模拟电子技术基础-第9章信号产生电路071214

模拟电子技术——电子技术基础精品课程第9章信号产生电路武汉理工大学信息工程学院电子技术基础课程组上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9信号产生电路•本章主要内容–引言–9.1正弦波振荡电路的振荡条件–9.2RC正弦波振荡电路–9.3LC正弦波振荡电路–9.4非正弦波振荡电路*上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础正弦波振荡器（或称正弦波信号发生器）分RC、LC和石英晶体正弦波振荡电路三种类型:RC：输出频率较低1Hz～1MHz低频信号;LC：输出频率较高一般产生1MHz以上高频信号;石英晶体正弦波振荡电路——f非常稳定;引言9信号产生电路上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.1正弦波振荡电路的振荡条件•本节主要内容–1.振荡条件–2.起振和稳幅–3.振荡电路基本结论上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.1正弦波振荡电路的振荡条件1.振荡条件自激振荡－－放大电路输入端不接外接信号，而在输出端仍有一定频率和幅度的信号输出的现象。①自激振荡在放大电路中并非好事，它将使放大电路不能正常工作，因此要采用消振电路来破坏自激振荡的条件。②但在振荡电路中则不然，它正是利用自激振荡而工作。③振荡器与放大器的区别：前者不加输入信号就有输出信号，而后者的输入端要接信号源。上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.1正弦波振荡电路的振荡条件正反馈放大电路如图示。（注意与负反馈方框图的差别）aX基本放大电路A反馈网络FiXfXoXaifXXXoaaiafaa1FXAXAXAAXXXXAFXAF上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.1正弦波振荡电路的振荡条件aX基本放大电路A反馈网络FfXoX,则，faaXAFXX则去掉，iXoX仍有稳定的输出,,若环路增益1FA1FAAAF由则称电路发生自激振荡.又fafaAFFAFA所以振荡条件为1)()(FA振幅平衡条件n2)()(fa相位平衡条件上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.1正弦波振荡电路的振荡条件2.起振和稳幅振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的信号被放大，成为振荡电路的输出信号。起振条件1)()(FAn2)()(fa当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从回到1AF。1AFaX基本放大电路A反馈网络FfXoX上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.1正弦波振荡电路的振荡条件3.基本结论正弦波振荡的从电路结构上来看，一个振荡电路必须由以下四部分组成：①放大电路②正反馈③选频网络（只对某一固定频率发生振荡）④稳幅环节()到11AFAF起振条件1)()(FAn2)()(fa1)()(FA振幅平衡条件n2)()(fa相位平衡条件平衡条件上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.2RC正弦波振荡电路本节主要内容–1.电路组成–2.RC串并联选频网络的选频特性–3.振荡电路工作原理–4.稳幅措施上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础1.电路组成①放大电路②正反馈网络③选频网络（反馈网络兼做选频网络）④稳幅环节9.2RC正弦波振荡电路oV1RCAfR1Z2ZCRRFiVV放大电路AV·上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础2.RC串并联选频网络的选频特性反馈系数)()()(ofsVsVsFV212ZZZ2)(31sCRsCRsCR又js且令RC10则)(j3100VF幅频响应2002)(31VF相频响应3)(arctg00fC1Z2ZCRR9.2RC正弦波振荡电路FVoV上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础oV1RCAfR1Z2ZCRRFiVV放大电路AV·3.振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件0f当RC10时，n2fa(+)(+)(+)(+)1313VVFA电路可以输出频率为的正弦波RCf210RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波9.2RC正弦波振荡电路311fRRAV上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础--------采用非线性元件4.稳幅措施(1)热敏元件起振时，311fRRAV即1VVFA热敏电阻的作用oVoI功耗fR温度fR阻值fR3VA1VVFA稳幅VA具有负温度系数9.2RC正弦波振荡电路oV1RCAfR1Z2ZCRRFiVV放大电路AV·热敏电阻上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.2RC正弦波振荡电路--------采用非线性元件(2)二极管oV1RCAfR1Z2ZCRRFiVV放大电路AV·2R上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.2RC正弦波振荡电路-------采用非线性元件(3)场效应管（JFET）31DS3p3RRRAV稳幅原理oV)(GS负值VDSR3VA1VVFA稳幅VA34CRD、、整流滤波T压控电阻vDSiDvGS=0V-1V-2V-3V可变电阻区，斜率随vGS不同而变化上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.3LC正弦波振荡电路9.3.1LC并联谐振回路选频特性9.3.2变压器反馈式LC振荡电路9.3.3三点式LC振荡电路9.3.4石英晶体振荡电路•本节主要内容上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.3.1LC并联谐振回路选频特性1.等效阻抗LRCLRCZjj1)j(j1等效损耗电阻)1j(CLRCLZ一般有LR则CQLQRCLZ000当时，LC10电路谐振。LC10为谐振频率谐振时阻抗最大，且为纯阻性其中CLRRCRLQ1100为品质因数同时有IQIILL即IIILL上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础2.频率响应9.3.1LC并联谐振回路选频特性上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础虽然波形出现了失真，但由于LC谐振电路的Q值很高，选频特性好，所以仍能选出0的正弦波信号。1.电路结构2.相位平衡条件3.幅值平衡条件4.稳幅5.选频通过选择高值的BJT和调整变压器的匝数比，可以满足1FA，电路可以起振。BJT进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。9.3.2变压器反馈式LC振荡电路上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础VCCRb1ReRb2C1CeMLCcbeTvo(+)(-)(+)(+)VCCRb1ReRb2C1MLCcbeT(-)(-)(+)(+)反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件反馈(-)9.3.2变压器反馈式LC振荡电路上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.3.3三点式LC振荡电路仍然由LC并联谐振电路构成选频网络1.三点式LC并联电路C1C2首端尾端中间端L电容三点式C首端尾端中间端L1L2电感三点式中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.3.3三点式LC振荡电路2.电感三点式振荡电路上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.3.3三点式LC振荡电路3.电容三点式振荡电路上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.3.4石英晶体振荡电路Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。1.频率稳定问题频率稳定度一般由来衡量0ff——频率偏移量。f0f——振荡频率。LC振荡电路Q——数百石英晶体振荡电路Q——10000500000上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.3.4石英晶体振荡电路2.石英晶体的基本特性与等效电路结构极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场压电效应交变电压机械振动交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当交变电压频率=固有频率时，振幅最大。压电谐振上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.3.4石英晶体振荡电路2.石英晶体的基本特性与等效电路等效电路LCf21sA.串联谐振特性晶体等效阻抗为纯阻性0p121CCLCfB.并联谐振通常0CC0s1CCf所以很接近与psff上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.3.4石英晶体振荡电路2.石英晶体的基本特性与等效电路实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为s0s121CCCLCf由于s0CCCs0s1CCCf由此看出)(21s0ssCCCff；时，0pssffCsssffC时，调整之间变化和在可使psssfffC上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.3.4石英晶体振荡电路3.石英晶体振荡电路相当于电容三点式LC振荡电路上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础*9.8非正弦波振荡电路9.8.1比较器9.8.3锯齿波产生电路9.8.2方波产生电路a.单门限电压比较器b.迟滞比较器•本节主要内容上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础9.8.1比较器vIvO-+A+VCC-VEE特点：1.单门限电压比较器（1）过零比较器开环，虚短和虚断不成立增益A0大于105CCOEEVvV可以认为vI0时，vOmax=+VCCvI0时，vOmax=-VEE（过零比较器）运算放大器工作在非线性状态下上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vIvO-+A+VCC-VEEvIOT234ttvOVOHOVOL输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。电压传输特性vOVOHVOLvIO9.8.1比较器上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vIvO-+A+VCC-VEEVREF（2）门限电压不为零的比较器电压传输特性vOVOHVOLvIOVREFvIOT234ttvOVOHOVOLVREF（门限电压为VREF）9.8.1比较器上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础解：（1）A构成过零比较器（2）RC为微分电路，RCT/2(a)vOvI+–ACRRLDvO+–vIDvL例：电路如图a所示，当输入信号如图c所示的正弦波时，定性画出的波形。及、LoovvvvI(c)OT234ttvOVOHOVOL(d)tvOO(e)vLO(f)t（3）D削波（限幅、检波）9.8.1比较器上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础电压比较器的应用——波形整形vItVth=VREFOvOVOHOtVOL扰动扰动消除9.8.1比较器上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础电压比较器的应用——波形整形vItVth=VREFOvOVOHOtVOL应为高电平错误电平9.8.1比较器上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vIvNvP–+AvOR110kR2100VREF=1V9.8.1比较器2.迟滞比较器(滞回比较器、施密特触发器)（1）电路组成（2）门限电压为门限电压，Pv)(OLOPI低电平时，Vvvv)(OHOPI高电平时，Vvvv上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vIvNvP–+AvOR110kR2100VREF=1V9.8.1比较器2.迟滞比较器(滞回比较器、施密特触发器)（1）电路组成（2）门限电压为门限电压，Pv门限电压的两个的两个电压值可得有关，对应于与而POOP