模擬電子技術(shù)課件第九章 信號(hào)產(chǎn)生電路

第九章信號(hào)產(chǎn)生電路§9.1正弦波振蕩電路的振蕩條件§9.2RC正弦波振蕩電路§9.3LC正弦波振蕩電路§9.4非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路目前一頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)§9.1正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波發(fā)生電路的組成產(chǎn)生正弦波的條件起振條件和穩(wěn)幅原理目前二頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)正弦波發(fā)生電路的組成

為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋，因此放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路的最主要部分。但是，這樣兩部分構(gòu)成的振蕩器一般得不到正弦波，這是由于很難控制正反饋的量。如果正反饋量大，則增幅，輸出幅度越來(lái)越大，最后由三極管的非線性限幅，這必然產(chǎn)生非線性失真。反之，如果正反饋量不足，則減幅，可能停振，為此振蕩電路要有一個(gè)穩(wěn)幅電路。目前三頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)為了獲得單一頻率的正弦波輸出，應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)往往和正反饋網(wǎng)絡(luò)或放大電路合二為一。選頻網(wǎng)絡(luò)由R、C和L、C等電抗性元件組成。正弦波振蕩器的名稱一般由選頻網(wǎng)絡(luò)來(lái)命名。正弦波發(fā)生電路的組成放大電路正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅電路目前四頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)產(chǎn)生正弦波的條件產(chǎn)生正弦波的條件與負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激的條件十分類似。只不過(guò)負(fù)反饋放大電路中是由于信號(hào)頻率達(dá)到了通頻帶的兩端，產(chǎn)生了足夠的附加相移，從而使負(fù)反饋?zhàn)兂闪苏答?。在振蕩電路中加的就是正反饋，振蕩建立后只是一種頻率的信號(hào)。目前五頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)

(a)負(fù)反饋放大電路(b)正反饋振蕩電路

比較圖(a)和(b)就可以明顯地看出負(fù)反饋放大電路和正反饋振蕩電路的區(qū)別了。由于振蕩電路的輸入信號(hào)，所以

。目前六頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)

起振條件：

幅度平衡條件：

相位平衡條件

：引入正反饋。目前七頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)振蕩器在剛剛起振時(shí)，要求，這稱為起振條件。起振條件和穩(wěn)幅原理既然，起振后就要產(chǎn)生增幅振蕩，這樣電路必然產(chǎn)生失真?？梢栽诜答伨W(wǎng)絡(luò)中加入穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的增益，從而達(dá)到穩(wěn)幅的目的。同時(shí)還要靠選頻網(wǎng)絡(luò)的作用，選出期望頻率分量作為輸出信號(hào)，以獲得正弦波輸出。目前八頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)目前九頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)§9.2RC正弦波振蕩電路RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)RC文氏橋振蕩器目前十頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)

RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電路如圖所示。RC串聯(lián)臂的阻抗用Z1表示，RC并聯(lián)臂的阻抗用Z2表示。RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)其頻率響應(yīng)如下:目前十一頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn))]j1/([+)Cj/1()j1/(22211222212CRRRCRRZZZwww+++=+=)j1]()Cj/1([222112RCRRRww+++=R/j+)Cj/1(2122221112RCCRCRRRww+++=1)122Cw1RCR1j()1(2121CRCRw-+++=目前十二頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)諧振頻率為:f0=當(dāng)R1=R2，C1=C2時(shí)，諧振角頻率和諧振頻率分別為:1)122Cw1RCR1j()1(2121CRCRw-+++=目前十三頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)幅頻特性:相頻特性:1)122Cw1RCR1j()1(2121CRCRw-+++=目前十四頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)當(dāng)f=f0時(shí)的反饋系數(shù),此時(shí)的相角F=0。1)122Cw1RCR1j()1(2121CRCRw-+++=目前十五頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線目前十六頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)RC文氏橋振蕩電路

(1)RC文氏橋振蕩電路的構(gòu)成RC文氏橋振蕩電路如圖所示，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是正反饋網(wǎng)絡(luò)，另外還增加了R3和R4負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。C1、R1和C2、R2正反饋支路與R3、R4負(fù)反饋支路正好構(gòu)成一個(gè)橋路，稱為文氏橋。RC文氏橋振蕩電路目前十七頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)當(dāng)C1=C2、R1=R2時(shí):

F=0為滿足振蕩的幅度條件1，所以Af≥3。加入R3、R4支路，構(gòu)成串聯(lián)電壓負(fù)反饋。目前十八頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)

(2)

RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過(guò)程RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅作用是靠熱敏電阻R4實(shí)現(xiàn)的。目前十九頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)R4是正溫度系數(shù)熱敏電阻，即溫度升高，R4的阻值增加，負(fù)反饋增強(qiáng)，輸出幅度下降。反之輸出幅度增加。若熱敏電阻是負(fù)溫度系數(shù)，應(yīng)放置在?目前二十頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)§9.3

LC正弦波振蕩電路

LC正弦波振蕩電路的構(gòu)成與RC正弦波振蕩電路相似，包括有放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路。這里的選頻網(wǎng)絡(luò)是由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成，正反饋網(wǎng)絡(luò)因不同類型的LC正弦波振蕩電路而有所不同。LC并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)變壓器反饋LC振蕩電路電感三點(diǎn)式LC振蕩電路電容三點(diǎn)式LC振蕩電路目前二十一頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)LC并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)

LC并聯(lián)諧振電路如圖（a）所示。顯然輸出電壓是頻率的函數(shù)：

（a）LC并聯(lián)諧振電路LC并聯(lián)諧振電路與并聯(lián)諧振曲線

（b）并聯(lián)諧振曲線目前二十二頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)

輸入信號(hào)頻率過(guò)高，電容的旁路作用加強(qiáng)，輸出減??；反之頻率太低，電感將短路輸出。并聯(lián)諧振曲線如圖（b）所示。

（a）LC并聯(lián)諧振電路LC并聯(lián)諧振電路與并聯(lián)諧振曲線

（b）并聯(lián)諧振曲線目前二十三頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)諧振時(shí)諧振頻率諧振時(shí)電感支路電流或電容支路電流與總電流之比，稱為并聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)考慮電感支路的損耗，用R表示，如圖所示。有損耗的諧振電路目前二十四頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)對(duì)于如下圖所示的諧振曲線，Q值大的曲線較陡較窄，圖中Q1＞Q2。并聯(lián)諧振電路的諧振阻抗諧振時(shí)LC并聯(lián)諧振電路相當(dāng)一個(gè)電阻。目前二十五頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)變壓器反饋LC振蕩電路變壓器反饋LC振蕩電路變壓器反饋LC振蕩電路如圖所示。LC并聯(lián)諧振電路作為三極管的負(fù)載，反饋線圈L2與電感線圈Ｌ相耦合,將反饋信號(hào)送入三極管的輸入回路。目前二十六頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)調(diào)整反饋線圈的匝數(shù)可以改變反饋信號(hào)的強(qiáng)度，以使正反饋的幅度條件得以滿足。目前二十七頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)有關(guān)同名端的極性請(qǐng)參閱下圖。

同名端的極性

變壓器反饋LC振蕩電路的振蕩頻率與并聯(lián)LC諧振電路相同，為目前二十八頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)電感三點(diǎn)式LC振蕩電路下圖為電感三點(diǎn)式LC振蕩電路。電感線圈L1和L2是一個(gè)線圈，2點(diǎn)是中間抽頭。如果設(shè)某個(gè)瞬間集電極電流減小，線圈上的瞬時(shí)極性如圖所示。反饋到發(fā)射極的極性對(duì)地為正，符合正反饋的相位條件。目前二十九頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)電感三點(diǎn)式LC振蕩器（CE）下圖為另一種電感三點(diǎn)式LC振蕩電路。目前三十頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)

分析三點(diǎn)式LC振蕩電路常用如下方法，將諧振回路的阻抗折算到三極管的各個(gè)電極之間，有Zbe、Zce、Zcb,如下圖所示。三點(diǎn)式振蕩器目前三十一頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)對(duì)于下圖電路Zbe是L2、Zce是L1、Zcb是C?？梢宰C明若滿足相位平衡條件，Zbe和Zce必須同性質(zhì)，即同為電容或同為電感，且與Zcb性質(zhì)相反。目前三十二頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)與電感三點(diǎn)式LC振蕩電路類似的有電容三點(diǎn)式LC振蕩電路，見(jiàn)下圖所示。（a）CB組態(tài)（b）CE組態(tài)電容三點(diǎn)式LC振蕩電路電容三點(diǎn)式LC振蕩電路目前三十三頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)例1：下圖電路為一個(gè)三點(diǎn)式振蕩電路，試判斷是否滿足相位平衡條件。目前三十四頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)石英晶體LC振蕩電路

利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點(diǎn)，構(gòu)成LC振蕩電路，如下圖所示。(a)串聯(lián)型f0=fs

（b）并聯(lián)型fs<f0<fp

石英晶體振蕩電路目前三十五頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)石英晶體的阻抗頻率特性曲線見(jiàn)下圖所示,石英晶體的電抗曲線它有一個(gè)串聯(lián)諧振頻率fs,一個(gè)并聯(lián)諧振頻率fp，二者十分接近。目前三十六頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)

上圖電路與電感三點(diǎn)式振蕩電路相似。要使反饋信號(hào)能傳遞到發(fā)射極，為此石英晶體應(yīng)處于串聯(lián)諧振點(diǎn)，此時(shí)晶體的阻抗接近為零。目前三十七頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)

對(duì)于上圖所示電路，滿足正反饋的條件，為此，石英晶體必須呈電感性才能形成LC并聯(lián)諧振回路，產(chǎn)生振蕩。由于石英晶體的Q值很高，可達(dá)到幾千以上，所示電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。目前三十八頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)例2：分析如下兩個(gè)振蕩電路能否產(chǎn)生振蕩，若產(chǎn)生振蕩,石英晶體處于何種狀態(tài)？

(a)(b)

目前三十九頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)§9.4非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路比較器非正弦波發(fā)生電路目前四十頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)比較器固定幅度比較器滯回比較器窗口比較器比較器的應(yīng)用比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的電路。常用的幅度比較電路有電壓幅度比較器、窗口比較器和具有滯回特性的比較器。這些比較器的閾值是固定的，有的只有一個(gè)閾值，有的具有兩個(gè)閾值。目前四十一頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)固定幅度比較器

(1)過(guò)零比較器和電壓幅度比較器過(guò)零電壓比較器是典型的幅度比較電路，它的電路圖和傳輸特性曲線如右圖所示。(a)(b)過(guò)零電壓比較器(a)電路圖(b)傳輸特性曲線目前四十二頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)將過(guò)零電壓比較器的一個(gè)輸入端從接地改接到一個(gè)電壓值VREF上,就得到電壓幅度比較器，它的電路圖和傳輸特性曲線如下圖所示。固定電壓比較器(a)(b)目前四十三頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)(2)比較器的基本特點(diǎn)工作在開(kāi)環(huán)或正反饋狀態(tài)。開(kāi)關(guān)特性，因開(kāi)環(huán)增益很大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關(guān)系。目前四十四頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)滯回比較器從輸出引一個(gè)電阻分壓支路到同相輸入端可組成滯回比較器。當(dāng)輸入電壓vI從零逐漸增大，且時(shí)，，稱為上限閾值(觸發(fā))電平。當(dāng)輸入電壓時(shí)，，此時(shí)觸發(fā)電平變?yōu)?，稱為下限閾值(觸發(fā))電平。滯回比較器電路圖目前四十五頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)當(dāng)逐漸減小，且以前，始終等于，因此出現(xiàn)如圖所示的滯回特性曲線。

滯回比較器傳輸特性回差電壓

：目前四十六頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)窗口比較器窗口比較器的電路如圖所示。電路由兩個(gè)幅度比較器和一些二極管與電阻構(gòu)成。設(shè)R1=R2，則有：目前四十七頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)

當(dāng)vI＞VH時(shí)，vO1為高電平，D3導(dǎo)通；vO2為低電平,D4截止，vO=vO1。當(dāng)vI＜VL時(shí)，vO2為高電平，D4導(dǎo)通；vO1為低電平，D3截止，vO=vO2。當(dāng)VH

＞vI＞VL時(shí)，vO1為低電平，vO2為低電平，D3、D4截止，vO為低電平。該比較器有兩個(gè)閾值，傳輸特性曲線呈窗口狀，故稱為窗口比較器。信號(hào)的電位水平高于某規(guī)定值VH的情況，相當(dāng)比較電路正飽和輸出。信號(hào)的電位水平低于某規(guī)定值VL的情況，相當(dāng)比較電路負(fù)飽和輸出。目前四十八頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)當(dāng)vI＞VH時(shí)，vO1為高電平，D3導(dǎo)通；vO2為低電平,D4截止，vO=vO1。當(dāng)vI＜VL時(shí)，vO2為高電平，D4導(dǎo)通；vO1為低電平，D3截止，vO=vO2。當(dāng)VH

＞vI＞VL時(shí)，vO1為低電平，vO2為低電平，D3、D4截止，vO為低電平。窗口比較器的傳輸特性該比較器有兩個(gè)閾值，傳輸特性曲線呈窗口狀，故稱為窗口比較器。目前四十九頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)比較器的應(yīng)用比較器主要用來(lái)對(duì)輸入波形進(jìn)行整形，可以將不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出。(a)正弦波變換為矩形波(b)有干擾正弦波變換為方波

目前五十頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)方波發(fā)生電路三角波發(fā)生電路鋸齒波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路目前五十一頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)方波發(fā)生電路方波發(fā)生電路是由滯回比較電路和RC定時(shí)電路構(gòu)成的，電路如圖所示。(1)工作原理電源剛接通時(shí),設(shè)電容C充電，升高。目前五十二頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)當(dāng)時(shí)，，所以電容C放電，下降。當(dāng)，時(shí)，返回初態(tài)。方波周期Ｔ可用過(guò)渡過(guò)程公式求出方波發(fā)生器波形圖目前五十三頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)目前五十四頁(yè)\總數(shù)六十一頁(yè)\編于十點(diǎn)(2)占空比可調(diào)的矩形波電路為了改變輸出方波的占空比，可改變電容器C的充電和放電時(shí)間常數(shù)。

C充電時(shí)，充電電流經(jīng)電位器的上半部、二極管D1、Rf；

C放電時(shí)，放電電流經(jīng)Rf、二極管D2、電位器的下半部。占空比可調(diào)方波發(fā)生電路

目前五十五頁(yè)\