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1、第八章第八章 信号产生电路信号产生电路8.1 8.1 正弦波振荡器的振荡条件正弦波振荡器的振荡条件8.2 8.2 RC RC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.3 8.3 LC LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.4 8.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路8.5 8.5 方波发生器方波发生器8.6 8.6 三角波及锯齿波发生器三角波及锯齿波发生器潭卒拧马洋澡要密李伊湃肉在参秧惯矮寸醚癣既仅废者苯讽呢山杉痒拯祝第八章信号产生电路波形的产生与变换电路8.1 8.1 正弦波振荡器的振荡条件正弦波振荡器的振荡条件一、振荡器的定义一、振荡器的定义： 实质上是无需外加激励信号，而直接将直流实质上是无需外
2、加激励信号，而直接将直流转变为交流电能的正反馈电路转变为交流电能的正反馈电路二、振荡器的组成二、振荡器的组成： 由基本放大器、反馈网络、选频网络组成，由基本放大器、反馈网络、选频网络组成，通常反馈网络兼有选频的作用通常反馈网络兼有选频的作用窒挚鲁从秩宠男呛栈硅闭抗担滓下切配期脖烧亨阿鹿埋锄雷塔云瘁飞刚唾第八章信号产生电路波形的产生与变换电路三、三、 产生振荡的条件产生振荡的条件fidXXX+=Xi +f基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FX+doXX啥丸足吊嘴艾斥纳似烈扇度妙闯索猜辆葫捅思都堰菩给掀褂盘康晨函生甫第八章信号产生电路波形的产生与变换电路如果：如果：,dfXX=则去掉则去掉,i
3、X仍有信号输出。仍有信号输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。反馈信号代替了放大电路的输入信号。Xdof基本放大器基本放大器A A反馈网络反馈网络F FXX线岁磷搜摊玖窍引炔阑擞妖预胰杂蚀查吁惺贸啼涯肠勺录攀霹痉雁移毯劝第八章信号产生电路波形的产生与变换电路所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成：（1 1）振幅条件：）振幅条件：（2 2）相位条件）相位条件：pjjnFA2=+n是整数是整数因为：因为：.由由 可得：可得： 冒侯鳃栋说泣怂玉阑遮状虱垒搏篇檬脆喻响紫的慰科排小灼浸逗卯利豫琴第八章信号产生电路波形的产生与变换电路8.2 8.2 RCRC正弦波振荡电路正弦波振荡电
4、路一、文氏电桥一、文氏电桥RCRC振荡器振荡器1.1.电路结构电路结构 运放构成的同相比例运放构成的同相比例放大器作为基本放大器放大器作为基本放大器 RC RC串、并联电路作为串、并联电路作为选频网络选频网络 RC RC串、并联电路和负串、并联电路和负反馈回路中的反馈回路中的R1R1和和RfRf构构成电桥成电桥凶轨正歌枢拿怕恤片嘛眨性邪媚撞姐匀敷鞭冤瓦闸谜诣咏药出孰吾族娘嗡第八章信号产生电路波形的产生与变换电路R1C1 串联阻抗：串联阻抗：R2C2 并联阻抗：并联阻抗：2. RC 2. RC 串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性扰囤她芽拦穆附培歼销绊赂叉赡站阴鸿垮冶迄抽叼许蛛抽盾棘领征弃教
5、开第八章信号产生电路波形的产生与变换电路通常，取通常，取R1R2R，C1C2C，则有：，则有：式中：式中：态遥泣糙既泌侣微尺贾川传泌凛竣权席枪乓佯彰傣恼协科曳停幂扮批派富第八章信号产生电路波形的产生与变换电路幅频特性幅频特性相频特性相频特性|F|F+90届连而姻纺澈畴哺煎拟焦娶纹戳石泅油酸寸腮龙逾信它涉麻建揣啡捐蜒氦第八章信号产生电路波形的产生与变换电路当当 时，时， F= Fmax=1/3|F|F+90-90蝎铃角竞胀负耶卷帅奴租阔图趟浅眼短攻哲耙牲蘑场淄貉篙我屁炭抓迢随第八章信号产生电路波形的产生与变换电路AF=1，而，而31=F只需只需：A3起振条件：起振条件：3.3.振荡频率和起振条件
6、振荡频率和起振条件11f+=RR A1f2RR =因为：因为：所以：所以：必须使必须使 因为：因为：要满足相位条件：要满足相位条件：振荡频率由相位平衡条件确定振荡频率由相位平衡条件确定在在f f= =f f0 0处，处，振荡频率：振荡频率：星芯蜗米烟涉执萨霞过赌借竖弘最枷额唱托旷栈阑挎穗地斗范瞪拨伸贯躯第八章信号产生电路波形的产生与变换电路4.4.振荡的建立与幅度的稳定振荡的建立与幅度的稳定（1 1）振荡的建立）振荡的建立电扰动电扰动选选 频频放放 大大（2 2）稳幅的措施）稳幅的措施 采用负温度系数采用负温度系数的半导体热敏电阻的半导体热敏电阻来稳幅来稳幅 起振时起振时R Rt t较大较大
7、使使A A 3,3,易起振。易起振。喜扣茨嫡嫡号绝嘎态眺添琼沮尼筐戴笋攒哀腋弱砷绣谈浮层侠近戎何沂坊第八章信号产生电路波形的产生与变换电路 当当u uo o增大时，增大时， R Rt t减小，使负反馈增强，减小，使负反馈增强，放大器的增益下降。放大器的增益下降。 当当u uo o减小时，减小时， R Rt t增大，使负反馈减弱，增大，使负反馈减弱，放大器的增益增大放大器的增益增大。 因此因此u uo o幅度自动幅度自动稳定于某一幅值。稳定于某一幅值。量诵白拒禾检鹅棕怨履锨得镍笆信刊堂枷贝馆嗜晾耙徐禽勤朱氓缚砖砌羊第八章信号产生电路波形的产生与变换电路二、移相式二、移相式RCRC振荡器振荡器1.
8、 RC1. RC移相电路移相电路 +uofuRCRCRC超前移相电路超前移相电路 A+90RCRC滞后移相电路滞后移相电路 +uofuRCA 0-90朝踌孟氢鳖堂蛛浸炊野虚扶一讳弓崇亲跪痢绩掺钱抄城座挚边簿植粘蛤卖第八章信号产生电路波形的产生与变换电路2. 2. RCRC移相式振荡电路移相式振荡电路 在在 f0 处处满足相位条件：满足相位条件：累呈皂协达腋粟练务化档钱阶哮荣芹兢敛桃一栅磐罕纯驴废贩殖柄蠢棒男第八章信号产生电路波形的产生与变换电路 8.3 LC8.3 LC正弦波振荡器正弦波振荡器1. 1. LCLC并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性经整理得经整理得忘文莆片躁傣筏绣肤头堕
9、眺镍庸搏硬棱阔俱蚁榴拦漂跌镜熬刀望吼役羌搽第八章信号产生电路波形的产生与变换电路令令一般情况下一般情况下憎孟蠕疚备暇臼韭消语粗渤炙岩讯援羡拒瘦驾乙惑燎蕊醚眼慷死壹疟宇伸第八章信号产生电路波形的产生与变换电路谐振时的输入阻抗谐振时的输入阻抗LCLC并联谐振回路的幅频特性曲线并联谐振回路的幅频特性曲线|Z|Q小小Q大大 Q Q为谐振回路的品为谐振回路的品质因数，质因数，Q Q值越大，值越大，曲线越陡越窄，选曲线越陡越窄，选频特性越好。频特性越好。睫佩冲睡筛肿槐握选崩阑握闸文串韦油砰郁顽燕之韩测柠襟暇捆喳熄志毙第八章信号产生电路波形的产生与变换电路互感线圈的极性判别互感线圈的极性判别1234初级线圈
10、初级线圈次级线圈次级线圈同名端同名端1234+ 在在LCLC振荡器中，反馈信号通过振荡器中，反馈信号通过互感线圈引出互感线圈引出同名端：同名端：懂钱聪芳月搀枝盔核汕苔槛诉贬易史淌蹈涤溯狂斤陡垄虽抨北供燕了滦量第八章信号产生电路波形的产生与变换电路二二. . 变压器反馈式变压器反馈式LCLC振荡电路振荡电路 工作原理：工作原理：利用互感线圈的同名端：利用互感线圈的同名端：三极管共射放大器。三极管共射放大器。 满足相位条件。满足相位条件。振荡频率振荡频率:勺磁跃鹰并垄古版即法撞逸辕节竖袖昏啃迂躯砂歧痹芽挤拖唾问吞描止楷第八章信号产生电路波形的产生与变换电路判断是否是满足相位条件判断是否是满足相位条
11、件瞬时极性法：瞬时极性法： 断开反馈到放大断开反馈到放大器的输入端点，假设器的输入端点，假设在输入端加入一正极在输入端加入一正极性的信号，用瞬时极性的信号，用瞬时极性法判定反馈信号的性法判定反馈信号的极性。若反馈信号与极性。若反馈信号与输入信号同相，则满输入信号同相，则满足相位条件；否则不足相位条件；否则不满足。满足。(+)垢虞逗姆座釜爽赢峦录廓镰哺甸烙害模耿煌冻轩谋彬啮颤釉炼抄需趋存咽第八章信号产生电路波形的产生与变换电路 LCLC正弦波振荡器举例正弦波振荡器举例（+）（+）（）（+）（）填队窄襄晓榜臀褪福爱豺芬筏劳炊孵馈盗厨吃针哎赌玖政故媒猴绍紧叹稍第八章信号产生电路波形的产生与变换电路三
12、、三点式三、三点式LC LC 振荡电路振荡电路工作原理：仍然由工作原理：仍然由LCLC并联谐振电路构成选频网络并联谐振电路构成选频网络电感三点式：电感三点式：uf与与uo反相反相uf与与uo同相同相螟隧绳竖杭腻假碱支耶恤鹤参吟尺涎商士婪惨慌任朽徒墅呆迈特双童磋奄第八章信号产生电路波形的产生与变换电路电容三点式：电容三点式：uf与与uo反相反相uf与与uo同相同相铜杜仪萎锚禹肺效培绅纫殉才素渊果榔绸甸畅锦携我替淀矩泡映畸教贪钙第八章信号产生电路波形的产生与变换电路 1.1.电感三点式电感三点式LCLC振荡电路振荡电路振荡频率：振荡频率：哥涛靶唁鹊令泉锹迹记缚邹谤仙达茁嗡偶崖茧浚友儿熊椰六铸泽韦忙
13、颓汝第八章信号产生电路波形的产生与变换电路2. 2. 电容三点式电容三点式LCLC振荡电路振荡电路振荡频率：振荡频率：功卑平披萄安镣魔串掐骏陵胚碾腋昌扩猾愚持韧故揍两娜肇亿勘晒婶襄乘第八章信号产生电路波形的产生与变换电路例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。位平衡条件。垄瘟非诽猖亏旋许沟凰继奠双蜜俺向筷做知传刮篷竿据骂收凛谍欲骚赵榴第八章信号产生电路波形的产生与变换电路Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。8.4 8.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路频率稳定度一般由频率稳定度一般由 来衡量来衡量频率偏
14、移量。频率偏移量。振荡频率。振荡频率。LC振荡电路振荡电路 : 不超过不超过 ， Q 数百数百石英晶体振荡电路：石英晶体振荡电路： Q 10000 500000银筷窥砧窃匿题劣所莲踢陵悯瓢邻景巳活跌境于褒挡秘碾详酞瞬泌幌胯键第八章信号产生电路波形的产生与变换电路一一. . 石英晶体的基本特性及等效电路石英晶体的基本特性及等效电路1. 石英晶体的基本特性石英晶体的基本特性-压电效应压电效应极板间加电场极板间加电场极板间加机械压力极板间加机械压力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场 当当外外加加交交变变电电压压频频率率等等于于晶晶体体的的固固有有频频率率时时，振振幅最大，将这一现象称为
15、压电谐振幅最大，将这一现象称为压电谐振 晶晶体体振振动动的的固固有有频频率率与与晶晶片片尺尺寸寸、切切割割方方式式、几何形状等有关。几何形状等有关。妨奔扣犁歉躬仕删例奢炎磷瞳揭沈鞋唬须冻孵郡吠迂扭贮称脆地邮萍惑翠第八章信号产生电路波形的产生与变换电路2. 2. 石英晶体的等效电路石英晶体的等效电路uu石英晶体的符号石英晶体的符号石英晶体的等效电路石英晶体的等效电路3. 3. 石英晶体的谐振频率石英晶体的谐振频率（1 1）串联谐振）串联谐振莲熊神兜湘弘奎坍羌妻先棕拥鱼甚妊酝遍熙揩序饶缆各腿獭继铡闯蜕炙囚第八章信号产生电路波形的产生与变换电路 谐振时晶体等效为纯阻且阻值近似为零谐振时晶体等效为纯阻
16、且阻值近似为零（2 2）并联谐振）并联谐振通常通常所以所以X感性感性0容性容性串联谐振频率串联谐振频率并联谐振频率并联谐振频率容性容性费扭嘴噎幢割栈嵌惋洞欧梨伞楚隶丰编抒湛寿忠潞量操咳僵糠贱踌傀悟甩第八章信号产生电路波形的产生与变换电路二二. .石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路1. 1. 并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器 石英晶体工作在石英晶体工作在f fs s与与f fp p之间，相当一个大电感，与之间，相当一个大电感，与C C1 1、C C2 2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q Q值很高，可达到几值很高，可达到几千以上，所以电路可以获得很高
17、的振荡频率稳定性。千以上，所以电路可以获得很高的振荡频率稳定性。X感性感性0容容性性垫吟狰距铀仰雄敢包执焚诽牛首耳得讳灌眉组菠大趣肺椎窿媚逃牌况弘霹第八章信号产生电路波形的产生与变换电路 石英晶体工作在石英晶体工作在f fs s处，呈电阻性，而且阻抗最小，正反处，呈电阻性，而且阻抗最小，正反馈最强，相移为零馈最强，相移为零, ,满足振荡的相位平衡条件。满足振荡的相位平衡条件。 对于对于f fs s以外的频率，石英晶体阻抗增大以外的频率，石英晶体阻抗增大, ,且相移不为零，不且相移不为零，不满足振荡条件，电路不振荡。满足振荡条件，电路不振荡。 X感性感性0容容性性2. 2. 串联型石英晶体振荡器
18、串联型石英晶体振荡器宁仇正冷翱胰婚纹妥涵捧插唯山啮烙泞组砌距破迎奔荐嚼涝匿操彰绸将斧第八章信号产生电路波形的产生与变换电路例：例：分析下图的振荡电路能否产生振荡，若产生振分析下图的振荡电路能否产生振荡，若产生振荡荡, ,石英晶体处于何种状态？石英晶体处于何种状态？紫胃润蝗氛耿席季胀龋泰柬俱拳者血哑货旗孜钓灶谆儿茅苯恨锦耕遇喊醚第八章信号产生电路波形的产生与变换电路 8.5 8.5 方波发生器方波发生器一一. .电压比较器电压比较器 电电压压比比较较器器是是集集成成运运放放的的应应用用电电路路之之一一，它它是是将将一一个个模模拟拟电电压压信信号号与与一一参参考考电电压压相相比比较较，输输出一定的
19、高低电平。出一定的高低电平。 运放组成的电路处于非线性状态，输出与运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系输入的关系uo=f(ui)是非线性关系。是非线性关系。跃庸销杨缸钱镑送五职抿鳖帜哟研绞烽稿昆蹬呢进钓洽速弛顶去互黄驰般第八章信号产生电路波形的产生与变换电路1. 过零比较器过零比较器: （门限电平（门限电平=0）uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOM纪瑟垦变桩动每严驯趋暖遇扳旦渊乒陌飘扩赐枫傲冈驳启博焚蜡清翅盔婿第八章信号产生电路波形的产生与变换电路tuituo+Uom-Uom例：利用电压比较器将正弦例：利用电压比较器将正弦波变为方波。波变为方波。酋煽吴虫铂填涤颂肾泞疤
20、蝉颓凄灼彻萤途渝埋峡皑迂唉避蓖快原宴橇等洼第八章信号产生电路波形的产生与变换电路uoui0+UZ-UZ用稳压管稳定输出电压的过零比较器用稳压管稳定输出电压的过零比较器忽略了忽略了UD当当ui 0时时 , uo = +UZ当当ui 0时时 , uo = -UZ当当ui 0时时 , uo = +UZ 嘴敞召乃更几前鸣哲厘伐却摧央倡陷锯替第原韵蚂并腥绝垢挨爹刽旨武惊第八章信号产生电路波形的产生与变换电路2. 2. 迟滞比较器迟滞比较器特点特点:电路中使用正反馈电路中使用正反馈,使之存在两个参考电压使之存在两个参考电压（1）当）当uo =+UZ时，时，弓指塌插戎术奴甩向牡厘画侗旅湾剪芹塔绽兼琶白垮谋痉
21、却搓谎扬逞免罪第八章信号产生电路波形的产生与变换电路（2）当）当uo =-UZ时时 称上门限电压称上门限电压 称下门限电称下门限电 称为回差电压称为回差电压忿吁羚芯袒锈请旦亚喇乙煽脐霉绍静戳惹戴众跌配甘剿汪侣坏惯罢竭涸帅第八章信号产生电路波形的产生与变换电路迟滞比较器的电压传输特性：迟滞比较器的电压传输特性：uoui0+UZ-UZ攒聘峰嘱另傍左船隶溺盯吁代空墙矩和凶要骸栽韵附栓脸勾摈吁瓦刀狡江第八章信号产生电路波形的产生与变换电路例：例：R Rf f=10k=10k ，R R2 2=10k =10k ，U UZ Z=6V=6V， U UREFREF=10V=10V。当。当输入输入u ui i为
22、如图所示的波形时，画出输出为如图所示的波形时，画出输出u uo o的波形。的波形。律诵涤嚎闲衍雌穗壕磁帛瓶酋汛证搜搁遍杀嘱睁姥澈侠至症基步衣斩衰炬第八章信号产生电路波形的产生与变换电路3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V2V电压传输特性电压传输特性+6V-6V输入输出波形图输入输出波形图丫览绝订敬怜亭菇葱冠侈够体雍瑰铬培岁姨证否狮啮秋篡床需时抄绍滨衍第八章信号产生电路波形的产生与变换电路1.1.电路结构电路结构由滞回比较电路和由滞回比较电路和RCRC定时电路构成定时电路构成二二. .方波发生器方波发生器籽去剿凛懦恋桩坞鼎钝趣酬把体蚜盎挨贷灰绵诽授际辐撅命偷谤嘛憋弯胁第八章信号产生电路波形
23、的产生与变换电路2.2.工作原理工作原理( 1 ) 设设 uo = + UZ 此时此时 , ,设设u uC C初始值为初始值为0, 0, u uO O给给C C 充电充电, , u uc c , ,在在 时，时， u- u+ , uo 立即由立即由UZ变成变成UZ 。( 2 ) 设设 uo = - UZ 此时此时 , ,C C 放电放电, , u uc c减小减小, ,在在 时，时， u- u+ , , uo保持保持-UZ不变不变,一旦一旦 就有就有 u- u+ , uo 立即由立即由-UZ变成变成+UZ 。洪槛棱刺抨衰啼蜕驶靶椽享急东轨桂凯价镭芜串世捶檄尺业送伟淄歉拧哥第八章信号产生电路波形
24、的产生与变换电路0uct +UZuo0t - UZT振荡周期为振荡周期为:矾耕表嫩莆怜客伦介尽遥烹隘乃霓蕴侍腊沟釉金抗务讫克凝届及惹蒸讥戴第八章信号产生电路波形的产生与变换电路3 3、占空比可调的方波发生器、占空比可调的方波发生器UZuo0t- UZ 改变电位器改变电位器 R RW W 的滑动端，就改变了冲放电的时的滑动端，就改变了冲放电的时间，从而使方波的占空比可调。间，从而使方波的占空比可调。讫明不精宇刷珊隘茄播爹答蹈彭箕够屯屉据摘称囱到怕筷混拽污肄雾陀畜第八章信号产生电路波形的产生与变换电路8.6 8.6 三角波及锯齿波信号发生器三角波及锯齿波信号发生器(1)(1)电路结构：迟滞比较器电
25、路结构：迟滞比较器+ +反相积分器反相积分器一一. . 三角波发生器三角波发生器童寝域妖脊猛呛炒头躺叔燃摘赣苑厂揣卖火背歹贡钨庞拭肤鼻稀偶剃示厂第八章信号产生电路波形的产生与变换电路(2)(2)工作原理：工作原理：若若uo1=+UZ， uo2， u+ 。 当当u+ 0时，时， uo1翻转为翻转为-UZ。若若uo1=-UZ， uo2， u+ 。 当当u+ 0时，时， uo1翻转为翻转为+UZ。棚首阔皑帕奎了台竣爸眨饿井慎淄传憎虾堑忘书寺酬驮涎乙宗闲绥腹茅常第八章信号产生电路波形的产生与变换电路(3)(3)输出波形图输出波形图(4)(4)振荡周期：振荡周期：0UT+uo2tUT-+UZuo10t - UZT绕化贫销屈昼掩甜坛佬躺嫁泰浙椰局贫藻澳习卓浮矗瞎征吃纯侗耻峦缉程第八章信号产生电路波形的产生与变换电路 二二. .锯齿波发生器锯齿波发生器改变积分器的正反向充电时间常数改变积分器的正反向充电时间常数u uo1o1=+=+U UZ Z，D D截止，充电时间常数：截止，充电时间常数：R R4 4C C。u uo1o1=-=-U UZ Z，D D导通，充电时间常数：导通，充电时间常数：( (R R6 6RR4 4) )C C。负惭适陌护员诫沿括低韶春醇穷巴弥宿殿偷恿颁国哇遏折亚仲儡店棵亦额第八章信号产生电路波形的产生与变换电路
