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1、第二章 信号产生电路与变换电路,利用集成运算放大器或者专用模拟集成电路，配以少量的外接元件可以构成各种类型的信号发生器和具有各种功能的变换电路。 这些信号发生器和变换电路广泛应用于无线电测量，震动测量，程序控制，无线电广播与通信，近代生物物理，医学等技术领域及学科研究领域。,2.1 信号发生器什么是信号发生器？信号发生器（signal generator)是指产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形可分为正弦波发生器和非正弦波发生器两大类。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。 正弦波发生器通常由工作于线性状态的运算放大器和外接移项选频网络构成。非正弦发生器通常
2、是由运放构成的滞回比较器和有源、无源积分电路构成。,信号产生电路,(振荡器Oscillators),分类：,正弦波振荡:,非正弦波振荡：,RC 振荡器(1 kHz 数百 kHz),LC 振荡器(几百 kHz 以上),石英晶体振荡器(频率稳定度高),方波、,三角波、,锯齿波等,主要性 要求能：,输出信号的幅度准确稳定,输出信号的频率准确稳定,一、正弦波发生器,1 正弦波振荡电路的基本概念,2 正弦波振荡电路,正反馈放大电路如图示。（注意与负反馈方框图的差别）,a.振荡条件,若环路增益,则,又,所以振荡条件为,振幅平衡条件,相位平衡条件,1.1正弦波振荡器的振荡条件,起振条件,b. 起振过程,振荡
3、电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？,电路器件内部噪声,当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。,噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。,？ 稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从 回到,起振条件,1/Fu,Au = 1/Fu,O,ui,uo,Au,uo,Au Fu 1,Au Fu 1,Ui1,Uo1,Uf1,Ui2,Uo2,Uf2,Ui3,Uo3,Uf2,Ui4,Uo4,uf,起振,稳幅, ,c. 稳幅过程,稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从
4、 回到,放大电路（包括负反馈放大电路）,基本组成部分,反馈网络（构成正反馈的）,选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈网络合二为一。）,稳幅环节,1.2正弦波振荡器的组成及分类,分类,RC 振荡器(1 kHz 数百 kHz),LC 振荡器(几百 kHz 以上),石英晶体振荡器(频率稳定度高),一、RC 文氏桥式振荡电路,RC 串并联选频网络,式中: 振荡角频率 0 = 1/RC,当 信号频率 = 0 时,= 0 与零相移放大器配合使用 满足起振条件，电路起振，输出正弦波信号。,a. RC 移相式正弦波振荡电路,一节 RC 环节,移相 90,二节 RC 环节,移相 180,三节 R
5、C 环节,移相 270, 满足相位平衡条件,优点：,结构简单,缺点：,选频特性差，输出波形差，输出信号也不稳定,由三节RC超前或滞后移相反馈网络和反相放大器组成，常用于产生低频正弦信号。 若适当选择稳幅负反馈网络的反馈电阻，使放大器闭环增益大于一，即满足振荡的振幅平衡条件，就能在输出端得到正弦波振荡信号。,提问？,为什么此电路中选用三节RC电路？当RC相移电路取最大的90时，输出信号电压为0，不满足振荡幅度条件，因此RC不能去最大的相移。要相移180，则最少需要三节RC电路。,补充知识： 电压比较器(Comparer)的分类,功能：,类型,基本比较器,简单比较器(单门限),窗口比较器(双门限)
6、,滞回比较器(施密特触发器),比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小,构成：,运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。,1. 运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。,运放工作在非线性状态基本分析方法,2. 运放工作在非线性状态的分析方法：若U+U- 则UO=+UOM；若U+U- 则UO=-UOM。虚断（运放输入端电流=0）,简单比较器,1. 过零电压比较器,uI 0,UOmax,-UOmax,UOH,UOL,2. 同相输入单门限比较器,UZ,uI UREF,门限 电压 UT,特点:,1)工作在非线性区,2)不存在虚短 (除了uI = UREF
7、时),3)存在虚断,门限电压 UT = UREF,1)电路和门限电压,6.3.3 滞回比较器,1. 反相型滞回比较器,正反馈,当 uI uP 时， uO = -UZ,当 uI uP 时， uO = +UZ,当 uI = uP 时， 状态翻转,两个阈值,例：R1 = 30 k，R2 =15 k, UZ = 6 V, UREF = 0, 求 UT。,特点：,2)传输特性,R,R1,uI,UREF,R2,R3,UZ,P,uO,uO,UT+,UT-,UZ,-UZ,当 uI 逐渐增大时,只要 uI UT+ ，则 uO = -UZ,当 uI 逐渐减小时,只要 uI U T- ，则 uO = -UZ,一旦 uI UT+ , 就有 u- u+ , uo 立即由UZ变成UZ 。,在 uc UT+ 时，,u- 1,Au Fu 1,Ui1,Uo1,Uf1,Ui2,Uo2,Uf2,Ui3,Uo3,Uf2,Ui4,Uo4,uf,起振,稳幅, ,c. 稳幅过程,稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从 回到,
