 因正反向充电条件一样T1 = T2。,T2阶段uc(t)的过渡过程方程为:,UC ()=+UOM,周期与频率的计算：,思考题：点 b 是电位器 RW 的中点，点 a 和点 c 是 b 的上方和下方的某点 。试定性画出点电位器可动端分别处于 a、b、c 三点时的 uo - uc 相对应的波形图。,设Rwa Rwc,2 迟滞比较器（施密特比较器）,电路构成：,工作原理分析：,9.4.2 方波产生电路,基本电路构成：,工作原理分析：,加入双向限幅电路时的分析：,振荡周期频率的计算：,改变占空比的方法：,本章结束,石英晶体振荡电路举例,例：,分析下列振荡电路能否产生振荡，若产生振荡,石英晶体处于何种状态？,
