模电-课件第9章--信号产生电路1

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1、第九章 信号产生电路,9.1 正弦波振荡电路的组成及振荡条件 9.2 RC正弦波振荡电路 9.3 LC正弦波振荡电路 9.4 非正弦信号产生电路,本章基本教学要求,掌握产生正弦振荡的条件，RC正弦波发生电路。各种振荡电路的振荡频率的计算公式。,正确理解LC正弦波发生电路，非正弦波发生电路。,一般了解石英晶体振荡电路以及方波、三角波、锯齿波产生电路的工作原理。,本章重点内容,产生正弦波振荡的条件。,RC 和LC 选频网络的选频原理。,RC 和LC 正弦波振荡电路的判别及振荡频率的估算。,正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路

2、。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。 9.1.1 正弦波发生电路的组成 9.1.2 产生正弦波的电路条件 9.1.3 起振条件和稳幅原理,9.1 正弦波振荡电路的组成及振荡条件,9.1.1 正弦波发生电路的组成,为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。,如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。,反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。,为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、

3、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。 正弦波发生电路的组成:,放大电路 正反馈网络 选频网络 稳幅电路,9.1.2 产生正弦波的条件,产生正弦波的条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。只不过负反馈放大电路中是由于信号频率达到了通频带的两端，产生了足够的附加相移，从而使负反馈变成了正反馈。在振荡电路中加的就是正反馈，振荡建立后只是一种频率的信号，无所谓附加相移。,动画9-1,(a) 负反馈放大电路 (b) 正反馈振荡电路,图9.1 振荡器的方框图,比较图9.1(a) 和 (b)可以看出负反馈放大电路和正反馈振荡电路的区别。由于振荡电路的输入信号 所以 。由于正、负号

4、的改变，有下式：,振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一些，即要求： 这称为起振条件。,9.1.3 起振条件和稳幅原理,既然 ，起振后就要产生增幅振荡，电路必然产生失真。要靠稳幅环节作用，获得正弦波输出。,也可以在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益，从而达到稳幅的目的。,综上所述，判断一个电路是否为正弦波振荡电路，看其组成是否含有以下几个基本部分： （1）放大电路 （2）正反馈网络 （3）选频网络 （4）稳幅电路,分析正弦波振荡电路时，首先要判断是否振荡，判断振荡的方法是：,（1）是否满足相位条件，即电路是否为正反馈，只有满足相位条件才有可能振荡。,（2）放

5、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。, 1，则不可能振荡。, 1，能振荡，但输出波形明显失真。,（3）分析是否满足幅度条件，检验 ，若, 1，产生振荡。振荡稳定后，有稳幅措施，振荡稳定，而且输出波形失真小。,9.2 RC正弦波振荡电路,9.2.1 RC网络的频率响应 9.2.2 RC文氏桥振荡器,9.2.1 RC 网络的频率响应,RC串并联网络的电路如图9.2(a) 所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。其频率响应如下:,图9.2(a) RC串并联网络,谐振频率为: f0=,图9.2(a) RC串并联网络,幅频特性:,相频特性:,当f=f0 时的反馈

6、系数 ,且与频率f0 的大小无关。此时的相角 F=0。即改变频率不会影响反馈系数和相角，在调节谐振频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。有关曲线见图9.2(b)。,图9.2(b) RC串并联网络的频率特性曲线,9.2.2 RC文氏桥振荡电路,(1) RC文氏桥振荡电路的构成 RC文氏桥振荡电路如图9.3所示，RC 串并联网络是正反馈网络，另外还增加了R1和R2负反馈网络。,C、R和C、R正反馈支路与R1、R2负反馈支路正好构成一个桥路，称为文氏桥。,图9.3 RC文氏桥振荡电路,为满足振荡的幅度条件 =1，所以Af3。加入R1、R2支路，构成串联电压负反馈。,F=0,图9.3 RC文氏

7、桥振荡电路,(2) RC文氏桥振荡电路的稳幅过程,RC文氏桥振荡 电路的稳幅作用是靠 热敏电阻R2实现 的。 R2是正温度系数热敏 电阻，当输出电压升高，R2上所加的电压升高，即 温度升高，R2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R1的位置。见图9.3。,图9.3 RC文氏桥振荡电路,(a) 稳幅电路 (b) 稳幅原理图 图9.4 反并联二极管的稳幅电路,采用反并联二极管的稳幅电路如图9.4所示。,电路的电压增益为：,式中 R“p是电位器上半部的电阻值，Rp是电位器下半部的电阻值。R1= R1 / RD，RD是并联二极管的等效平均电阻值。

8、,当Vo大时，二极管支路的交流电流较大，RD较小，Avf较小，于是Vo下降。由图(b)可看出二极管工作在C、D点所对应的等效电阻，小于工作在A、B点所对应的等效电阻，所以输出幅度小。,二极管工作在A、B点，电路的增益较大，引起增幅过程。当输出幅度大到一定程度，增益下降，最后达到稳定幅度的目的。,动画9-2,9.3 LC正弦波振荡电路,LC正弦波振荡电路可以产生高频振荡，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。这里的放大电路一般由分离元件承担，选频网络是由LC并联谐振电路构成，正反馈网络因不同类型的LC正弦波振荡电路而有所不同。 9.3.1 LC并联谐振电路

9、 9.3.2 变压器反馈LC振荡器 9.3.3 电感三点式LC振荡器,9.3.1 LC并联谐振电路的频率响应,LC并联谐振电路如图9.5所示。电感支路的损耗，用R表示。显然输出电压是频率的函数。,输入信号频率过高，电容的旁路作用加强，输出减小；反之频率太低，电感将短路输出。,图9.5 LC并联回路,LC并联回路的等效阻抗为：,图9.5 LC并联回路,通常有RL，所以有,谐 振 时端电压与电流同相，Z的虚部为零: 谐振频率:,品质因数：谐振时电感支路电流或电容支路电流与 总电流之比。表示回路损耗和选频性能。,图9.5 LC并联回路,对于图9.5(b)的谐振曲线，Q值大的曲线较陡较窄，图中Q1Q2

10、。并联谐振电路的谐振阻抗,谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。,LC并联回路有如下特点：,1.回路的谐振频率为：,2.谐振时，回路的等效阻抗为纯电阻，其值最大，即：,3.输入电流 和回路电流 或 的关系为：,通常Q1，所以有：,9.3.2 变压器反馈LC振荡电路,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。交换反馈线圈的两个线头，可使反馈极性发生变化。调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，以使正反馈的幅度条件得以满足。,变压器反馈LC振荡电路的振荡频率与并联LC谐振电路相同，为:,9.3 电感三点式LC振荡器,图9.9 为电感三点式LC振

11、荡电路。电感线圈L1和L2是一个线圈，2点是中间抽头。图中三极管是共基极接法，线圈上的瞬时极性如图所示。反馈到输入端发射极的极性对地为正，符合正反馈的相位条件。,图9.9 电感三点式LC振荡器（CB）,电容三点式LC振荡电路,与电感三点式LC振荡电路类似的有电容三点式LC振荡电路，见图9.12。,（a）CB组态 （b）CE组态 图9.12 电容三点式LC振荡电路,例9.1：图9.13为一个三点式振荡电路,试判断是否满足相位平衡条件。,图9.13 例题11.1的电路图,9.3.5 石英晶体LC振荡电路,利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路，如图9.14所示。,(a)串联型 f0 =f

12、s （b）并联型 fs f0fp 图9.14 石英晶体振荡电路,石英晶体的阻抗频率特性曲线见图9.15,图9.15 石英晶体的电抗曲线,它有一个串联谐振频率fs,一个并联谐振频率 fp，二者十分接近。,对于图9.14(a)的电路与电感三点式振荡电路相似。要使反馈信号能传递到发射极，为此石英晶体应处于串联谐振点，此时晶体的阻抗接近为零。,对于图9.14(b)的电路，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。,例9.2：高频振荡器 中常用的串联型晶体振荡电路,图9.16 例9.2电路

13、图,9.4.1 方波发生电路 9.4.2 三角波发生电路 9.4.3 锯齿波发生电路,9.4 非正弦波发生电路,9.4.1 方波发生电路,方波发生电路是由滞回比较电路、RC定时电路以及反馈网络构成的，电路如图9.17所示。,电容C充电， 升高。,图9.17 方波发生器,(1)工作原理,电源刚接通时, 设:,当 时， ，则: 电容C放电， 下降。,当 ， 时，返回初态。,方波周期用过渡过程公式可以方便地求出:,(动画 9-3),(2)占空比可调的矩形波电路,显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时 间常数。占空比可调 的矩形波电路见图9.19。,C充电时，充电电流经电位器的上半

14、部份、二极管D1、Rf； C放电时，放电电流经Rf、二极管D2、电位器的下半部。,图9.19 占空比可调方波发生电路,其中：,9.2.2 三角波发生器,三角波发生器由滞回比较器和积分器闭环组合而成。积分器的输出反馈给滞回比较器，作为滞回比较器的 。,图9.20 三角波发生器,1.当vO1=+VZ时,则电容C 充电, 同时vO按线性逐 渐下降，当使A1的VP 略低于VN 时，vO1 从 +VZ跳变为-VZ。,2. 在vO1=-VZ后，电容 C 开始放电，vO按线性上升， 当使A1的VP略大于零时， vO1从-VZ跳变为+ VZ ，如此周而复始，产生振荡。vO的上升时间和下降 时间相等，斜率绝对值

15、也相等，故vO为三角波。,图9.21 三角波发生器的波形,9.2.3 锯齿波发生器,锯齿波发生器的电路如图9.12所示。显然，为了获得锯齿波，应改变积分器的充放电时间常数。图中的二极管D和R将,使充电时间常数减为(RR)C，而放电时间常数仍为RC。,图9.22 锯齿波发生器电路图,锯齿波电路的输出波形图如图9.23所示。,图9.23 锯齿波发生器的波形,于是有,电压比较器,一、概述,二、单限比较器,三、滞回比较器,四、窗口比较器,五、集成电压比较器,一、概述,1. 电压比较器的功能：比较电压的大小。 广泛用于各种报警电路。 输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两

16、种情况。 使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。,2. 电压比较器的描述方法 :电压传输特性 uOf(uI),电压传输特性的三个要素： （1）输出高电平UOH和输出低电平UOL （2）阈值电压UT （3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向,3. 几种常用的电压比较器,（1）单限比较器：只有一个阈值电压,（3）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。,（2）滞回比较器：具有滞回特性 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压,4、集成运放的非线性工作区,集成运放工作在非线性区的特点：,1) 净输入电流为0 2) uP uN时， uOUOM uP uN时， uOUOM,电路特征