《实用模拟电子技术教程 教学课件 ppt 作者 徐正惠 主编模拟电子技术第16章电子课件压缩 实用模拟电子技术教程第16章电子课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实用模拟电子技术教程 教学课件 ppt 作者 徐正惠 主编模拟电子技术第16章电子课件压缩 实用模拟电子技术教程第16章电子课件（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实用模拟电子技术教程,主编：徐正惠,副主编： 刘希真 张小冰,第三篇 模拟集成电路及其应用 本篇介绍集成电路和模拟集成电路的分类、命名方法、封装方式等基本常识。在此基础上重点介绍集成运算放大电路、集成稳压电路、集成信号测量电路、集成仪表放大电路、集成功率放大电路、集成信号发生电路等。通过介绍和讨论，要求掌握或了解相关集成电路常用的型号、外型、封装、功能、主要性能指标和典型应用电路。要求掌握常用模拟集成电路应用电路的设计方法。,第16章 集成信号发生电路,第三篇 模拟集成电路及其应用,学习要求： 掌握正弦波振荡电路的组成和起振条件；掌握正弦波振荡电路的分类，以及各类振荡电路的优缺点；学会识读变压
2、器反馈式、电感反馈式、电容反馈式振荡电路，用瞬时极性判别法分析其形成正反馈的原理；正确找出各个电路的选频环节；掌握石英振荡电路的工作原理；了解函数发生器电路ICL8038的主要性能，读懂其典型的应用电路。,16.1 正弦波发生电路的组成和起振条件,第16章 集成信号发生电路,在许多控制或测量电路中，经常要用到各种波形的信号，例如正弦波、方波、矩形波、三角波、锯齿波等，这些信号需要通过特定的电路来产生。能产生这些波形信号的电路称为波形发生电路，也称波形发生器。 按照所产生波形的不同，波形发生电路可以分为两大类：正弦波发生电路和非正弦波发生电路，正弦波发生电路也称正弦波振荡器。我们首先讨论正弦波发
3、生电路。,16.1.1 正弦波振荡的条件,16.1 正弦波发生电路的组成和起振条件,正弦波发生电路是在没有外加输入信号的情况下，自行产生正弦波输出的电路。我们讨论这种能自行输出正弦波信号的电路应该满足怎么样的条件。,1、必须含有放大电路 首先，这种电路必须包含有放大电路。有了放大电路，只要电路中存在微弱的正弦波信号，经过放大电路的放大，就可以使该电路产生正弦波信号输出，如图所示。,16.1.1 正弦波振荡的条件,16.1 正弦波发生电路的组成和起振条件,2、必须存在正反馈和反馈网络 光依靠放大电路显然不能构成正弦波发生电路，因为只有正弦波信号输入时，放大电路才会产生正弦波输出，而该输入正弦波正
4、是我们需要产生的。,如果电路中存在下图所示正反馈，情况就会发生变化。图Xi表示正弦波输入信号，X0表示正弦波输出，A为放大电路，F为反馈网络，Xd表示放大电路的净输入电压。,16.1 正弦波发生电路的组成和起振条件,正反馈如何形成自激振荡？ 假设初始时刻有一个正弦波电压Xi输入，经过放大，输出正弦波信号X0，输出信号经反馈网络形成反馈信号Xf，通过正反馈， X0 XfXdX0Xd ，Xd增加到一定的程度，即使将输入信号Xi撤去，电路照样有正弦波信号输出。可见，引入正反馈后，只要有一个初始正弦振荡，通过正反馈，就可以在输出端得到正弦信号输出。 电路中总存在某种扰动，这种扰动即可成为初始振荡，但这
5、种初始振荡并不是正弦波，为此，还需要“选频网络”,16.1 正弦波发生电路的组成和起振条件,3、必须包含选频网络 选频网络的作用是使正反馈过程仅对某一确定的频率有效，因此，只有这个频率的信号能在输出端形成输出，这样，就可以得到正弦波信号输出。多数信号发生电路做法是将反馈网络和选频网络“合二为一”，使反馈网络具有选频的功能，即反馈网络只对某一确定频率的信号有最大的反馈系数，偏离这一频率的信号，其反馈系数大大下降，正反馈的结果，输出端输出的就是正弦波信号。,4、还必须有稳幅的环节 幅度的环节，通常的做法是利用放大电路的非线性。由于放大电路元器件非线性的限制，X0达到一定的幅度后，电压放大倍数A的数
6、值将降低，输出电压X0、反馈电压Xf和净输入电压Xd最后都将维持一个稳定的数值不变，电路达到动态平衡。,16.1 正弦波发生电路的组成和起振条件,起振条件 可以证明，电路自激振荡达到动态平衡时，放大倍数和反馈系数应满足关系：,上式包含两层意思：其一，平衡时放大倍数和反馈系数大小的乘积等于1，其二，反馈信号和放大电路输出信号位相相同（或相差2的整数倍）。为了使输出信号从电路接通电源开始有一个从小到大，直至达到平衡的过程，电路的起振条件为：,16.1.2 正弦波振荡电路的组成和分类,根据上述分析，正弦波振荡电路的组成如下图所示。电路由放大电路A和反馈、选频网络组成，在分立元件组成的正弦波发生电路中
7、，放大电路中晶体管依靠其非线性，同时起着稳幅的作用；反馈选频网络即起选频的作用，同时产生正反馈信号，形成电路的正反馈。,正弦波振荡电路组成,组成：,16.1.2 正弦波振荡电路的组成和分类,分类：,按照反馈、选频网络的不同，正弦波振荡电路可以分为三类：,1、反馈、选频网络由电阻和电容组成的，称为RC正弦波振荡电路； 2、反馈、选频网络由电感和电容组成的，称为LC振荡电路； 3、由石英晶体选频的，称为石英晶体振荡电路。 RC正弦波振荡电路的振荡频率比较低，一般在1MHz以下；LC正弦波振荡电路的振荡频率，一般在1MHz以上；石英晶体振荡电路等效于LC振荡电路，与LC振荡电路相比，其突出的优点是振
8、荡频率非常稳定。,16.1.3 正弦波振荡电路识读方法和步骤,根据上述关于正弦波振荡电路组成和起振条件的讨论，可以看出，对一个具体的振荡电路进行识读，应包含以下几方面内容：,1、检查电路是否包含放大电路、反馈、选频网络和稳幅环节。 2、检查放大电路的静态工作点设置，判断其能否正常工作。 3、用瞬时极性判别法，检查能否形成正反馈。 4、判断是否满足AF1的起振条件，估算振荡频率。,16.2 RC正弦波振荡电路识读,RC振荡电路中应用最广的是串并联网络振荡电路，也称文氏桥振荡电路。,1、RC串并联网络振荡电路结构 这种电路典型的结构如右图所示，其放大电路采用集成运算放大电路（也可以采用晶体管放大电
9、路），反馈、选频网络由串联的R、C和并联的R、C组成，因此称为串并联网络振荡电路。,16.2 RC正弦波振荡电路识读,1、RC串并联网络振荡电路结构 另一方面，串联的R、C，并联的R、C，电阻R1和RF正好组成一个电桥的四个桥臂（见图(b)），电路输出端和“地”接电桥的两个顶点，放大电路的两个输入端接另外两个顶点，因此也称文氏桥振荡电路。,改画为,16.2 RC正弦波振荡电路识读,2、放大电路 图（1）中运算放大电路被接成同相输入放大电路，信号从同相端输入，放大倍数为：,3、反馈、选频网络特性 RC串并联网络既是选频网络，同时又是正反馈网络。网络的输入信号为U0（振荡电路的输出电压），输出的反
10、馈电压为UF，两者之间的关系如图（2）所示。,图1,图2,16.2 RC正弦波振荡电路识读,选频网络的频率特性 RC串并联网络既是选频网络，同时又是正反馈网络。首先研究这一网络的频率特性，即输入信号U0的频率从零逐渐变化到无穷大时，反馈系数F变化的情况。,频率特性包含两个方面： 其一，频率从零逐渐变化到无穷大时，反馈系数F的数值随频率的变化，称为RC串并联网络的幅频特性； 其二，频率从零逐渐变化到无穷大时，反馈电压UF与输入电压U0之间的位相差随频率的变化，称为RC串并联网络的相频特性。,图2,16.2 RC正弦波振荡电路识读,f=f0时，反馈系数达到最大，最大值F=1/3。,图2,16.2
11、RC正弦波振荡电路识读,幅频特性： 因此幅频特性曲线呈图(1)所示的尖峰状形态。,图2,16.2 RC正弦波振荡电路识读,相频特性： RC串并联网络相频特性如下图所示，输入信号频率趋于零时，UF的位相将比U0超前90，输入信号频率趋于无穷大时，UF的位相将比U0落后90，输入信号频率f=f0时，UF和U0之间没有位相差。,16.2 RC正弦波振荡电路识读,相频特性： RC串并联网络相频特性如下图所示，输入信号频率趋于零时，UF的位相将比U0超前90，输入信号频率趋于无穷大时，UF的位相将比U0落后90，输入信号频率f=f0时，UF和U0之间没有位相差。,可见，RC串并联网络对于频率为f0的信号
12、相位移动为零，用极性判别法可以证明能形成正反馈。根据反馈网络的相频特性，频率偏离f0的其他信号因相位移动不等于零而不能形成正反馈。,16.2 RC正弦波振荡电路识读,4、起振条件和振荡频率 起振条件为,今F=1/3，因此只要A3，就能满足起振的条件。将运算放大器组成的放大电路的放大倍数Av代入，可得起振条件为：,证：,16.2 RC正弦波振荡电路识读,总结： 1、串并联网络振荡电路（文氏桥振荡电路）的结构如图,2、起振条件为：,3、振荡频率为：,16.3 LC正弦波振荡电路识读,由于通用运算放大电路适用的频率比较低，而LC正弦波振荡电路常用于产生较高频率的正弦波，因此常见的LC正弦波振荡电路都
13、由分立元件组成，必要时还采用共基极电路。典型的LC正弦波振荡电路有三种： 变压器反馈式振荡电路； 电感反馈式振荡电路； 电容反馈式振荡电路。,16.3 LC正弦波振荡电路识读,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,1、电路结构 典型的变压器反馈式振荡电路如图所示，图中B1为变压器，有三个绕组，绕组L接晶体管VT1的集电极，绕组L1用来产生反馈电压，第三个绕组L2输出正弦波电压，RL为负载。绕组中的两个黑点，表示它们是这两个绕组的同名端，即同为绕组饶制时的“头”或“尾”。,16.3 LC正弦波振荡电路识读,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,2、放大电路 右图所示的振荡电路所使用的放大
14、电路是由晶体管VT1组成的共射极放大电路。该电路采用分压偏置方式，Rb1和Rb2为基极电阻，Re为发射极电阻，形成直流负反馈，用以稳定静态工作点。Ce为旁路电容，避免Re对交流信号形成负反馈。与普通共集电极放大电路不同，图中的放大电路以LC并联网络为集电极负载。,16.3 LC正弦波振荡电路识读,3、反馈、选频网络特性 电路选频、反馈网络由变压器初级绕组LC并联回路和次级绕组L1组成。,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,16.3 LC正弦波振荡电路识读,3、反馈、选频网络特性 分析选频网络特性前，首先复习LC并联回路的频率特性。当LC回路两端电压为U时，流过电路的电流电流为I，用表示电
15、流和电压之间的位相差，Z表示LC回路的等效阻抗的大小。 LC回路的幅频特性：由右图所示。输入信号频率等于谐振频率f0时，阻抗达到最大值，偏离这一频率时，阻抗下降，频率趋于零或无穷大，阻抗趋于零。谐振频率f0等于：,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,16.3 LC正弦波振荡电路识读,LC回路的相频特性： 由右下图所示。信号频率等于谐振频率f0时，电压与电流之间的位相差为零，频率趋向零时，位相差等于90，频率趋于无穷大时，位相差等于90。 可见，以LC并联回路为集电极负载的放大电路具有选频特性。当信号频率等于LC回路的谐振频率时，回路有最大阻抗，因此该频率下放大电路有最大的放大倍数（共射极
16、放大电路的放大倍数与集电极阻抗成正比），而且无附加相移。对于其他频率的信号，不但放大倍数的数值下降，而且会有附加相移。,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,16.3 LC正弦波振荡电路识读,反馈电压极性分析： 绕组L1给出反馈电压，经电容C1耦合至放大电路的基极。是否构成正反馈，决定于绕组的方向，可以判别，按照图中所示的绕组方向，所构成的为正反馈。用瞬时极性判别法，设放大电路输入端极性为“+”，因共射极放大电路的倒相作用，集电极的极性为“”，绕组L加黑点的一端极性为“+”，绕组L1中加黑点的极性和L中黑点端同极性，也应该为“+”极性，经电容C1耦合至输入端，和原假设的极性相同，因此构成正反馈。,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,16.3 LC正弦波振荡电路识读,4、起振条件和振荡频率 可以证明起振条件为：,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,式中为
