《模拟电子技术 教学课件 ppt 作者 翟丽芳 1 第8章 信号发生器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术 教学课件 ppt 作者 翟丽芳 1 第8章 信号发生器（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第8章 信号发生器,8.1 概述 8.2 正弦波信号发生器 8.3 电压比较器 8.4 非正弦波信号发生器,8.1 概述,信号发生器是一种不需要输入激励信号就能产生周期性变化的输出信号电路。信号发生器按其输出频率的高低，可分为低频信号发生器(频率范围一般在20Hz200kHz以内)、高频信号发生器(频率范围一般在几十兆赫兹以上)；按产生波形的不同，可分为正弦波信号发生器、非正弦信号发生器。 正弦波信号发生器按照选频网络分类，可分为RC正弦波信号发生器、LC正弦波信号发生器和晶体信号发生器。,8.2 正弦波信号发生器,8.2.1 正弦波自激振荡的基本原理 8.2.2 RC桥式正弦波信号发生器 8
2、.2.3 LC正弦波信号发生器 8.2.4 晶体振荡器,8.2.1 正弦波自激振荡的基本原理,1.平衡条件 2.起振条件 3.稳幅过程 4.正弦波信号发生器的电路组成,8.2.1 正弦波自激振荡的基本原理,图8-1 自激信号发生 器组成框图,1.平衡条件,(1)振幅平衡条件 (2)相位平衡条件,1.平衡条件,(1)振幅平衡条件,2.起振条件,3.稳幅过程,图8-2 自激振荡起振过程中AF的变化,4.正弦波信号发生器的电路组成,从前面的分析可知，正弦波信号发生器应包括放大器、选频网络、正反馈网络、稳幅电路四个部分。放大器和正反馈网络是构成信号发生器的基础，稳幅电路可以使振荡信号电压稳定且波形好，
3、而选频网络能够从众多的频谱分量中选出满足振荡条件的某一频率分量f0，从而产生正弦波信号。振荡频率f0的大小由选频网络参数决定。选频网络可以是RC组成的，也可以是LC组成的。因此，正弦波信号发生器有RC正弦波信号发生器和LC正弦波信号发生器，下面分别讨论。,8.2.2 RC桥式正弦波信号发生器,1.电路组成 2. RC串并联反馈网络的选频特性 3.振荡条件和振荡频率 4.稳幅措施,图8-3 RC桥式信号发生器,文氏电桥信号发生器，又称RC桥式信号发生器。信号发生器中放大器可以采用分立元器件放大器，也可以图8-3 RC桥式信号发生器采用集成运算放大器。图8-3所示为由集成运放与文氏电桥组成的文氏电
4、桥信号发生器。图中Z1、Z2组成文氏电桥两臂，由它们组成正反馈网络，同时也是选频网络；文氏电桥另两臂R1和R2是集成运算放大电路的负反馈网络，其与运放组成同相输入比例运算放大电路，构成信号发生器的放大环节。,1.电路组成,2. RC串并联反馈网络的选频特性,图8-4 RC串并联网络的选频特性 a)RC串并联电路 b)幅频特性曲线 c) 相频特性曲线,2. RC串并联反馈网络的选频特性,3.振荡条件和振荡频率,3.振荡条件和振荡频率,4.稳幅措施,图8-5 热敏电阻稳幅的 RC桥式信号发生器,4.稳幅措施,为了改善输出电压的稳定问题，可以在放大电路的负反馈回路里采用非线性元件来自动调整反馈的强弱
5、以维持输出电压的恒定。 图8-5 热敏电阻稳幅的 RC桥式信号发生器图8-5所示为采用热敏电阻稳幅的RC桥式信号发生器。放大器的负反馈支路由热敏电阻Rt和R1组成。 Rt为负温度系数的热敏电阻,也就是说当温度升高时,它的阻值变小，温度降低时阻值增大。当信号发生器刚起振时，振荡电压很小，流过Rt的电流小，Rt温度低，阻值大，负反馈强度弱，放大器增益大；随着振荡幅度增大，流过Rt的电流增加，Rt的温度上升，阻值减小，负反馈强度加深，放大器增益降低。这样就保证了放大器在线性工作情况下实现稳幅作用，从而改善了输出振荡波形。,例8-1 图8-6所示电路是没有画完整的正弦波信号发生器。已知R=2.4k，C
6、=0.033F，R1=1k。(1)完成各节点的连接；(2)选择R2的阻值；(3)计算电路的振荡频率；(4)试说明二极管VD1、VD2的作用，并说明理由。,图8-6 例8-1的电路,解 (1)在图8-6中，当f=f0时，RC串并联网络的相移为零，为了满足相位条件，放大器的相移也应为零，所以节点J应与L相连接；为了减少非线性失真，放大电路引入负反馈，节点K应与M相连接。,8.2.3 LC正弦波信号发生器,1. LC并联谐振回路 2.变压器反馈式LC正弦波信号发生器 3.电感三点式LC正弦波信号发生器 4.电容三点式LC正弦波信号发生器,1. LC并联谐振回路,(1)谐振频率f0 (2)等效品质因数
7、Q (3)并联谐振回路的选频特性,1. LC并联谐振回路,图8-7 LC并联谐振回路,(1)谐振频率f0,(2)等效品质因数Q,(3)并联谐振回路的选频特性,图8-8 LC并联谐振回 路电压幅频特性,(3)并联谐振回路的选频特性,2.变压器反馈式LC正弦波信号发生器,图8-9 变压器反馈式 LC信号发生器,3.电感三点式LC正弦波信号发生器,图8-10 电感三点式LC信号发生器 a)原理电路 b)交流通路,4.电容三点式LC正弦波信号发生器,图8-11 电容三点式LC信号发生器 a)原理电路 b)交流通路,8.2.4 晶体振荡器,1.石英晶体谐振器的基本特性和等效电路 2.石英晶体振荡器,1.
8、石英晶体谐振器的基本特性和等效电路,(1)压电效应 (2)等效电路和谐振频率,图8-12 石英晶体谐振器 a)晶体符号 b)等效电路 c)电抗特性,石英晶体的化学成分是二氧化硅(SiO2)，具有稳定的物理化学性质。其电路符号如图8-12a所示。石英晶体具有正反压电效应，即如果加一个电场，晶片(将石英晶体按一定方位角切割成的薄片)会产生机械变形；相反，如果对晶体施加机械力使其变形，又会在极板上产生相应的电荷。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率(取决于晶片形状和几何尺寸)相等时，机械振动的幅度会急剧增加，伴随产生的交变电场强度也增大。此时晶片发生机械谐振，这种现象称为压电谐振。,(1)压电效应,
9、(2)等效电路和谐振频率,石英晶体压电谐振现象与一般LC回路的谐振现象非常相似，故可以用电参数来模拟等效，石英晶体的等效电路如图8-12b所示。图中C0等效晶片两金属极板间的静电电容，一般约为几皮法到几十皮法，电感L模拟晶片机械振动的惯性，电容C模拟晶片的弹性，电阻R模拟晶片振动时的摩擦损耗。晶片的等效电感L很大，等效电容C很小，等效电阻R也小，所以回路的等效品质因数Q很大，可高达104106。因此，石英晶体振荡电路具有很高的频率稳定度。,(2)等效电路和谐振频率,2.石英晶体振荡器,(1)并联型石英晶体振荡器 (2)串联型石英晶体振荡器,(1)并联型石英晶体振荡器,图8-13 并联型石英晶体
10、振荡器,图8-14 串联型石英晶体振荡器,(2)串联型石英晶体振荡器,8.3 电压比较器,8.3.1 单门限电压比较器 8.3.2 多门限电压比较器,8.3.1 单门限电压比较器,1.零电平电压比较器 2.非零电平电压比较器,1.零电平电压比较器,图8-15 零电平电压比较器 a)电路 b)传输特性,1.零电平电压比较器,图8-16 利用双向稳压管限幅的零电平电压比较器 a)电路 b)传输特性,2.非零电平电压比较器,图8-17 非零电平电压比较器 a)电路 b)传输特性,例8-2 在图8-17a所示的非零电平电压比较器中，若输入信号电压ui为如图8-18所示的波形，试画出uo的波形。,图8-
11、18 例8-2的输入-输出波形关系,解 根据非零电平电压比较器工作原理，如果uiUR,uo=-UZ，电路输出低电平；反之,uiUR,uo=+UZ，电路输出高电平。因此可以得到uo的波形如图8-18所示。,8.3.2 多门限电压比较器,1.迟滞比较器 2.窗口比较器,1.迟滞比较器,(1)反相输入迟滞比较器 (2)同相输入迟滞比较器,(1)反相输入迟滞比较器,图8-19 反相输入迟滞比较器 a)电路 b)传输特性,(1)反相输入迟滞比较器,(1)反相输入迟滞比较器,图8-20 迟滞比较器抗干扰性能的波形,(2)同相输入迟滞比较器,图8-21 同相输入迟滞比较器 a)电路 b)传输特性,(2)同相
12、输入迟滞比较器,(2)同相输入迟滞比较器,图8-22 特性平移的迟滞比较器 a)电路图 b)传输特性,(2)同相输入迟滞比较器,例8-3 电路如图8-23所示。图中集成运放为理想器件，ui=6sin1800t(V)，稳压管VS稳定电压为UZ=6V，R1=10k，R2=20k。试画出电路的传输特性及uo波形，并求电路的回差电压。,图8-23 例8-3的电路,解 电路为反相迟滞比较器。当uo=+6V时，则同相端门限电压为,2.窗口比较器,图8-24 例8-3的传输特性,2.窗口比较器,图8-25 例8-3的输入、输出波形,2.窗口比较器,图8-26 窗口比较器 a)电路图 b)传输特性,8.4 非
13、正弦波信号发生器,8.4.1 方波发生器 8.4.2 三角波和锯齿波发生器,8.4.1 方波发生器,1.电路组成 2.工作原理 3.振荡频率计算,1.电路组成,图8-27 方波发生器 a)电路 b)波形,2.工作原理,3.振荡频率计算,8.4.2 三角波和锯齿波发生器,1.电路组成 2.工作原理 3.主要参数计算,1.电路组成,图8-28 三角波发生器 a)电路 b)波形,2.工作原理,3.主要参数计算,3.主要参数计算,图8-29 一种锯齿波电压,3.主要参数计算,图8-30 正反向阻 值不同的电路,本章小结,5.石英晶体振荡器的Q值极高，电路的振荡频率稳定度很高，应用十分广泛。 6. 电压比较器中的运放工作在非线性状态，其输入的是模拟信号，输出的是数字信号，是模拟电路与数字电路之间的接口电路。 7.单门限电压比较器、迟滞电压比较器均有同相输入和反相输入两种接法。单门限电压比较器的运放工作在开环状态，只有一个门限电压，电路简单，抗干扰能力差；迟滞电压比较器的运放工作在正反馈状态，有两个门限电压，抗干扰能力强，在翻转点具有很高的灵敏度。 8.非正弦波信号发生电路中没有选频网络，是利用比较器、延时电路、积分电路等实现振荡的。非正弦波信号发生电路有方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器等。,本章小结,实践案例,图8-31 冰箱报警器电路,图8-32 R1、R2、R3电阻分压电路,
