第6章信号产生电路

1、6.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路6.2 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件6.3 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路6.4 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路6.5 非正弦波产生电路非正弦波产生电路6 信号产生电路信号产生电路6.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 正弦波振荡电路：不需要输入信号便能产生一定正弦波振荡电路：不需要输入信号便能产生一定频率和幅值的正弦波输出。频率和幅值的正弦波输出。 正弦波振荡电路的组成：放大电路、正反馈网络、正弦波振荡电路的组成：放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅环节。选频网络、稳幅环节。 正弦波振荡电路按组成选频网络的类型不同正弦波振荡电路按组成

2、选频网络的类型不同 可分可分为：为： RC、LC和石英晶体正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路 。6.2 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路就是一个无输入信号的正反馈放大器正弦波振荡电路就是一个无输入信号的正反馈放大器 。fiXX自激振荡的条件：自激振荡的条件：foiXFXFAX 而而即即1AF 因为：因为：AAA|)(FFF|)(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）振幅条件：振幅条件：1|AF（2）相位条件相位条件：nFA2n是整数是整数相位条件相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件振幅条件可以通过

3、调整放大电路的放大倍数达到。可以通过调整放大电路的放大倍数达到。1.1.振荡条件振荡条件1AF 基本放大器；基本放大器；反馈网络；反馈网络；选频网络（选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率，经选择满足相位平衡条件的一个频率，经常与反馈网络合二为一常与反馈网络合二为一）；）；稳幅环节（为了产生稳幅振荡）；稳幅环节（为了产生稳幅振荡）； 若选频网络由若选频网络由RC元件构成元件构成RC正弦波振荡器；正弦波振荡器； 若选频网络由若选频网络由LC元件构成元件构成LC C正弦波振荡器正弦波振荡器；2. 振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分1、判断能否产生振荡判断能否产生振荡 （1）检查电路是否具备

4、振荡电路的组成部分检查电路是否具备振荡电路的组成部分； （2）检查放大电路的检查放大电路的Q点是否能够保证放大器正常工作点是否能够保证放大器正常工作； （3）分析电路是否满足振荡条件。主要是分析相位条件，分析电路是否满足振荡条件。主要是分析相位条件，至于幅度条件一般容易满足。至于幅度条件一般容易满足。 2、求振荡频率和起振条件求振荡频率和起振条件振荡频率由相位条件决定；振荡频率由相位条件决定；起振条件由幅值条件求得；起振条件由幅值条件求得； 3.分析方法分析方法 Uo 是振荡器的电压输出幅度，是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时是要求输出的幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时达到

5、稳定振荡时Uo=B。 放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种种频率频率的分量，其中也包括有的分量，其中也包括有fo分量。分量。选频网络：把选频网络：把 fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要时，只要：|AF|1，且，且 A+ B =2n ，即可起振。即可起振。4 . 起振条件起振条件 起振后，输出将逐渐增大，若起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若不采取稳幅，这时若| |AFAF| |仍大于仍大于1 1，则输出将会饱和失真。则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数调整为达到需要的

6、幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。，即可稳幅。具体方法将在后面具体电路中介绍。具体方法将在后面具体电路中介绍。起振并能稳定振荡的条件：起振并能稳定振荡的条件：111AFBUAFBUAFBUooo时，时，时，5 .稳幅条件稳幅条件6.3 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路选频网络选频网络RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波的正弦波根据选频网络进行相量计算根据选频网络进行相量计算(计算过程详见教材计算过程详见教材P173页页),可可能得到结论能得到结论:当当幅频响应有最大值幅频响应有最大值RCffRC21 100 或或 31max VF

7、相频响应相频响应0f 采用非线性元件采用非线性元件 稳幅措施稳幅措施二极管二极管稳幅原理稳幅原理oU3UA1UUFA稳幅稳幅UA31132RRRAU起振时起振时联联支支路路的的等等效效电电阻阻并并和和、是是其其中中2133DD RR 3R6.4 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路本节要求本节要求: : 1. 1.了解了解LCLC正弦波振荡电路工作原理及振荡正弦波振荡电路工作原理及振荡频率频率, ,石英晶体振荡器的工作原理。石英晶体振荡器的工作原理。 2. 2.掌握由相位平衡条件判别电路能否起振掌握由相位平衡条件判别电路能否起振及估算振荡频率。及估算振荡频率。VCCRb1ReRb2C1CeMLCc

8、beTvo(+)(-)(+)(+)VCCRb1ReRb2C1MLCcbeT(+)(+)(+)(+)反馈反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件反馈反馈 变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路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交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高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当交变电压频率 = = 固有频率时，振幅最大。固有频率时，振幅最大。压电谐振压电谐振6.4.3 石英晶体石英晶体振荡电路振荡电路2. 石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的

9、基本特性与等效电路等效电路等效电路LCf21s A. 串联谐振串联谐振特性特性 晶 体 等 效 阻晶 体 等 效 阻抗为纯阻性抗为纯阻性0p121CCLCf B. 并联谐振并联谐振通常通常0CC 0s1CCf 所以所以很很接接近近与与 psff6.4.3 石英晶体石英晶体振荡电路振荡电路2. 石英晶体的基本特性与等效电路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实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为则新的谐振频率为s0s121CCCLCf 由于由于s0CCC s0s1CCCf 由此看出由此看出 )(21s0ssCCCff；时时， 0 pssffC sss ffC 时时，调整调整之之

10、间间变变化化和和在在可可使使 psssfffC R6.4.3 石英晶体石英晶体振荡电路振荡电路3. 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路6.4.3 石英晶体石英晶体振荡电路振荡电路图图6.4.8并联型石英晶体振荡电路并联型石英晶体振荡电路(a)电路电路 (b)等效交流通路等效交流通路6.5 非正弦波产生电路非正弦波产生电路6.5.1 矩形波产生电路矩形波产生电路6.5.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路6.5.2 三角波产生电路三角波产生电路1. 1. 电路组成电路组成迟滞比迟滞比较器较器RC充放充放电支路电支路稳压管双稳压管双向限幅向限幅 在数字系统、自动控制系统等领域中，非正弦信号应用日在数字系

11、统、自动控制系统等领域中，非正弦信号应用日益广泛。其中方波产生电路是非正弦信号发生器的基础，它常益广泛。其中方波产生电路是非正弦信号发生器的基础，它常应用于脉冲和数字系统作为信号源。应用于脉冲和数字系统作为信号源。6.5.1 矩形波产生电路矩形波产生电路2. 工作原理工作原理 由于迟滞比较器中正反馈由于迟滞比较器中正反馈的作用，电源接通后瞬间，输的作用，电源接通后瞬间，输出便进入饱和状态。出便进入饱和状态。假设为正向饱和状态假设为正向饱和状态 i RC 充电充电电源刚接通时，设电源刚接通时，设uC=0uO=uZ2Z32TR UURR电容电容C充电充电，UC升高升高6.5.1 矩形波产生电路矩形

12、波产生电路 i+ RC 放电放电当当uC=u-u+时时，uO=-uZ2Z_32TR UURR 电容电容C放电放电，uC下降下降当当uC=u-u+时，时，uO=uZ返回初态。返回初态。电源刚接通时，设电源刚接通时，设uC=0uO=uZ2Z32TR UURR电容电容C充电充电，uC升高升高RouoRR2 UzRRoRR3A1A21ouCVDz1VDz2 Uz UzO1outtOUom UomuoT21T21三角波产生电路三角波产生电路 双运放非正弦波产生双运放非正弦波产生电路的波形电路的波形6.5.2 三角波产生电路三角波产生电路同相输入迟同相输入迟滞比较器滞比较器积分电路积分电路充放电时间充放电时间常数不同常数不同由于二极管由于二极管D的作用，电容的作用，电容C正向充正向充电和反向充电所需要的时间不同。电和反向充电所需要的时间不同。RouoRR2 UzRoRR3A1A21ouVD1VD2RWRWCVDz3VDz41Z21Z2TTRVVRRV