第06章信号产生电路

1、1第八章第八章 信号产生电路信号产生电路基本要求：基本要求：n理解理解自激振荡的基本原理和信号发生自激振荡的基本原理和信号发生器的基本组成器的基本组成；n掌握掌握振荡器维持振荡的条件振荡器维持振荡的条件。基本内容：基本内容：n正弦波信号发生器正弦波信号发生器n非正弦波发生器非正弦波发生器28.1 正弦波信号发生器正弦波信号发生器一一.自激振荡的基本原理自激振荡的基本原理1.振荡的平衡条件振荡的平衡条件n在放大器输入端取断点在放大器输入端取断点a，从，从a点点输入信号输入信号Xa，通过放大通路和反馈，通过放大通路和反馈通路后，有一反馈信号通路后，有一反馈信号Xa 送回到送回到点点a，显然，显然

2、n当当反馈信号与反馈信号与输入信号相等时，则可将输入信号去掉，输入信号相等时，则可将输入信号去掉，将断点接上，电路仍保持输出不变。在这种情况下，构将断点接上，电路仍保持输出不变。在这种情况下，构成一个无信号输入而有信号输出的电路，完成由放大器成一个无信号输入而有信号输出的电路，完成由放大器变为振荡器的过渡。变为振荡器的过渡。FAXFXXaoaaoXXAoaXXF3振荡器维持振荡的条件振荡器维持振荡的条件 n它具体包含以下两方面的内容：它具体包含以下两方面的内容：n相位平衡条件：电路必须引入正反馈，以保相位平衡条件：电路必须引入正反馈，以保证反馈信号与原输入信号相位相同。即证反馈信号与原输入信号

3、相位相同。即nA+F=2n (n=0,1,2)n幅度平衡条件：应使幅度平衡条件：应使AF=1，以保证反馈信，以保证反馈信号的大小与原输入信号相等。号的大小与原输入信号相等。1AAFFA42.自激振荡与稳幅自激振荡与稳幅 n实际上，振荡器并不存在前面所假设的初始输入信号，实际上，振荡器并不存在前面所假设的初始输入信号，它最初的输入信号是振荡器合上电源的瞬间在其内部它最初的输入信号是振荡器合上电源的瞬间在其内部产生的一个微小的电冲击。由于振荡器是一个闭合的产生的一个微小的电冲击。由于振荡器是一个闭合的回路，在其内部任何地方产生的电冲击都可以反映到回路，在其内部任何地方产生的电冲击都可以反映到放大器

4、的输入端，这就是上述的最初输入信号。放大器的输入端，这就是上述的最初输入信号。n由于此信号非常微弱，如果电路仅满足维持振荡的条由于此信号非常微弱，如果电路仅满足维持振荡的条件，则电路无法保持正常输出。因此，在振荡初期，件，则电路无法保持正常输出。因此，在振荡初期，必须保证每次反馈到输入端的信号都要大于前一次的必须保证每次反馈到输入端的信号都要大于前一次的输入信号，输入信号， 这样放大器的输出信号才会逐渐增加，整这样放大器的输出信号才会逐渐增加，整个电路才会自激振荡。所以，振荡器能产生自激振荡个电路才会自激振荡。所以，振荡器能产生自激振荡的条件是的条件是AF1。n当输出幅值增加到一定数值时，放大

5、器将从线性放大当输出幅值增加到一定数值时，放大器将从线性放大区进入非线性放大区，此时放大倍数下降，逐渐由大区进入非线性放大区，此时放大倍数下降，逐渐由大于于1降到等于降到等于1，使得输出信号稳定在一个幅度上。这，使得输出信号稳定在一个幅度上。这个过程称为稳幅。为避免放大器进入非线性放大区，个过程称为稳幅。为避免放大器进入非线性放大区，振荡器通常还应有稳幅环节。振荡器通常还应有稳幅环节。 53. 正弦振荡器的组成正弦振荡器的组成 n综上所述，正弦振荡器一般应包括以下几个基本环节：综上所述，正弦振荡器一般应包括以下几个基本环节：n放大电路：完成信号放大功能。其中包括保证放大放大电路：完成信号放大功

6、能。其中包括保证放大器正常放大的负反馈电路；器正常放大的负反馈电路；n反馈网络：这里特指构成振荡的正反馈电路；反馈网络：这里特指构成振荡的正反馈电路；n选频网络：要输出单一频率的正弦波信号，必须要选频网络：要输出单一频率的正弦波信号，必须要选择满足相位平衡条件的频率为振荡器的振荡频率。选择满足相位平衡条件的频率为振荡器的振荡频率。选频网络通常与反馈网络为一体；选频网络通常与反馈网络为一体；n稳幅环节：在输出信号变化或温度变化时，使放大稳幅环节：在输出信号变化或温度变化时，使放大器放大倍数或反馈网络反馈系数变化，以保证输出信器放大倍数或反馈网络反馈系数变化，以保证输出信号稳定。号稳定。n在判断正

7、弦振荡器能否正常工作时，除了看其组成是在判断正弦振荡器能否正常工作时，除了看其组成是否包含以上几环节外，还要注意放大器的静态工作点否包含以上几环节外，还要注意放大器的静态工作点是否合适，最好具体判断是否引入的正反馈，有时还是否合适，最好具体判断是否引入的正反馈，有时还要考虑是否满足幅度平衡条件。要考虑是否满足幅度平衡条件。 6二二. RC正弦振荡器正弦振荡器 RC正弦振荡器用于产生低频正弦信号。正弦振荡器用于产生低频正弦信号。 1.文氏电桥的选频特性文氏电桥的选频特性 Z1和和Z2分别称为电桥的两臂分别称为电桥的两臂CjRCjCjRZ111RCjRCjRCjRZ1112/FRCRCjZZZUU

8、Fio)/(131212当当=1/RC=0即即f=1/2RC时，时，F达最大值达最大值1/3，且，且=0，输出电压与输入电压同相。输出电压与输入电压同相。72. 工作原理工作原理n仍然将仍然将a点选在引入正反馈的同点选在引入正反馈的同相输入端相输入端, ,电源合闸后产生的最电源合闸后产生的最初电压信号初电压信号ui由此引入。由此引入。n放大后的输出电压中只有放大后的输出电压中只有=0的输出电压的输出电压uo才会使反才会使反馈到同相输入端的信号馈到同相输入端的信号uf满足满足振荡的相位平衡条件；且反馈振荡的相位平衡条件；且反馈系数达最大值系数达最大值F=1/3，只要运，只要运放的放大倍数放的放大

9、倍数A=1+RF/R13，就满足振荡的幅度平衡条件。就满足振荡的幅度平衡条件。n其余频率的谐波因不能构成正其余频率的谐波因不能构成正反馈而受到抑制，电路起振后反馈而受到抑制，电路起振后输出频率为输出频率为f0的正弦电压。的正弦电压。 83. 电路参数的确定电路参数的确定 n由维持振荡的条件决定电阻由维持振荡的条件决定电阻R1、RF的参数的参数: n AF=(1+RF/R1)/3=1 RF=2R1 n频率参数关系为频率参数关系为n f0=1/(2RC) n改变文氏电桥参数改变文氏电桥参数R、C，即可改变振荡频率，即可改变振荡频率f0。为保证电路可靠起振，应使为保证电路可靠起振，应使RF略大于略大

10、于2R1。n文氏电桥文氏电桥RC正弦振荡器调节频率比较方便，正弦振荡器调节频率比较方便，常用于频率可调的音频振荡电路中。但是由于常用于频率可调的音频振荡电路中。但是由于减小减小R和和C的数值，会使电路负载加重，因此的数值，会使电路负载加重，因此由集成运放组成的由集成运放组成的RC正弦振荡器的振荡频率正弦振荡器的振荡频率较低，一般不超过较低，一般不超过1MHz。 94. 稳幅措施稳幅措施R RC CR RC C+ +- -R1RFUOA A+ +D D1 1D D2 2（b）RCRCR1UORt+-A+（a）n为了保证既有较好的输出波形，为了保证既有较好的输出波形，又能可靠起振，常采用稳幅稳又能

11、可靠起振，常采用稳幅稳幅的文氏电桥振荡器。幅的文氏电桥振荡器。n起振时，二极管起振时，二极管D1和和D2均工均工作在死区，相当于断路；作在死区，相当于断路；n起振后，随着起振后，随着uo幅值增大，不幅值增大，不论在论在uo的正半周还是在负半周，的正半周还是在负半周，D1 与与D2中总有一个处于正向中总有一个处于正向导通状态，正向电阻为导通状态，正向电阻为rd此时此时的放大倍数的放大倍数A=1+(RF/rd)/R1；n随着随着Uo正向电阻正向电阻rd A AF，直到降到满足维持振，直到降到满足维持振荡的条件荡的条件(AF=1)为止。为止。 10三三. LC型正弦波信号发生器型正弦波信号发生器nL

12、C型正弦波信号发生器主要用于产生高频信号。型正弦波信号发生器主要用于产生高频信号。由于集成运放的频带较窄，所以，由于集成运放的频带较窄，所以，LC型正弦波振型正弦波振荡电路一般用分立元件组成。荡电路一般用分立元件组成。 n根据采用的反馈环节不同，根据采用的反馈环节不同，LC正弦振荡器可分为正弦振荡器可分为变压器反馈式、电感三点式、电容三点式等不同类变压器反馈式、电感三点式、电容三点式等不同类型。其共同特点是以型。其共同特点是以LC并联谐振回路做选频网络。并联谐振回路做选频网络。nLC并联谐振回路中，当并联谐振回路中，当RL 时时 谐振频率谐振频率LCf210RCLZ 谐振回路相当于谐振回路相当

13、于一个很大的电阻一个很大的电阻 111. 变压器反馈式变压器反馈式LC正弦振荡器正弦振荡器 n电路结构电路结构 n由选频放大电路组成。由选频放大电路组成。n由由L1C并联谐振电路代并联谐振电路代替替RC组成放大器的选组成放大器的选频频电路，承担选频和放电路，承担选频和放大任务；大任务；nL2作为反馈元件作为反馈元件构成正构成正反馈反馈 。12工作原理工作原理 n有稳定静态工作点有稳定静态工作点 n满足相位平衡条件满足相位平衡条件n 整个电路对整个电路对f0谐波构成谐波构成正反馈。其余谐波受到抑正反馈。其余谐波受到抑制，最后输出频率为制，最后输出频率为f f0 0的的正弦波电压正弦波电压u uL

14、 L。n自动稳幅特性自动稳幅特性 n 当当u uL L增加到一定值时，增加到一定值时，电路进入非线性工作区，电路进入非线性工作区，其电压放大倍数逐渐下降，其电压放大倍数逐渐下降，最后由最后由AFAF1 1降到降到AF=1AF=1。n易于起振易于起振 n 选择选择较大的晶体管或较大的晶体管或适当增加变压器副边线圈适当增加变压器副边线圈L L2 2的匝数的匝数N N2 2，都可使，都可使AFAF1 1。振荡频率振荡频率CL21f10132. 三点式三点式LC正弦振荡器正弦振荡器 n变压器反馈式正弦振荡器只要线圈的同名端连变压器反馈式正弦振荡器只要线圈的同名端连接正确，调节接正确，调节N2便很容易起

15、振。但由于变压器便很容易起振。但由于变压器分布参数的限制，振荡频率不是很高。分布参数的限制，振荡频率不是很高。 n除变压器反馈式振荡器外，还有一种除变压器反馈式振荡器外，还有一种LC正弦振正弦振荡器。这种振荡器有三个引出端，分别与放大荡器。这种振荡器有三个引出端，分别与放大电路晶体管电路晶体管T的的b、c、e三个电极相连接，所三个电极相连接，所以称为三点式以称为三点式LC正弦振荡器。三点式正弦振荡器。三点式LC正弦正弦振荡器又分为电感三点式和电容三点式两类。振荡器又分为电感三点式和电容三点式两类。 14(1) 电感三点式电感三点式LC正弦振荡器正弦振荡器n有稳定静态工作点有稳定静态工作点 nC

16、L 1L2组成组成并联谐振电并联谐振电路产生频率为路产生频率为f0的的选频选频信号信号。nL2作为反馈元件作为反馈元件引入正引入正反馈满足反馈满足振荡器振荡器相位平相位平衡条件。衡条件。n具有非线性工作区的自具有非线性工作区的自动稳幅特性。动稳幅特性。 n特点是容易起振特点是容易起振, ,因因反反馈取自馈取自L2，电路输出波，电路输出波形较差。形较差。 n振荡频率振荡频率CMLLLCf)(2212121015(2) 电容三点式电容三点式LC正弦振荡器正弦振荡器n有稳定静态工作点有稳定静态工作点 nC1C2L组成组成并联谐振电路并联谐振电路产生频率为产生频率为f0的的选频选频信号信号。nC2作为

17、反馈元件作为反馈元件引入正反引入正反馈满足馈满足振荡器振荡器相位平衡条相位平衡条件。件。n具有非线性工作区的自动具有非线性工作区的自动稳幅特性。稳幅特性。 n特点是输出波形好，由于特点是输出波形好，由于C C可取得较小，因而可取得较小，因而f0较较高，但在调频时比较容易高，但在调频时比较容易停振。停振。 n振荡频率振荡频率212102121CCCCLLCf168.2 非正弦波发生器非正弦波发生器非正弦波发生器由迟滞比较器和积分电路组成。非正弦波发生器由迟滞比较器和积分电路组成。 一一. 方波发生器方波发生器1.1.工作原理工作原理 设合上电源时设合上电源时u uo o=U=UOHOH=U=UZ

18、 Z u uc c=0=0212RRRUuOHB212RRRUuOLBu uo o=UOHUZ，u uo o=UOL-UZ 172.主要参数计算 )ln()(ln)()()()(ln1221221211210RRCRRRRUURRRUUCRTuuuuTFZZZZFCCCC )ln(12221RRCRTF )ln(1221212RRCRTTTF )/ln(122121RRCRfF TTq1 188.2.2. 三角波发生器 将方波发生器中RC积分电路改为由集成运放组成的积分电路便可得到线性很好的三角波。 n1.工作原理n uo1UZ 21121221121211RRRuRRRURRRuRRRuuoZoo tUCRdtuCRuZFoFo41411 Uom= R2UZ/R1192.主要参数计算 nuo从-Um上升