模电课件第九章信号产生电路

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1、第9章 信号产生电路,9.1 正弦波振荡电路的振荡条件,9.2 RC正弦波振荡电路,9.3 LC正弦波振荡电路,* 9.4 非正弦波产生电路,以上说明：电路原为负反馈，但由于放大器或反馈网络的移相作用，并且移相为角度，使原来的负反馈变成了正反馈，反馈信号 不是去减弱放大器的净输入量，而变成了增加净输入量，使 放大反馈净输入量放大使输出量越来越大，整个过程使负反馈电路产生了“自激振荡”。 在正弦波振荡电路中，反馈支路不是负反馈，而是正反馈，这样即使没有输入信号 ，电路经放大正反馈放大，很容易使电路产生“振荡”。 以上就是“自激振荡”和“振荡”电路的区别。,9.1 正弦波电路的振荡条件,一、什么叫

2、振荡？（P.394） 在负反馈电路中曾涉及到“自激振荡”：在负反馈电路中，不加入外界输入信号 ，如果从输出端的相位反馈到放大电路的输入端产生了或（2n1）的相移，则电路的输出端仍将有信号输出。,二、正弦波振荡条件和电路构成,正弦波振荡电路构成： 1、为了满足振幅平衡条件，必须要有放大电路，且放大倍数A1； 2、为了满足相位平衡条件，必须要有正反馈网络；（采用瞬时极性法分析） 3、为了获得所需要的频率，必须要有选频网络； 选频网络的元件一般由RLC组成，如RC串并联、RLC串并联、晶体振荡器等。选频网络又往往不是单独存在，而是与反馈网络或放大电路组合在一起，形成选频正反馈网络或选频放大器。 4、

3、为了使振荡输出信号稳定，必须具有稳幅环节。但稳幅环节又往往不单独形成电路，而是利用放大器中的BJT的非线性特性、运放的非线性工作区来完成的，如Vo太大，信号将进入BJT的饱和区，使Vo，或者进入截止区，使Vo。从而使输出信号Vo稳定，达到稳幅效果。,9.2 RC正弦波振荡电路,一、桥式RC正弦波振荡电路（又称文氏振荡电路）结构,二、分析选频网络的选频特性,9.2 RC正弦波电路,为满足振荡条件,须使上式虚部为零.,使:,三、振荡条件和振荡频率,(1)当,电路（RC串并联网络）发生谐振，阻抗呈电阻性， 所以Uf=U0同相（不产生相移） 即f=0, 因A =0(同相端输入） 所以A+f=0 满足相

4、位平衡条件,（2）当,满足幅值平衡条件,为了保证电路容易起振，往往使：,RC串并联网络完整的频率特性曲线：,当 时， F= Fmax=1/3,例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才能起振？振荡频率f0=？,AF=1，,A=3,Rf=2R1=210=20k,=1592 Hz,起振条件：,能自动稳幅的振荡电路,起振时Rt较大 使A3,易起振。 当uo幅度自激增长时， Rt减小，A减小。 当uo幅度达某一值时， A3。 当uo进一步增大时， RT再减小 ,使A3。 因此uo幅度自动稳定于某一幅值。,能自动稳幅的振荡电路,起振时D1、D2不导通，Rf1+Rf2略大于2R1。随着uo

5、的增加， D1、D2逐渐导通，Rf2被短接，A自动下降，起到稳幅作用。,将Rf分为Rf1 和Rf2 ， Rf2并联二极管,K：双联波段开关， 切换R，用于 粗调振荡频率。,C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。,振荡频率的调节：,三. RC移相式振荡电路,1. RC移相电路,（1 ）RC超前移相电路,（2）RC滞后移相电路,2. RC移相式振荡电路,在 f0 处,满足相位条件：,例1判断电路能否产生振荡？P.430T9.2.1、T9.2.3,9.2.1 电路如图题9.2.1所示，试用相位平衡条件判断哪个电路可能振荡，哪个不能，并简述理由。,答：图（a）不能产生振荡。其环路相移为a180（

6、即负反馈）；而两节RC移相f180，整个电路（af ）360，不能满足产生振荡的相位平衡条件。 图（b）能产生振荡，在01/（RC）时，经RC选频网络传输到运放同相端的电压Vf与Vo同相，即有f0和af2 n。这样，放大电路和由RC组成的串、并联反馈网络刚好形成正反馈系统，满足相位平衡条件。,例2:用相位条件判断下图电路能否产生自激振荡, 说明理由.,负反馈,不能产生自激振荡.,例3 9.2.3 一节RC高通或低通电路的最大相移绝对值小于90，试从相位平衡条件出发，判断图题9.2.3所示电路哪个可能振荡，哪个不能，并简述理由。,答：图（a）可能产生振荡，因它由三节RC低通电路组成，每节RC移相

7、最大可达90，如果每节相移60，三节共180，电路本身为负反馈，倒相180，加上三节相 移180，共为360，符合振荡的相位平衡条件；图（b）不能产生振荡，因它只有二节RC高通，最大相移绝对值小于180，加上负反馈倒相180，不能等于af2n，不满足振荡的相位平衡条件。,例4 利用相位平衡条件，判断下图所示各电路是否有可能产生正弦波振荡，并简述理由。设耦合电容和射极旁路电容很大，可视为交流短路。,图(a)a= 0o；而选频网络采用的是RC串并联电路，f = 0o，所以， =a+f = 0o ，满足相位平衡条件，可能振荡。,图(b)第一级共基极放大电路，输出与输入同相；第二级共射极放大电路，输出

8、与输入反相，因此总的输出电压vo与输入电压vi反相，a=180o；选频网络采用RC串并联电路，f = 0o， =a+f = 180o ，电路不满足相位平衡条件，不能振荡。,图（c) 电路为差分式电路，单端输入，T2的集电极单端输出，因此，输出电压vo与输入电压vi同相，a= 0o；选频网络采用的是RC串并联电路，f = 0o，所以， =a+f = 0o ，电路满足相位平衡条件，可能振荡。,例5：P.431T9.2.6,解：（1）为了满足相位平衡条件，采用瞬时极性法分析可知，运放A的输入端应为上“”下“”，如图中所示。,（2）为能起振，AV必须满足：, R2RP2R125.110.2k,（3）求

9、振荡频率 ：,（4）求Vom的表达式 ： 当uOVom时，因为AV3，则有：uNuPVom /3 u0m = uN + VZ +uRP (Vom/3) + VZ + (RP / R1) (Vom/3) 考虑到流过R1和RP的电流相等，有：uRP（uN / R1）RP= (RP / R1) (Vom/3) u0m = uN + VZ +uRP (Vom/3) + VZ + (RP / R1) (Vom/3),整理得:,作业：P.431T9.2.4、T9.2.5 预习：9.39.4,1. LC并联谐振回路的选频特性,(阻性),LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功

10、率互相补偿，电路呈阻性。,R为电感和回路中的损耗电阻,9.3 LC正弦波振荡器,当 时，,并联谐振。,谐振时，电路呈阻性：,Q为谐振回路的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。,谐振时LC并联谐振电路相当一个大电阻。,LC并联谐振回路的幅频特性曲线,互感线圈的极性判别,初级线圈,次级线圈,同名端,在LC振荡器中，反馈信号通过互感线圈引出,同名端：,二. 变压器反馈式LC振荡电路,工作原理：,三极管共射放大器。,利用互感线圈的同名端：,满足相位条件。,振荡频率:,判断是否是满足相位条件相位平衡法：,断开反馈到放大器的输入端点，假设在输入端加入一正极性的信号，用瞬时极性法判定反馈信号的极

11、性。若反馈信号与输入信号同相，则满足相位条件；否则不满足。,(+),(-),(+),(+),LC正弦波振荡器举例,满足相位平衡条件,(+),(-),(-),(-),（+）,（+）,（）,（+）,LC正弦波振荡器举例,振荡频率:,（）,满足相位平衡条件,仍然由LC并联谐振电路构成选频网络,三. 三点式LC振荡电路,原理：,uf与uo反相,uf与uo同相,电感三点式：,电容三点式：,uf与uo反相,uf与uo同相,1.电感三点式LC振荡电路,振荡频率：,2. 电容三点式LC振荡电路,振荡频率：,例1：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。,Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。,四. 石

12、英晶体振荡电路,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 500000,一. 石英晶体,2. 基本特性,1. 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,3. 石英晶体的等效电路与频率特性,等效电路：,（1）串联谐振,频率特性：,晶体等效纯阻且阻值0,（2）并联谐振,通常,所以,二. 石英晶体振荡电路,利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路。,1. 并联型石英晶体振荡器,石英晶体工作在fs与fp

13、之间，相当一个大电感，与C1、C2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所以电路可以获得很高的振荡频率稳定性。,2. 串联型石英晶体振荡器,石英晶体工作在fs处，呈电阻性，而且阻抗最小，正反馈最强，相移为零,满足振荡的相位平衡条件。 对于fs以外的频率，石英晶体阻抗增大,且相移不为零，不满足振荡条件，电路不振荡。,C,9.4 非正弦波产生电路比较器,一、什么叫 比较器（P.415） 比较器常称为“电压比较器”（见P.416图9.4.1），顾名思义，它是比较两个电压的大小。例如：将一个输入电压VI和一个参考电压VREF进行比较，其结果只有两种情况：VIVREF0（即VIV

14、REF）；VIVREF0（即VIVREF）。它与数字电路中的数值比较器不同的是少了一个VIVREF。 因为输入端只有两种状态：VIVREF0或VIVREF0，因此输出端电压Vo也只有两种状态：VOVOH或VOVOL。 比较器的电压传输特性（VI/VO之间特性）如下：,反相比较 同相比较,VREF为参考电压，VI为输入电压，是可变化的。将比 较器输出电压VO从一个电平VOL（或VOH）跳变到另一个 电平VOH（或VOL）时VI的值称为比较器的“门限电压”或 称为“阀值电压”。用Vth表示。 上面的比较器的门限电压VthVREF，这类比较器Vth仅有一个，所以常称为单门限电压比较器。,二、最简单的

15、单门限比较器,运算放大器接成开环形式，且A，因为： VidVIVREF VidVIVREF0时，V0VidAVOH，为正值，运算放大器处于正向饱和状态。 VidVIVREF0时，V0VidAVOL，为负值，运算放大器处于负向饱和状态。 在以上两种状态下，VOH、VOL接近于运放工作电源，即VOHVCC、VOLVCC。 这类比较器称为同相比较器。电压传输特性如右。,如果将VI和VREF对调，此时的比较器就成为反相单门限电压比较器。 电压比较器的特点： 1、电压比较器工作在非线性区（电路为开环，没有线性关系）； 2、输出有两种状态：VOH、VOL； 3、输入端有两种接法：同相比较器、反相比较器； 4、电压传输特性是描述比较器输入电压、输出电压关系的特性曲线。,举例,1、如图，将VI接反相端、VREF接同相端，如果 VIVREF0，则V0VOL；如果VIVREF0，则 V0VOH。这就组成了反相单门限电压比较器。电压传输特性如由所示。,2、将VI接同相端、VREF接地，这样VIVREF VI ，则门限电压值Vth0 。此时的比较器称为“过零比较器”。根据VI接同相端或反相端，又可形成同相过零比较器（图1）和反相过零比较器（图3）。它们的电压传输特性曲线如图2和图4所示