第7章信號產(chǎn)生電路136頁PPT版

1、第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 第第7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.1 正弦波振蕩器的基本概念正弦波振蕩器的基本概念 7.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 7.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 7.4 非正弦信號產(chǎn)生電路非正弦信號產(chǎn)生電路7.5 集成函數(shù)發(fā)生器集成函數(shù)發(fā)生器8038簡介簡介習題習題 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.1 正弦波振蕩器的基本概念正弦波振蕩器的基本概念 7.1.1 正弦波振蕩器與正反饋 1 正弦波振蕩器與正反饋 從結(jié)構(gòu)上看， 正弦波振蕩器就是一個沒有輸入信號的帶選頻網(wǎng)絡的正反饋放大電路。 在放大電路中， 采用負反饋來改善放大電路的

2、性能； 在信號產(chǎn)生電路中， 利用正反饋來實現(xiàn)振蕩信號的輸出， 所以正弦波振蕩器的工作原理與反饋的概念密切相關。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2 正弦波振蕩器的組成 由以上分析可知， 要想使一個沒有外來輸入的放大電路能產(chǎn)生一定頻率和幅度的正弦輸出信號， 電路中必須包含放大電路、 正反饋網(wǎng)絡和選頻網(wǎng)絡。 其中， 正反饋網(wǎng)絡和選頻網(wǎng)絡在很多時候由一個部分組成， 有時選頻網(wǎng)絡又和放大電路是一個整體， 但不管電路的形式如何， 這幾個部分的基本功能必須同時具備。 一般為了使輸出的正弦信號幅度保持穩(wěn)定， 還要加入穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.1.2 起振條件與平衡條

3、件 利用正反饋維持一個幅度穩(wěn)定的正弦信號輸出， 稱為平衡； 利用正反饋使輸出信號從無到有地建立起來， 稱為起振。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 1平衡條件 為方便討論正弦波振蕩電路在沒有輸入的情況下， 如何能維持穩(wěn)定的等幅輸出， 先假設一個有穩(wěn)定正弦輸出信號的放大電路， 在輸入信號消失的情況下， 需要什么條件才能繼續(xù)維持輸出端的等幅振蕩， 這個條件就是正弦波產(chǎn)生電路的平衡條件。 現(xiàn)將帶正反饋的放大電路框圖畫于圖7-1， 其中各信號的定義、 概念與負反饋相同。 考慮到正弦信號產(chǎn)生電路沒有輸入， 圖中沒有畫出輸入信號。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-1 正弦波振蕩器的

4、正反饋方框圖 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 所以由正反饋時凈輸入信號的公式 可得fidiXXX1FAXXXXXXXXofdiodiffdi（7-1） 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 式中, 和 為復數(shù)， 可以表示為 =Aa， =Ff， 所以上式也可以寫成AFAF11)AFFAAFFAfa（7-2） 即 nfa2（7-3） 式中, n=0， 1， 2 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2起振條件 當正弦波振蕩電路已有輸出時， 可以利用平衡條件維持輸出信號的持續(xù)。 但在振蕩電路電源剛剛接通時， 輸出端尚沒有輸出信號時， 依靠平衡條件是不能使輸出從無到有， 從小到大建立

5、的， 平衡條件只能維持環(huán)路中已有的信號大小不變， 不能使之增大。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 因此， 綜合相位條件， 正弦波振蕩電路的起振條件為nAFFAFAfa211（7-4） （7-5） （7-6） 式中, n=0， 1， 2 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 7.2.1 RC橋式正弦波振蕩電路 RC橋式正弦波振蕩電路一般用來產(chǎn)生1 Hz到數(shù)百千赫茲的低頻信號， 常用的低頻信號源大多采用這種電路形式。 圖7-2為RC橋式正弦波振蕩電路的組成框圖， 由放大器A和同時具有正反饋作用的RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡F構(gòu)成。 第第7 7章章 信號

6、產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-2 RC橋式正弦波振蕩電路組成框圖 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 1RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的選頻特性 將RC串并聯(lián)網(wǎng)絡重畫于圖7-3中， 該選頻網(wǎng)絡的輸入信號為放大電路的輸出 ， 輸出為反饋信號 。 若將RC串聯(lián)支路和并聯(lián)支路的阻抗分別用 oUfUCjRCjRZCjRZ11/121、來表示， 則可以得到反饋系數(shù) 的表達式為 FRCjCRZZZUUFof3)1 (1222212第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-3 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 令 ， 則上式可寫成RC100031jF（7-7） 從式（7-7）可知， 反饋系

7、數(shù) 是角頻率的復函數(shù)， 由此可得RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的幅頻響應和相頻響應為F200231jFF第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 由式（7-8）和式（7-9）可知， 當 ， 即 時， 幅頻響應3/arctan00f（7-9） 000RC10031maxfF的幅值最大， 即 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 根據(jù)式（7-8）和式（7-9）可以做出RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的幅頻特性曲線和相頻特性曲線， 如圖7-4所示。 圖7-4 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的頻率特性曲線（a） 幅頻特性曲線; （b） 相頻特性曲線第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2RC橋式正弦波振蕩電路 1） 電路組成 圖7-5為集

8、成運放構(gòu)成的RC橋式正弦波振蕩電路， 其中的放大電路是由集成運放構(gòu)成的同相比例電路。 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的輸出端接在集成運放的同相輸入端， 將反饋信號送給放大電路。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-5 RC橋式正弦波振蕩電路第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2） 振蕩的建立與穩(wěn)定 當電路接通電源后， 電路中存在的噪聲和干擾信號含有豐富的頻率分量， 包括從低頻到高頻的各種頻率成分。 這些擾動信號沿放大電路和反饋網(wǎng)絡的環(huán)路環(huán)行， 不同的頻率分量獲得了不同的環(huán)路增益和相移。 輸出正弦信號的頻率由0決定， 即RC正弦波振蕩電路的振蕩頻率為 RCf210（7-10） 第第7 7章章

9、信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 例7-1 根據(jù)相位條件判斷圖7-6所示電路能否起振(假設電路可以滿足起振的幅度條件)， 如能起振， 計算該電路的振蕩頻率。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-6 例7-1的電路圖 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 解 由于圖7-6中的電路為信號產(chǎn)生電路， 沒有輸入信號， 因此不像放大電路那樣可以從輸入端開始標注瞬時極性。 但不管何種振蕩電路都將構(gòu)成一個閉合的環(huán)路， 所以， 從理論上說， 可以從電路的任意一點開始。 一般習慣上還是從放大器件的輸入端開始標注， 比如三極管的基極或集成運放的輸入端。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 3） 穩(wěn)幅

10、措施 振蕩達到一定幅度后， 若 仍然大于1， 會引起輸出幅度的持續(xù)增大， 導致非線性失真。 所以， 穩(wěn)幅的作用就是達到所需的振蕩幅度后， 使環(huán)路增益自動減小到1， 維持等幅輸出。 一般有兩類穩(wěn)幅措施： 一是利用放大器件本身的非線性。 FA第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-7 熱敏電阻穩(wěn)幅電路 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-7是將Rf用負溫度系數(shù)的熱敏電阻替代的熱敏電阻穩(wěn)幅方法。 當輸出電壓幅度增加時， 流過Rf的反饋電流隨之增長， 導致熱敏電阻溫度升高， 阻值下降， 所以放大器的放大倍數(shù)降低， 使環(huán)路增益減??； 反之， 當輸出電壓幅度下降時， 將引起相反的變化過

11、程， 放大倍數(shù)增大， 使輸出幅度變大。 因此， 利用熱敏電阻可以起到穩(wěn)定輸出幅度的作用。 采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻也可以起到穩(wěn)幅的作用， 只是要接在R1的位置上。 圖7-8是用場效應管穩(wěn)幅的原理電路。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-8 場效應管穩(wěn)幅電路第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 例7-2 在圖7-9所示的RC橋式正弦波振蕩電路中， 已知集成運算放大器的電源電壓為12 V。 （1） 分析二極管穩(wěn)幅電路的穩(wěn)幅原理； （2） 設電路已經(jīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦振蕩輸出， 當輸出電壓達到峰值時， 二極管的正向壓降約為0.7 V， 試估算輸出電壓的峰值； （3） 若不慎將R2短路，

12、 輸出電壓的波形有什么變化？（4） 若將R2開路， 輸出電壓的波形將出現(xiàn)什么變化？第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-9 例7-2的電路圖 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-10 例7-2的輸出波形 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.2.2 RC移相式正弦波振蕩電路 1相位超前的RC移相式正弦波振蕩電路 圖7-11為采用三節(jié)RC移相電路作為選頻和正反饋網(wǎng)絡的移相式振蕩器電路。 該電路的分析和橋式振蕩電路一樣， 要先求出移相電路的頻率特性。 相應的幅頻特性和相頻特性如圖7-12（b）和（c）所示。 從圖中可以看出， 一節(jié)RC移相電路的輸出電壓超前輸入電壓09

13、0的一個相位角f， 所以稱為相位超前的RC移相電路。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-11 相位超前的RC移相式正弦波振蕩電路 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-12 一節(jié)相位超前的RC移相電路及其頻率特性（a） RC移相電路； （b） 幅頻特性； （c） 相頻特性 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2相位滯后的RC移相式正弦波振蕩電路 如將RC移相電路中的電阻和電容互換位置， 就成為相位滯后的RC移相電路， 該電路的輸出電壓比輸入電壓滯后了一個090的相位角。 圖7-13為相位滯后的RC移相式振蕩電路， 請讀者自行分析它的振蕩原理。 RC移相式正弦波振蕩

14、器電路簡單、 成本低， 但失真較大又不便調(diào)節(jié)頻率， 因此只適用于固定頻率且對輸出波形要求不高的場合。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-13 相位滯后的RC移相式正弦波振蕩電路 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 7.3.1 變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路 1LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性 LC正弦波振蕩電路的工作原理和RC正弦波振蕩電路相似， 只是選頻網(wǎng)絡不同。 常用的LC選頻網(wǎng)絡是如圖7-14所示的LC并聯(lián)諧振回路。 實際上， 諧振回路只由電感和電容兩個元件構(gòu)成， 圖中的電阻R表示回路的等效損耗電阻。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信

15、號產(chǎn)生電路 圖7-14 LC并聯(lián)諧振回路第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 仿造RC串并聯(lián)電路的分析過程， 可以得到圖7-14中LC并聯(lián)諧振回路的復阻抗Z的表達式為CjCjRCjLjRCjRLjIUZ11)(1/)(（7-11） 通常有l(wèi)R， 所以復阻抗Z可簡化為 )1(11)(CLjRCLCjLjRCjLjZ（7-12） 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 可見， 并聯(lián)諧振回路的復阻抗Z是輸入信號頻率的復函數(shù)， 由式（7-12）可得Z的幅頻特性和相頻特性為RCLCLRCLZ1arctan)1(22（7-13） （7-14） 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-15 L

16、C并聯(lián)諧振回路的頻率特性（a） 幅頻特性; （b） 相頻特性 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 由此可見， LC并聯(lián)諧振回路對不同頻率的輸入信號產(chǎn)生的相移各不相同， 所以說， LC并聯(lián)諧振回路具有選頻特性。 因為LC并聯(lián)回路的頻率特性與等效損耗電阻R的大小有關。 通常， 用回路的品質(zhì)因數(shù)Q來表示損耗電阻的大小與并聯(lián)諧振回路性能的關系， 即 CLRQ1（7-15） Q值是評價回路損耗大小的指標， 一般在幾十到幾百之間。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 因為式（7-12）是在LR時得到的近似公式， 如果保留 R， 則諧振頻率為 22001111111QLCLRLC（7-16） 第

17、第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-16 變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路 1） 電路組成 變壓器反饋的特點是用變壓器的初級或次級繞組與電容C構(gòu)成LC選頻網(wǎng)絡。 振蕩信號的輸出和反饋信號的傳遞都是靠變壓器耦合完成的。 圖7-16所示為變壓器反饋式LC正弦波振蕩器的基本電路， 由放大電路、 LC選頻網(wǎng)絡和變壓器反饋電路三部分組成。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2） 振蕩的建立與穩(wěn)定 電源接通后， 由電路中的噪聲和干擾作為放大器的原始輸入信號， 該輸入信號頻帶很寬， 包含從低頻到高頻的各種頻率分量。 這

18、些擾動信號被選頻放大器放大后， 獲得了不同的放大倍數(shù)和相移。 其中只有對頻率為0的擾動信號， 集電極的LC并聯(lián)諧振回路呈現(xiàn)純電阻， 并且阻值最大。 LCf210（7-17） 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-17 振蕩的建立與穩(wěn)定過程中的電流、 電壓波形第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 需要說明的是， 由于交流通路中的LC并聯(lián)諧振回路與三極管的集電極和發(fā)射極并聯(lián)， 如果三極管進入飽和區(qū)將呈現(xiàn)一個較小的體電阻并聯(lián)于LC回路， 使諧振回路的損耗增大、 Q值下降， 這將影響選頻特性， 使輸出波形出現(xiàn)嚴重的失真。 因此， 常將管子的靜態(tài)工作點設置得靠近截止區(qū)， 截止區(qū)管子的體電阻

19、非常大， 對LC諧振回路幾乎不產(chǎn)生影響。 所以， 起振后電路中的基極電流和集電極電流都會出現(xiàn)失真， 如圖7-17所示。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 若要滿足 的幅度條件， 可以選值較大的晶體管或增加反饋線圈的匝數(shù)， 調(diào)整變壓器初級和次級之間的位置以提高耦合程度均可。 經(jīng)推導， 若滿足起振條件， 則有1FAMQrbe0(M為繞組N1和N2之間的互感) （7-18） 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.3.2 電感反饋式LC正弦波振蕩電路 電感反饋式LC正弦波振蕩電路如圖7-18所示， 因為反饋電壓取自電感L2上的電壓， 故而得名。 三極管放大電路接成共發(fā)射極形式， 交流時

20、并聯(lián)諧振回路的三個端點相當于分別與晶體管的三個電極相連， 所以又稱為電感三點式振蕩電路 。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-18 電感反饋式LC正弦波振蕩電路 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 對于其他頻率分量， 還有f(-90, +90)的附加相移， 均不滿足相位條件， 所以輸出振蕩為單一頻率正弦波， 且頻率為CMLLLCf)2(2121210（7-19） 式中, M為線圈L1與L2的互感。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 同樣， 若要滿足起振條件， 管子的值應選得大些， 一般有 RMLMrLbe21（7-20） 其中, R為包括其他折合電阻在內(nèi)的諧振回路總

21、損耗電阻。 實際上并不常按 公式去挑選管子， 只要適當選取L2/L1的數(shù)值， 即改變線圈抽頭的位置就可以使電路起振， 一般取反饋線圈的匝數(shù)為電感線圈總匝數(shù)的1/81/4即可起振。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 例7-3 圖7-19是由共基極放大電路構(gòu)成的電感反饋式正弦波振蕩電路， 因為共基極電路的高頻特性較好， 所以這種電路形式的振蕩頻率可以做得更高。 試用瞬時極性法判斷該電路是否滿足相位條件。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-19 例7-3的電路圖第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 解 雖然圖7-19中的電路為共基組態(tài)， 但從電路的任何地方開始標注瞬時極性都

22、可以得到正確的結(jié)論。 所以從比較習慣的基極輸入開始標注， 如圖中所示。 由瞬時極性可知， 該電路滿足相位條件， 因此該電路可以起振。 輸出振蕩頻率為CMLLLCf)2(2121210第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.3.3 電容反饋式LC正弦波振蕩電路 將電感反饋式振蕩電路中的電容換成電感， 電感換成電容， 就得到了電容反饋式LC正弦波振蕩電路， 如圖7-20所示。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-20 電容反饋式LC正弦波振蕩電路 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 式中， C為諧振回路的總電容， 因為C1和C2并聯(lián)， 所以C=（C1C2）/(C1+C2)。

23、 可以證明， 若滿足起振條件， 應使三極管的滿足 212102121CCCCLLCf（7-21） RrCCbe12（7-22） 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 為了使電容反饋式振蕩電路易于調(diào)節(jié)頻率， 可在電感L支路串聯(lián)一個電容量值較小的電容C3， 如圖7-21所示， 也叫克拉潑振蕩電路。 此時電路的振蕩頻率為)111(21213210CCCLLCf C3的改變對取出的反饋電壓信號沒有影響， 因此可以通過調(diào)整C3的大小方便地調(diào)節(jié)振蕩頻率。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-21 克拉潑振蕩電路 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-22 三點式振蕩電路組成的一般

24、原則 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 例7-4 根據(jù)相位條件判斷圖7-23中由集成運放組成的克拉潑振蕩電路能否起振。 解 從集成運算放大器的反相輸入端開始將瞬時極性標注于圖7-23中， 由瞬時極性可見， 對于并聯(lián)諧振回路的諧振頻率滿足相位條件可以起振， 振蕩頻率為 )111(21213210CCCLLCf第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-23 例7-4的電路圖 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.3.4 石英晶體振蕩電路 1石英晶體的基本特性和等效電路 石英晶體的主要成分是SiO2， 是一種各向異性的結(jié)晶體， 它是礦物質(zhì)硅石的一種， 也可以人工制造， 其化學、

25、 物理性質(zhì)都相當穩(wěn)定。 從一塊晶體上按一定的方位角切下的薄片， 稱為晶體片（有時也切成棒狀）， 再在晶體片的兩個對應表面上鍍銀并引出兩個金屬電極， 最后用金屬外殼封裝而成。 石英晶體的外形、 結(jié)構(gòu)和電路符號如圖7-24所示。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-24 石英晶體的外形、 結(jié)構(gòu)和電路符號（a） 外形； （b） 結(jié)構(gòu)； （c） 電路符號第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-25 石英晶體的等效電路和電抗頻率特性（a） 石英晶體的等效電路； （b） 電抗頻率特性第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 由等效電路可知， 石英晶體有兩個諧振頻率： R、 L、 C串聯(lián)

26、支路發(fā)生諧振時的串聯(lián)諧振頻率fs和R、 L、 C串聯(lián)支路與C0組成的并聯(lián)回路發(fā)生諧振時的并聯(lián)諧振頻率fp。 當忽略損耗電阻R時， 有00112121CCfCCLCfLCfaPa（7-23） （7-24） 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2石英晶體振蕩器 1） 串聯(lián)型石英晶體振蕩器 串聯(lián)諧振時， 石英晶體振蕩器的等效阻抗最小且為純電阻， 所以用石英晶體作為反饋元件時， 對等于串聯(lián)諧振頻率的信號正反饋最強且沒有附加相移。 圖7-26是由共基極形式的電容反饋式正弦波振蕩電路組成的串聯(lián)型石英晶體振蕩器原理電路。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-26 串聯(lián)型石英晶體振蕩器 第第

27、7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2） 并聯(lián)型石英晶體振蕩器 當石英晶體工作于fs和fp之間時， 具有電感性質(zhì)。 可以利用石英晶體的感性和兩個外接電容來構(gòu)成電容反饋式正弦波振蕩器。 圖7-27是實用的并聯(lián)型石英晶體振蕩器的原理電路。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-27 并聯(lián)型石英晶體振蕩器 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.4 非正弦信號產(chǎn)生電路非正弦信號產(chǎn)生電路 7.4.1 比較器 比較器是由工作在非線性狀態(tài)的集成運放構(gòu)成的， 要么是開環(huán)狀態(tài)， 要么就是正反饋狀態(tài)。 由于沒有負反饋使集成運放的兩個輸入端處于“虛短”狀態(tài)， 集成運放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)又非常高，

28、 因此只要兩輸入端的信號有微小的不同， 集成運放的輸出值就立即飽和輸出電壓不是處于正向輸出最大值（UOH）， 就是處于負向輸出最大值（UOL）， 只有兩種輸出狀態(tài)。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 1單門限電壓比較器 圖7-28是最簡單的單門限電壓比較器， 電路中無反饋環(huán)節(jié)， 運放工作在開環(huán)狀態(tài)。 輸入電壓uI接于反相輸入端， 參考電壓UREF接于同相輸入端， UREF可以是正、 負或零。 以輸入電壓值為橫軸， 輸出電壓的大小為縱軸， 可以畫出圖7-28中單門限電壓比較器的傳輸特性， 如圖7-29中的實線所示。圖7-30中的輸出與輸入關系。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路

29、圖7-28 基本單門限電壓比較器 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-29 單門限電壓比較器的電壓傳輸特性 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-30 反相輸入單門限電壓比較器加入受干擾輸入信號時的輸出波形第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 例7-5 圖7-31為同相輸入過零比較器， 飽和電壓為12 V， 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值為6 V， 當輸入峰值為5 V的正弦交流信號時， 畫出輸出電壓波形并說明穩(wěn)壓二極管的作用。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-31 例7-5的電路圖與輸入、 輸出波形（a） 同相輸入過零比較器; （b） 輸入與輸出波形 第第7 7章

30、章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2雙門限電壓比較器遲滯比較器 為克服單門限電壓比較器抗干擾能力差的缺點， 在比較器電路中引入了正反饋， 構(gòu)成了抗干擾能力較強的雙門限電壓比較器遲滯比較器。 圖7-32為遲滯電壓比較器的電路圖， 與單門限比較器的區(qū)別是引入了正反饋， 門限電壓將由參考電壓和輸出飽和電壓共同決定。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-32 反相輸入雙門限電壓比較器遲滯比較器 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 1） 輸入電壓由小到大 由于信號從反相輸入， 當輸入uI足夠小時， 必有uI=u-u， 則uO=UOH。 可應用疊加原理計算出對應于UOH時的同相端電壓， 即上

31、門限電壓為 OHREFTURRRURRRU21221 （7-25） 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 當輸入繼續(xù)增加到略大于UT+時， 集成運放的差動輸入電壓為負， 使uO翻轉(zhuǎn)到UOL， 值得注意的是， 隨著輸出電壓的翻轉(zhuǎn)， 門限電壓也發(fā)生了變化， 對應于輸出UOL時的門限電壓較小， 為UT-， 即OLREFTURRRURRRU212211（7-26） 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2） 輸入電壓由大到小 當輸入uI足夠大時， 集成運放的凈輸入電壓為負， 所以有uO=UOL。 此時的門限電壓為UT-。 顯然， 輸入減小到小于UT+， 且大于UT-之前， uO仍然為UOL，

32、如圖7-33傳輸特性中的DE段所示。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-33 遲滯比較器的傳輸特性曲線第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 當輸入繼續(xù)減小到略小于UT-時， uO翻轉(zhuǎn)為UOH， 同樣， 門限電壓隨之發(fā)生變化， 由UT-變?yōu)閁T+。 如果輸入uI繼續(xù)下降， 輸出將保持UOH不變， 相應的傳輸特性如圖7-33中的EFA段所示。 UT+和UT-的差值定義為回差電壓UT， 即 UT = UT+ - UT- （7-27）第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-34 遲滯比較器的抗干擾作用 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 例7-6 圖7-35（a）為同相

33、輸入遲滯比較器， 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值為6 V， 試畫出比較器的傳輸特性曲線和在圖7-35（b）輸入下的輸出電壓波形。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-35 例7-6的電路圖與電壓波形（a） 同相輸入遲滯比較器; （b） 輸入電壓波形; （c） 傳輸特性; （d） 輸出電壓波形第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.4.2 矩形波產(chǎn)生電路 1方波產(chǎn)生電路 方波產(chǎn)生電路可以直接產(chǎn)生方波或矩形波信號， 是數(shù)字系統(tǒng)常用的一種信號源， 由于方波或矩形波中包含著極豐富的諧波分量， 因此這種電路又稱為多諧振蕩器。 一般將圖7-36中矩形波高電平持續(xù)的時間與信號周期的比值T1/T叫做占空

34、比q， 習慣上將占空比為50%的矩形波稱為方波。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-36 矩形波的占空比 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 1） 電路組成 方波產(chǎn)生器的基本電路如圖7-37所示， 集成運放和R1、 R2組成反相輸入遲滯比較器； R3和VDZ用來對輸出電壓幅度雙向限幅； R和電容C組成積分電路， 用來將比較器輸出電壓的變化反饋回集成運放的反相輸入端， 以控制輸出方波的周期。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-37 方波產(chǎn)生電路與輸出波形（a） 方波產(chǎn)生電路; （b） 輸出電壓與電容上的電壓波形第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2） 方波

35、產(chǎn)生原理 在接通電源的瞬間， 比較器處于正向飽和還是負向飽和是不確定的， 但不管是正飽和或負飽和， 都會產(chǎn)生出方波振蕩。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 3） 參數(shù)計算 從以上分析已知輸出方波的正、 負向幅度為UZ。 通過電容器的充放電規(guī)律可以得到輸出方波的周期為 )21ln(212RRRCT（7-28） 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2 矩形波產(chǎn)生電路 如果圖7-37（b）中的T1T2， 就是矩形波輸出。 而T1和T2的長短分別由電容的充、 放電時間決定， 因此， 圖7-38就是利用二極管單向?qū)щ娦允狗讲óa(chǎn)生電路的充放電時間常數(shù)不同而構(gòu)成的矩形波產(chǎn)生電路。 第第7 7章

36、章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-38 矩形波產(chǎn)生電路 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 可以證明， 當忽略二極管動態(tài)電阻時， 圖7-38所示矩形波振蕩周期為)21ln()(125421RRCRRTTT （7-29） 占空比為: %100544RRRq（7-30） 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.4.3 鋸齒波產(chǎn)生電路 1三角波產(chǎn)生電路 1） 電路組成與工作原理 三角波產(chǎn)生電路如圖7-39（a）所示， 由遲滯比較器和反相積分器構(gòu)成。 積分器的作用是將遲滯比較器輸出的方波轉(zhuǎn)換為三角波， 同時反饋給比較器的同相輸入端， 使比較器產(chǎn)生隨三角波的變化而翻轉(zhuǎn)的方波。 這里的遲滯比

37、較器和前述的方波發(fā)生器的區(qū)別是從同相端輸入信號， 但基本原理相同。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-39 三角波產(chǎn)生電路與輸出波形（a） 三角波產(chǎn)生電路; （b） 輸出波形第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 由疊加原理可知， 遲滯比較器同相端的電壓為OZuRRRURRRu211212)( u+由比較器的輸出電壓UZ和積分器的輸出電壓共同決定。 而比較器的翻轉(zhuǎn)發(fā)生在u+=0的時刻， 此時比較器的輸入電壓（即積分器的輸出電壓uO）應該為ZOURRu12也就是比較器的上、 下門限電壓。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2） 參數(shù)計算 方波的幅度由穩(wěn)壓管限幅電路決定，

38、為UZ； 三角波的正負向峰值為 ZomURRU12（7-31） 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 由圖7-39（b）可知， 方波和三角波的振蕩頻率相同。 可以證明， 振蕩頻率為 CRRRTTT412214 （7-32） 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-40 鋸齒波產(chǎn)生電路與輸出波形 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2 鋸齒波產(chǎn)生電路 若三角波波形上升和下降的速率不同， 就成為鋸齒波波形。 所以只要令積分器的正、 負向積分常數(shù)不同， 就可以得到鋸齒波。 圖7-40為可以同時產(chǎn)生矩形波和鋸齒波的電路。 其工作原理和三角波產(chǎn)生電路相同， 僅為積分器的電阻有兩條通路，

39、 這兩條通路阻值差異很大， 以致正、 負向積分的速率明顯不同。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.5 集成函數(shù)發(fā)生器集成函數(shù)發(fā)生器8038簡介簡介 18038的電路組成與工作原理 8038內(nèi)部由電阻分壓器， 電壓比較器A1、 A2， 觸發(fā)器、 恒流源I1、 I2， 電子開關S和正弦波變換器組成。 內(nèi)部原理電路如圖7-41（a）所示， 圖7-41（b）為其外引腳排列， 封裝形式是雙列直插。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-41 集成函數(shù)發(fā)生器8038的內(nèi)部原理電路和外引腳排列 （a） 內(nèi)部原理電路; （b） 外引腳排列第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 2803

40、8的典型應用 圖7-42為8038集成函數(shù)發(fā)生器構(gòu)成的方波、 三角波和正弦波振蕩產(chǎn)生電路。 圖7-43為用8038集成函數(shù)發(fā)生器構(gòu)成的多種函數(shù)信號發(fā)生器。 波段開關S1作頻率粗調(diào)以選擇頻段。 S2可以選擇正弦波、 三角波或方波輸出。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-42 8038集成函數(shù)發(fā)生器的典型應用電路 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-43 由8038構(gòu)成的多種函數(shù)信號發(fā)生器 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 習習 題題 7.1 用相位條件判斷圖7-44所示各RC正弦波振蕩電路能否起振， 并說明原因。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-

41、44 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.2 用相位條件來判斷圖7-45中的振蕩電路能否起振。 并回答問題： （1） 若電路能起振， 為滿足幅度條件， 圖（a）中的Rf和Re1之間應滿足什么關系？圖（b）中Rf的數(shù)值應為多少？（計算R2和Rf的串聯(lián)值即可） （2） 若采用熱敏電阻穩(wěn)幅， 可將電路中哪個電阻用熱敏電阻代替？溫度系數(shù)為正還是負？ （3） 電路的振蕩頻率是多少？ 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-45 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.3 分析圖7-46所示RC橋式正弦波振蕩電路能否起振， 說明Rp的作用。 如果Rp開路， 輸出波形將有什么變化？為

42、使電路起振， Rp應調(diào)整為多大？ 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-46 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.4 欲將圖7-47所示的元器件連接成RC正弦波振蕩電路， 如何連線？若要產(chǎn)生振蕩頻率為1 kHz的正弦振蕩輸出， 當電容C=0.016 F時， 電阻R應選多大？ 7.5 若使圖7-48所示電路起振， 圖中各點應如何連接？當R=10 k， C=0.1 F時， 估算電路的振蕩頻率。 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-47 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-48 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 7.6 集成運放構(gòu)成的RC橋式正弦波振蕩電路如圖7-49所示， 其中Rp在010 k范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)， 說明振蕩電路的起振和穩(wěn)幅過程， 計算電路的振蕩頻率。 若振幅穩(wěn)定后， 二極管的動態(tài)電阻近似為500 ， Rp的阻值是多少？第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-49 第第7 7章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖7-50 第第7