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1、(6-1),第6章 信号产生电路,(6-2),第6章 信号产生电路,6.1 正弦波振荡电路,6.3 RC正弦波振荡电路,6.2 正弦波振荡电路的振荡条件,6.4 LC正弦波振荡电路,6.5 非正弦波产生电路,(6-3),正弦波振荡电路由放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅环节组成。,6.1 正弦波振荡电路,正弦波振荡电路无需输入信号便能产生一定频率和幅值的正弦波输出。,根据频率的不同，正弦波振荡电路分为：RC、LC和石英晶体正弦波振荡电路。,(6-4),一、产生正弦波振荡的条件,只有正反馈电路才能产生自激振荡。,6.2 正弦波振荡电路的振荡条件,(6-5),如果：,反馈信号代替了放大 电路的输
2、入信号。,(6-6),自激振荡条件的推导,(6-7),自激振荡的条件,(6-8),如果：,(1) 正反馈足够强,输入信号为 0 时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。,(2) 要获得正弦自激振荡,反馈回路中必须有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：,(6-9),自激振荡的条件：,因为：,所以，自激振荡条件也可以写成：,（1）振幅条件：,（2）相位条件：,n为整数,相位条件意味着振荡电路必须是正反馈； 振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。,(6-10),问题1：如何启振？,Uo 是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。,放大电路中存在噪声即
3、瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。,选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：,|AF|1，且A+ F =2n，即可起振。,(6-11),问题2：如何稳幅？,起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。,达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。,具体方法将在后面具体电路中介绍。,起振并能稳定振荡的条件：,(6-12),正弦波振荡电路应包含以下部分,(1)放大电路,(2)反馈网络,(4)稳幅电路,(3)选频网络,判断一个电路是否正弦波振荡电路就看其是否包含上述四部分。,分析一个正弦振荡电路，首先看是
4、否振荡，方法是：,(1)判断是否满足相位条件，是否正反馈放大电路。,(2)判断放大电路的结构是否合理、有无放大能力、静态工作点是否合适。,(3)判断是否满足幅值条件。,(6-13),用RC 电路构成选频网络的振荡电路即所谓的 RC振荡电路，可选用的 RC 选频网络有多种，这里只介绍文氏桥RC选频网络。,1.RC串并联网络的选频特性,6.3 RC正弦波振荡电路,(6-14),设串联阻抗为Z1,并联 阻抗为Z2，则：,(6-15),令,(6-16),传递函数：,相频特性：,幅频特性：,当=0，放大倍数为1/3,相移为零。,(6-17),2. RC正弦波振荡电路,所以，要满足相位条件，只有在 fo
5、处,因为：,幅值条件,(6-18),二极管稳幅的RC串并联振荡电路,振荡幅值较小时，流过二极管的电流较小，二极管等效电阻大，Rf大。放大倍数大。,振荡幅值较大时，流过二极管的电流较大，二极管等效电阻小，Rf小。放大倍数减小。输出uo稳定在某值。,(6-19),起振时，Rt略大于2R1，使|AF|1，以便起振；,起振后，uo逐渐增大则Rt逐渐减小，使得输出uo为某值时，|AF|=1，从而稳幅。,热敏电阻稳幅的RC串并联振荡电路,Rt,R,C,R,C,R1,t ,uo,(6-20),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。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。本
6、节只对 LC振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。,首先介绍一下 LC并联 选频网络。,6.4 LC正弦波振荡电路,6.4.1变压器反馈式LC振荡电路,(6-21),R为电感线圈中的电阻,1.LC并联电路的选频特性,(1)当,电路发生谐振，总阻抗最大，且为纯电阻。,(6-22),(2)谐振频率,(3)LC并联谐振电路的品质因数Q。,Q大,品质因数越高，谐振时的等效阻抗越大，幅频特性越尖锐，相频特性变化越快，选择性越好。,(6-23),互感线圈的极性判别,磁棒,初级线圈,次级线圈,同极性端,(6-24),振荡频率由LC谐振网络决定。,2. 变压器反馈式LC正弦波振荡电路,+,共射极接法,
7、(6-25),振荡频率由LC谐振网络决定。,变压器反馈式LC正弦波振荡电路的其他形式,+,共射极接法,(6-26),振荡频率由LC谐振网络决定。,+,+,共基极接法,注意电容Ce的作用。,变压器反馈式LC正弦波振荡电路的其他形式,(6-27),6.4.2 三点式LC正弦波振荡电路,+,_,谐振回路有三个引出端分别接到三极管的b、c、e极。,1.电感三点式,共射极接法,_,+,_,(6-28),共基极接法,+,+,电感三点式振荡电路的其他形式,注意电容Ce的作用。,(6-29),+,L,_,2.电容三点式,共射极接法,+UCC,Cb,Cc,Rb2,Rb1,Re,Ce,RC,(a),C2,C1,_
8、,_,+,(6-30),共基极接法,+,+,电容三点式的其他形式,(6-31),Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。,1. 频率稳定问题,频率稳定度一般由 来衡量,频率偏移量。,振荡频率。,LC振荡电路 Q 数百,石英晶体振荡电路 Q 10000 500000,6.4.3 石英晶体振荡电路,(6-32),2. 石英晶体的基本特性,结构,极板间加电场,极板间加机械力,压电效应,交变电压,机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高,当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大。,压电谐振,(6-33),3. 石英晶体的基本特性与等效电路,等效电路,A. 串联谐振,特性,晶体等效阻抗为纯阻性,B. 并联
9、谐振,通常,所以,(6-34),实际使用时外接一小电容Cs,则新的谐振频率为,由于,由此看出,调整,R,(6-35),4. 石英晶体振荡电路,图6.4.8并联型石英晶体振荡电路 (a)电路 (b)等效交流通路,振荡频率为,由于,振荡频率近似为,(6-36),图6.4.9串联型石英晶体振荡电路,振荡频率为,的作用是调节反馈量的的大小。,石英晶体串联谐振等效为纯电阻。反馈回路相移为零。,(6-37),电路结构,上下阈值电压：,反相滞回比较器，输出经积分电路再输入到比较器的反相输入端。,6.5.1 矩形波产生电路,6.5 非正弦波产生电路,(6-38),1.工作原理,1). 设 uo = + UZ,
10、此时，输出给C 充电!,则：u+=UTH1,一旦 uc UTH1 , 就有 u- u+ ,在 uc UTH1 时，,u- u+ ,uo 保持 + UZ 不变；,uo 立即由UZ 变成UZ,(6-39),此时，C 经输出端放电。,2). 当uo = -UZ 时，,u+=UTH1,uc降到UTH2时，uo上翻。,当uo 重新回到UZ 以后，电路又进入另一个 周期性的变化。,(6-40),0,输出波形：,(6-41),R1C电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。,反相滞回比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。,矩形波发生电路各部分的作用：,(6-42),2.周期与频率的计算,f=1/T,uc上升
11、阶段表示式:,uc下降阶段表示式:,(6-43),3.占空比可调的矩形波发生电路：,定义矩形波为高电平的时间T2与周期T之比为占空比D。,D1,占空比为：,充电时间,R,放电时间,(6-44),6.5.2 三角波产生电路,特点：由同相滞回比较器和反相积分器级联构成，滞回比较器的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的输出反馈到滞回比较器的输入端。,(6-45),上下阈值电压：,回顾:,同相滞回比较器,(6-46),回顾:,反相积分器,(6-47),1.工作原理,(6-48),2. 主要参数计算,(6-49),改变电路中积分电路的充放电时间常数，使充放电的时间常数不相等，即把三角波产生电路转换成了锯齿波产生电路。,6.5.3 锯齿波产生电路,锯齿波产生电路的波形,(6-50),充电时间计算：,(6-51),放电时间计算：,(6-52),第6章作业: 6.5,6.6,6.7,6.10,
