第7章信號(hào)產(chǎn)生電路

1、第第7 7章章 信號(hào)產(chǎn)生電路信號(hào)產(chǎn)生電路7.1 7.1 正弦波振蕩器的振蕩條件正弦波振蕩器的振蕩條件7.2 7.2 rc rc 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路7.3 7.3 lc lc 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路7.4 7.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路7.5 7.5 方波發(fā)生器方波發(fā)生器7.6 7.6 三角波及鋸齒波發(fā)生器三角波及鋸齒波發(fā)生器7.1 7.1 正弦波振蕩器的振蕩條件正弦波振蕩器的振蕩條件一、振蕩器的定義一、振蕩器的定義： 實(shí)質(zhì)上是無需外加激勵(lì)信號(hào)，而直接將直流實(shí)質(zhì)上是無需外加激勵(lì)信號(hào)，而直接將直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔艿恼答侂娐忿D(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔艿恼答侂娐范?、振蕩器的組成二、振蕩

2、器的組成： 由基本放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)組成，由基本放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)組成，通常反饋網(wǎng)絡(luò)兼有選頻的作用通常反饋網(wǎng)絡(luò)兼有選頻的作用三、三、 產(chǎn)生振蕩的條件產(chǎn)生振蕩的條件fidxxx+=xi +f基本放大器基本放大器a反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)fx+doxx如果：如果：,dfxx=則去掉則去掉,ix仍有信號(hào)輸出。仍有信號(hào)輸出。反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)。反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)。xdof基本放大器基本放大器a a反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)f fxx所以，自激振蕩條件也可以寫成：所以，自激振蕩條件也可以寫成：（1 1）振幅條件：）振幅條件：1|=af（2 2）相位條件）相位條件：pjjnfa2

3、=+n是整數(shù)是整數(shù)1.=faaaaj=|因?yàn)椋阂驗(yàn)椋篺ffj=|.由由 可得：可得： fdxx=7.2 7.2 rcrc正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路一、文氏電橋一、文氏電橋rcrc振蕩器振蕩器1.1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)urf1rrrccufa+o 運(yùn)放構(gòu)成的同相比例運(yùn)放構(gòu)成的同相比例放大器作為基本放大器放大器作為基本放大器 rc rc串、并聯(lián)電路作為串、并聯(lián)電路作為選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò) rc rc串、并聯(lián)電路和負(fù)串、并聯(lián)電路和負(fù)反饋回路中的反饋回路中的r1r1和和rfrf構(gòu)構(gòu)成電橋成電橋r1c1 串聯(lián)阻抗：串聯(lián)阻抗：212ofzzzuuf+=)j/1 (111crz+=222222j1 )j/1/(

4、crrcrz+=r2c2 并聯(lián)阻抗：并聯(lián)阻抗：+ru+-o-fu+12rc12c2. rc 2. rc 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性)1j()1(1j1j1j11221211222211222crcrrrcccrrcrcrrf + + + += =+ + + + += = 通常，取通常，取r1r2r，c1c2c，則有：，則有：)j(3100 + += = f式中：式中：rc10= = 幅頻特性幅頻特性22)(31oof+=相頻特性相頻特性3)(joofarctg=o |f|1/3 fo +90rc10= = 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， f= fmax=1/30f=jrc10=o |f|1/3

5、fo +90-90af=1，而，而31=f只需只需：a3起振條件：起振條件：3.3.振蕩頻率和起振條件振蕩頻率和起振條件11f+=rr a1f2rr =因?yàn)椋阂驗(yàn)椋核裕核裕罕仨毷贡仨毷?,0=fj0=aj因?yàn)椋阂驗(yàn)椋阂獫M足相位條件：要滿足相位條件：0=+fajj振蕩頻率由相位平衡條件確定振蕩頻率由相位平衡條件確定在在f f= =f f0 0處，處，,0=fj振蕩頻率：振蕩頻率：rcfp p210= =4.4.振蕩的建立與幅度的穩(wěn)定振蕩的建立與幅度的穩(wěn)定（1 1）振蕩的建立）振蕩的建立電擾動(dòng)電擾動(dòng)選選 頻頻放放 大大（2 2）穩(wěn)幅的措施）穩(wěn)幅的措施u0.1u10k0.1u+afu10k10k

6、39k100kotr 采用負(fù)溫度系數(shù)采用負(fù)溫度系數(shù)的半導(dǎo)體熱敏電阻的半導(dǎo)體熱敏電阻來穩(wěn)幅來穩(wěn)幅 起振時(shí)起振時(shí)r rt t較大較大 使使a a 3,3,易起振。易起振。u0.1u10k0.1u+afu10k10k39k100kotr 當(dāng)當(dāng)u uo o增大時(shí)，增大時(shí)， r rt t減小，使負(fù)反饋增強(qiáng)，減小，使負(fù)反饋增強(qiáng)，放大器的增益下降。放大器的增益下降。 當(dāng)當(dāng)u uo o減小時(shí)，減小時(shí)， r rt t增大，使負(fù)反饋減弱，增大，使負(fù)反饋減弱，放大器的增益增大放大器的增益增大。 因此因此u uo o幅度自動(dòng)幅度自動(dòng)穩(wěn)定于某一幅值。穩(wěn)定于某一幅值。二、移相式二、移相式rcrc振蕩器振蕩器1. rc1.

7、 rc移相電路移相電路 +uofurcrcrc超前移相電路超前移相電路 a+90rcrc滯后移相電路滯后移相電路 +uofurc a 0-90u+a+/ /= = /or2r1r0rrcccufrr r01r2. 2. rcrc移相式振蕩電路移相式振蕩電路 180=aj在在 f0 處處,180=fj滿足相位條件：滿足相位條件：0=+fajjrcf3210p= 7.3 lc7.3 lc正弦波振蕩器正弦波振蕩器1. 1. lclc并聯(lián)諧振回路的選頻特性并聯(lián)諧振回路的選頻特性-+lcriciliuljrcjy+=1)()(2222lrlcjlrry+=經(jīng)整理得經(jīng)整理得22)(lrlcooo+=lcl

8、roo1)(112+=令令rlqo=lcqo11112+=一般情況下一般情況下1qlco1lcfop21諧振時(shí)的輸入阻抗諧振時(shí)的輸入阻抗lqcqrlrzoooo=+=22)(lclc并聯(lián)諧振回路的幅頻特性曲線并聯(lián)諧振回路的幅頻特性曲線o |z|q小小q大大 q q為諧振回路的品為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，質(zhì)因數(shù)，q q值越大，值越大，曲線越陡越窄，選曲線越陡越窄，選頻特性越好。頻特性越好?；ジ芯€圈的極性判別互感線圈的極性判別1234初級(jí)線圈初級(jí)線圈次級(jí)線圈次級(jí)線圈同名端同名端1234+ 在在lclc振蕩器中，反饋信號(hào)通過振蕩器中，反饋信號(hào)通過互感線圈引出互感線圈引出-+uilcfu同名端：同名端：二

9、二. . 變壓器反饋式變壓器反饋式lclc振蕩電路振蕩電路 工作原理：工作原理：利用互感線圈的同名端：利用互感線圈的同名端：三極管共射放大器。三極管共射放大器。180=aj180=fj360=+fajj 滿足相位條件。滿足相位條件。振蕩頻率振蕩頻率:lcfp210+ccvrb1rb2erufcbo1l2lcu判斷是否是滿足相位條件判斷是否是滿足相位條件瞬時(shí)極性法：瞬時(shí)極性法：+ccvrb1rb2erufcbo1l2lcu 斷開反饋到放大斷開反饋到放大器的輸入端點(diǎn)，假設(shè)器的輸入端點(diǎn)，假設(shè)在輸入端加入一正極在輸入端加入一正極性的信號(hào)，用瞬時(shí)極性的信號(hào)，用瞬時(shí)極性法判定反饋信號(hào)的性法判定反饋信號(hào)的極

10、性。若反饋信號(hào)與極性。若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相，則滿輸入信號(hào)同相，則滿足相位條件；否則不足相位條件；否則不滿足。滿足。(+) lclc正弦波振蕩器舉例正弦波振蕩器舉例（+）（+）（）（+）（）vrreb1cclccec2rcc1rb2三、三點(diǎn)式三、三點(diǎn)式lc lc 振蕩電路振蕩電路工作原理：仍然由工作原理：仍然由lclc并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)電感三點(diǎn)式：電感三點(diǎn)式：uf與與uo反相反相uucll12fouuo1lc2lfuf與與uo同相同相電容三點(diǎn)式：電容三點(diǎn)式：uuf2o1ccluf與與uo反相反相uulcoc12fuf與與uo同相同相 1.1.電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式

11、lclc振蕩電路振蕩電路振蕩頻率：振蕩頻率：cmlllcf)2(2121210+ + += = =p pp pvrcccbcrb1rb2ele2crc1l（ +）（ +）（ -）vcbrlb2b1ccl1er2cecr（ +）（ +）（ +）2. 2. 電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式lclc振蕩電路振蕩電路振蕩頻率：振蕩頻率：212102121ccccllcf+ + = = =p pp pv2errrb1cccceb2c1rbccl（ +）（ +）（ -）vrrreb21eccc2clbb1cc（ +）（ +）（ +）例：試判斷下圖所示三點(diǎn)式振蕩電路是否滿足相例：試判斷下圖所示三點(diǎn)式振蕩電路是否滿足相位

12、平衡條件。位平衡條件。v21ccl+a+rruo1rf（ +）（ +）（ -）q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。7.4 7.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路頻率穩(wěn)定度一般由頻率穩(wěn)定度一般由 來衡量來衡量0ff 頻率偏移量。頻率偏移量。f 0f振蕩頻率。振蕩頻率。lc振蕩電路振蕩電路 : 不超過不超過 ， q 數(shù)百數(shù)百石英晶體振蕩電路：石英晶體振蕩電路： q 10000 500000off /510一一. . 石英晶體的基本特性及等效電路石英晶體的基本特性及等效電路1. 石英晶體的基本特性石英晶體的基本特性-壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)極板間加電場(chǎng)極板間加電場(chǎng)極板間加

13、機(jī)械壓力極板間加機(jī)械壓力晶體機(jī)械變形晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場(chǎng)晶體產(chǎn)生電場(chǎng) 當(dāng)外加交變電壓頻率等于晶體的固有頻率時(shí)，振當(dāng)外加交變電壓頻率等于晶體的固有頻率時(shí)，振幅最大，將這一現(xiàn)象稱為壓電諧振幅最大，將這一現(xiàn)象稱為壓電諧振 晶體振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸、切割方式、晶體振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸、切割方式、幾何形狀等有關(guān)。幾何形狀等有關(guān)。2. 2. 石英晶體的等效電路石英晶體的等效電路uu石英晶體的符號(hào)石英晶體的符號(hào)石英晶體的等效電路石英晶體的等效電路uulccor3. 3. 石英晶體的諧振頻率石英晶體的諧振頻率（1 1）串聯(lián)諧振）串聯(lián)諧振lcfp21s= 諧振時(shí)晶體等效為純阻且阻值近似為零諧振時(shí)晶體

14、等效為純阻且阻值近似為零0p121cclcf+ += =p p（2 2）并聯(lián)諧振）并聯(lián)諧振通常通常0cc 0s1ccf+ += =所以所以很很接接近近與與 psfffx感性感性0fsfp容性容性串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率容性容性二二. .石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路1. 1. 并聯(lián)型石英晶體振蕩器并聯(lián)型石英晶體振蕩器 石英晶體工作在石英晶體工作在f fs s與與f fp p之間，相當(dāng)一個(gè)大電感，與之間，相當(dāng)一個(gè)大電感，與c c1 1、c c2 2組成電容三點(diǎn)式振蕩器。由于石英晶體的組成電容三點(diǎn)式振蕩器。由于石英晶體的q q值很高，可達(dá)到幾值很高，可達(dá)到幾千以上，所以電

15、路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。千以上，所以電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。+a+cc12cs石英晶體fx感性感性0fsfp容容性性 石英晶體工作在石英晶體工作在f fs s處，呈電阻性，而且阻抗最小，正反處，呈電阻性，而且阻抗最小，正反饋?zhàn)顝?qiáng)，相移為零饋?zhàn)顝?qiáng)，相移為零, ,滿足振蕩的相位平衡條件。滿足振蕩的相位平衡條件。 對(duì)于對(duì)于f fs s以外的頻率，石英晶體阻抗增大以外的頻率，石英晶體阻抗增大, ,且相移不為零，不且相移不為零，不滿足振蕩條件，電路不振蕩。滿足振蕩條件，電路不振蕩。 u+vrrrrebbe122c(+)(+)石英晶體.occ1(+)rrb1c(+)fx感性感性0fsfp

16、容容性性2. 2. 串聯(lián)型石英晶體振蕩器串聯(lián)型石英晶體振蕩器vbecrccreb1rb2ccrcc石英晶體12例：例：分析下圖的振蕩電路能否產(chǎn)生振蕩，若產(chǎn)生振分析下圖的振蕩電路能否產(chǎn)生振蕩，若產(chǎn)生振蕩蕩, ,石英晶體處于何種狀態(tài)？石英晶體處于何種狀態(tài)？ 7.5 7.5 方波發(fā)生器方波發(fā)生器一一. .電壓比較器電壓比較器 電壓比較器是集成運(yùn)放的應(yīng)用電路之一，它電壓比較器是集成運(yùn)放的應(yīng)用電路之一，它是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一參考電壓相比較，輸是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一參考電壓相比較，輸出一定的高低電平。出一定的高低電平。 運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關(guān)

17、系輸入的關(guān)系uo=f(ui)是非線性關(guān)系。是非線性關(guān)系。1. 過零比較器過零比較器: （門限電平（門限電平=0）uoui0+uom-uomuuu-+ui+oa+uu-u+iou+auoui0+uom-uomtuituo+uom-uom例：利用電壓比較器將正弦例：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲ā２ㄗ優(yōu)榉讲?。uuu-+ui+oa+uoui0+uz-uz用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓的過零比較器用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓的過零比較器忽略了忽略了uduuz+o+-auz+duri當(dāng)當(dāng)ui 0時(shí)時(shí) , uo = +uz當(dāng)當(dāng)ui 0時(shí)時(shí) , uo = -uz當(dāng)當(dāng)ui 0時(shí)時(shí) , uo = +uz 2. 2. 遲滯比較器遲

18、滯比較器特點(diǎn)特點(diǎn):電路中使用正反饋電路中使用正反饋,使之存在兩個(gè)參考電壓使之存在兩個(gè)參考電壓uuua+r-zu+do+furzirefr1r2（1）當(dāng)）當(dāng)uo =+uz時(shí)，時(shí)，zrefurrrurrru2f22ff+=+（2）當(dāng)）當(dāng)uo =-uz時(shí)時(shí)zrefurrrurrruf22f2f+= + 稱上門限電壓稱上門限電壓 稱下門限電稱下門限電 稱為回差電壓稱為回差電壓+ u+u+ uuuuua+r-zu+do+furzirefr1r2遲滯比較器的電壓傳輸特性：遲滯比較器的電壓傳輸特性：uuua+r-zu+do+furzirefr1r2uoui0+uz-uz+u+ u負(fù)時(shí)，輸出由正+uui正時(shí)，

19、輸出由負(fù) +uui時(shí)，輸出保持原狀態(tài)+ uuui例：例：r rf f=10k=10k ，r r2 2=10k =10k ，u uz z=6v=6v， u urefref=10v=10v。當(dāng)。當(dāng)輸入輸入u ui i為如圖所示的波形時(shí)，畫出輸出為如圖所示的波形時(shí)，畫出輸出u uo o的波形。的波形。v82ff2f2=+=+rzurrrurrruv22ff2f2=+= +rzurrrurrruuuua+r-zu+do+furzirefr1r23v8vuiuo+6v-6vuoui08v2v電壓傳輸特性電壓傳輸特性+6v-6v輸入輸出波形圖輸入輸出波形圖1.1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)由滯回比較電路和由滯回比較

20、電路和rcrc定時(shí)電路構(gòu)成定時(shí)電路構(gòu)成zurrruf11+=+zurrruf11+= +u+a+-u+u1rfrzrzdorcuc二二. .方波發(fā)生器方波發(fā)生器2.2.工作原理工作原理( 1 ) 設(shè)設(shè) uo = + uz +=uu 此時(shí)此時(shí) , ,設(shè)設(shè)u uc c初始值為初始值為0, 0, u uo o給給c c 充電充電, , u uc c , ,在在 時(shí)，時(shí)， u- u+ , uo 立即由立即由uz變成變成uz 。+uuc( 2 ) 設(shè)設(shè) uo = - uz + =uu 此時(shí)此時(shí) , ,c c 放電放電, , u uc c減小減小, ,在在 時(shí)，時(shí)， u- u+ , , uo保持保持-uz不變不變,+ uuc一旦一旦 就有就有 u- u+ , uo 立即由立即由-uz變成變成+uz 。+ uuc0uct +uzuo0t - uztu+a+-u+u1rfrzrzdorcuc+ u+u振蕩周期為振蕩周期為:)21ln(2f1rrrct+ += =3 3、占空比可調(diào)的方波發(fā)生器、占空比可調(diào)的方波發(fā)生器