信号发生器分类和应用

1、信号发生器分类和应用 发生器按产生的波形特点可分为正弦波信号发生器非正弦波信号发生器 正弦波自激振荡的基本原理 正弦波信号发生器 正弦波信号发生器是按照自激振荡原理构成的。信号发生器常称为振荡器。1产生正弦波自激振荡的平衡条件 .正反馈网络放大环节.XoAF.XidXf自激振荡原理方框图输入Xid.反馈Xf=FXo.输出Xo= AXid.放大环节A正反馈网络F如果Xf=Xid.可在输出端继续维持原有的输出信号正反馈工作原理由.及知电路产生自激振荡的平衡条件为 输入Xid.反馈Xf=FXo.输出Xo= AXid.放大环节A正反馈网络F如果Xf=Xid.（1）幅度平衡条件 （2）相位平衡条件 上式

2、可分解为式中一个振荡器，只在振荡频率f0时满足相位平衡的条件。平衡条件讨论a. 相位平衡条件在电路中应包含选频网络放大环节A正反馈网络F.Xf.Xid.Xo若 则电路减幅振荡，最后停振荡。若 ，电路增幅振荡。b. 幅度平衡条件AF=1维持等幅振荡的唯一条件放大环节A正反馈网络F.Xf.Xid.Xo2振荡的建立与稳定 振荡电路的起振条件AF 1AF 1放大电路中还应包含稳幅环节AF=1只能维持振荡，但不能建立振荡AF 1将使输出幅值越来越大，出现非线性失真。A反馈特性幅度特性F太小自激振荡电路的建立过程（线性反馈）幅度特性B幅度特性非线性反馈非线性反馈AF=1AF 1起振维持振荡自激振荡电路的建

3、立过程3正弦波信号发生器组成放大环节正反馈网络选频网络稳幅环节组成4. 正弦波信号发生器的分类 根据选频网络所用元件分RC型振荡器LC型振荡器晶体振荡器1文氏电桥振荡器文氏电桥振荡电路移相式振荡电路主要类型双T网络式振荡电路选频网络反馈网络放大电路 RC型正弦波信号发生器UoRRCCAR1R2+2RC串并联网络的选频特性图中选频网络选频网络Z1Z2RRCCUoUf+UoRRCCAR1R2+反馈系数Z1Z2RRCCUoUf+令由此可得 F 的幅频特性与相频特性即幅频特性当0时，F0当时,F0当=0时,F=Fmax=1/3f031/ Ff0幅频特性曲线相频特性当0时，F 90当时, F 90当=0

4、时, F 00jff0相频特性曲线f031/ Ff0幅频特性曲线F =0，且反馈最强可见，当=0时3工作原理 （1）当f= 时 （3）振荡频率与同相位UoUf 的幅值最大Uf=/3UoUf即（2）当 时，满足振荡条件UoRRCCAR1R2+4稳幅措施 RRCCARWD1D2R1Uo+(1) 利用二极管稳幅Rt为负温度系数的热敏电阻RRCCARWUoRt+（2）利用非线性热敏电阻稳幅a. 用LC并联谐振回路作为选频网络。 LC型正弦波信号发生器b. 主要用来产生1MHZ以上的高频信号。主要特点:c. 频率稳定性好。按照反馈方式变压器反馈式电感三点式电容三点式LC型正弦波信号发生器类型1LC并联谐

5、振回路RCLZ+0|Z|ff00jff0Q大Q小Q大Q小阻抗频率特性相频特性(1) 谐振频率 (2) 谐振时的等值电阻R0 (3) 电路的品质因数RCLZ+2选频放大电路 当f = f0（ LC并联谐振频率）时（1）输出电压幅值最大。（2）输出与输入电压反相。工作原理放大电路只对谐振频率f0的信号有放大作用LC并联谐振电路C+LT+3变压器反馈式LC振荡电路 +T+N1N2N3正反馈的判断(1) 相位条件判断的方法瞬时极性法判断的步骤b. 断开反馈回路a. 假设谐振回路发生谐振+T+N1N2N3c. 加入瞬时极性为输入电压Ui+T+N1N2N3d. 输出电压Uo极性为UiUoe. 反馈电压极性

6、Uf为f.判断是否满足相位平衡条件构成正反馈满足相位平衡条件+T+N1N2N3UfUiUo（2） 起振条件因为合理地选择电路参数，及变压器的变比，可使AF1,满足起振条件。+T+N1N2N3(3) 振荡频率LL(4) 电路的特点a.调节N2方便，起振容易。+T+N1N2N3g.受变压器分布参数的限制，振荡频率不能很高。b. 振荡频率高c. 电路的品质因数高e. 频率稳定性高d. 输出波形好f. 体积、重量大+T+N1N2N34电感三点式正弦振荡电路 C+T+N2N1L1L2TL1RB1/RB2L2C振荡电路的交流通路C+T+N2N1L1L2TL1L2C忽略RB1/RB2简化的交流通路TL1RB

7、1/RB2L2C(1) 相位平衡条件的判断b. 断开反馈回路a. 假设谐振回路发生谐振TL1L2CUiUo相量图Uod. 输出电压Uo极性为c. 加入瞬时极性为输入电压UiTL1L2CUiUo相量图ICLUff. 电压Uf超前ICL90ICLUfUf与Ui同相，满足相位平衡条件UoTe. 电流ICL超前Uo90L1L2CTL1L2CUoICLUf(2) 幅度条件Uf来自L2，改变电感中间抽头位置，调整反馈强弱，容易满足幅度条件。M为线圈L1与L2之间的互感 (3) 谐振频率式中TL1L2C(4) 电路特点a. 线圈的三个端子分别与T的三个电极B、C、E相连接，故称之为电感三点式振荡电路。 b.

8、 容易起振。c. 输出波形中含有高次谐波，波形较差。UfTL1L2C（5） 电容三点式正弦波振荡电路 +T+L+T+LTL交流通路TL简化的交流通路TLb. 断开反馈回路a. 假设谐振回路发生谐振(1) 相位平衡条件的判断TLc. 加入瞬时极性为输入电压Ui相量图UiUoTLUod. 输出电压 Uo极性为UiUoICLILCf. 电压Uf滞后ICL90UfUf与Uf同相，满足相位平衡条件e. 电流ILC滞后Uo90相量图UfTLUo(2) 幅度条件Uf来自C2， 改变C2的大小，调整反馈强弱，容易满足幅度条件。UfTL(3) 谐振频率TL(4) 电路特点a. 电容器的三个端子分别与T的三个电极

9、相连接，故称之为电容三点式振荡电路。 b. 容易起振。c. 输出波形中高次谐波少，波形好。d. 改变电容C2时，容易停振。TL改进的电容三点式振荡电路谐振频率L+T+1. 石英晶体的基本特性（1） 各向异性（2） 具有压电效应 在晶片的两侧施加压力，又会产生电场。在晶片的两面之间加电场，就会产生机械变形。 晶体振荡器压电效应： 当交变电压的频率等于晶片的固有机械振动频率时，振幅急剧增加，这种现象称为压电谐振。 当在晶片的两电极之间加交变电压时，晶片就会产生机械变形振动。压电谐振石英晶体谐振器的结构适当地切片涂上银层涂上银层引出两个电极引出两个电极加装上外壳电路符号（2）等效电路和谐振频率R 等

10、效晶片振动时内部的摩擦损耗等效电路C0 两金属电极间构成的静电电容L 等效晶片振动时的惯性C 等效晶片振动时的弹性RCLC0电路特点：a. L很大，C和R很小b . Q很高，达104106c. 频率稳定度（f /f0）很高。 三种振荡电路的频率稳定度：RC振荡器： 10-2LC振荡: 10-3 10-4石英晶体振荡： 10-910-11RCLC0当忽略R时，电抗XRCLC0X串联谐振频率 当ffs时，Xfs时，X0, 电路呈感性a. 当1-2LC=0时， X=0RCLC0X电路发生串联谐振并联谐振频率RCLC0XX=b. 当j (C0+C2LCC0 ) = 0时电路发生并联谐振由于CC0故RC

11、LC0X电抗频率特性fX0感性容性fsfp当时，当时，由式知RCLC0Xa. 当 fsffp 时，电路呈感性。b.当 ffp 时，电路呈容性。可见:电抗频率特性fX0感性容性fsfp2石英晶体振荡电路 （1）并联型晶体振荡器 并 联晶体呈感性谐振频率T+C1C2RCRE+VCCRB1RB2CB交流等效电路CTRLREC1C2C0RCT+C1C2RCRE+VCCRB1RB2CB谐振频率式中由于故CTRLREC1C2C0RC（2）串联型晶体振荡器谐振频率CBC+R+T1T2RE2RC1RB1RB2uo+VCCRE1+思 考 题1. 如果在正弦波发生器中，没有选频网络或稳幅环节，那么电路将会出现什么

12、情况？2. 电容三点式和电感三点式正弦波振荡电路相比，哪个电路输出的波形更好，为什么？ 非正弦信号发生器主要特点： 振荡条件比较简单，只要反馈信号能使比较电路状态发生变化，即能产生周期性的振荡。 非正弦信号发生器的主要组成：（1）具有开关特性的器件（如电压比较器、BJT等）（2）反馈网络（3）延时环节主要作用：产生高、低电平。主要作用：将输出电压适当地反馈给开关器件使之改变输出状态。主要作用：实现延时，以获得所需要的振荡频率。 方波发生器 1. 电路组成RAURCR1R2R3uOUZDZu+uuC+延迟环节迟滞比较器RAURCR1R2R3uOUZDZu+uuC+2 工作原理设t=0 时uC(0

13、+)=0 uO=+Uz则=+FUzRAURCR1R2R3uOUZDZu+uuC+uC按指数规律上升a. 当t0时电容C充电uOuC0tuO, uC+UZ-UZ- FUZ+ FUZicuO、uC波形图 uO=+UzRAURCR1R2R3uOUZDZu+uuC+b. 当uCFUZ 时uOuCUR=-FUz uO=-Uz- FUZ+ FUZ0tuO, uC+UZ-UZuO、uC波形图icRAURCR1R2R3uOUZDZu+uuC+c. 当uO=-Uz时UR=-FUzuOuC0tuO, uC+UZ-UZ- FUZ+ FUZuO、uC波形图uC按指数规律下降电容C放电icRAURCR1R2R3uOUZ

14、DZu+uuC+d. 当uC R，输出波形具有什么特点？答：如果电阻R+ R，那么，电容C的充电时间将大于放电时间，输出波形的占空比增大。AURCR1R2R3uOUZDZu+uuC+R+R-D1D2 三角波和锯齿波发生器1电路组成迟滞比较器积分器uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+图中2工作原理 uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+(1) 当 时输出电压电容 C充电uO随时间线性下降设uC(0+)=0波形图tuO , uO10uO1uOUZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+(2) 当 时令得波形图tuO , uO10uO1uOUZ-UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZ

15、B+(3) 当 uB0时tuO , uO10uO1uOUZ-UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+uO输出三角波uO1输出方波tuO , uO10uO1uOUZ-UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+(1） 输出电压幅值2. 主要指标(a) 三角波幅值(b) 方波幅值tuO , uO10uO1uOUZ-UZ（2） 振荡频率三角波从零上升到UOm的时间T/4。由图可知uO1t+UZ0uO0+Uomt-Uom-UZ而故电路的振荡周期振荡频率R+R-D1D2uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+如果用图(a)示电路替代图(b)示电路的电阻R，那么输出电压uo的波形有何特点？(a)

16、(b)答：三角波两边斜率不同，即三角波变成为锯齿波。t0u替代RuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+R+R-D1D22、在上图示电路中，如果电阻R+ R，画出输出信号的波形。 压控振荡器原理图uO=+UZ时，开关S接通+UuO=-UZ时，开关S接通UuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+-U+US(1) 工作原理图中uO1RCA2A1R1R2R3uODZB+-U+US(a) 当 时U通过R向 C充电S 接电源 +UuO1随时间线性下降设uC(0-)=0+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+-U+US(b) 当 uB0 时电容 反向充电开关 S 接 UuO1随时间线性上升uO

17、1RCA2A1R1R2R3uODZB+-U+US(c) 当 uB 0 时电容 又正向充电S又接UCuO1又随时间线性下降+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+-U+USuO输出方波uOuO1输出三角波C+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+-U+US(2) 振荡波形图(3) 振荡频率tt0uO0+UZt1t2-UZuO1t1t2振荡波形图而由波形图知当时故由得f0U，实现了电压控制振荡频率的目的一种压控振荡电路电子模拟开关UD1RFuO3RRD2uO1RA2A1R1R3uODZ+A3+A4+uO4CR2例1 电路如图所示，图中运放A和二极管D1、D2都是理想器件,稳压管DZ

18、的稳压值为UZ。试证明调节电位器RW改变矩形波占空比时，周期T将保持不变。A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuC练习题解 由题意，画出uO和uC的波形图。其中波形图A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuCT1T2TUZ-UZUF-UFtuOuC0uO，uC当uO=UZ时，uO通过D1对电容充电当uO=-UZ时，电容通过D2 放电 可见，在改变RW滑动端位置时，T保持不变。 振荡周期 为常数 A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuC例2 在图所示矩形波发生电路中，理想运放的最大输出电压Uomax=12V，最小的输出电压Uomin=0V 。uOCA+R4

19、R5100kW+15V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+uCUR（a）画出输出电压uO和电容电压uC的波形；（b）求出uC的最大值和最小值;（c）当UR的大小超出什么范围时，电路将不再产生矩形波？解（a）方波发生器的输出电压只有高、低两种电平，电容C随输出电压的极性进行充电或放电。当uC大于运放同相端电位u+时，输出为低电平；反之，输出为高电平。uOCA+R4R5100kW+15V100kWmF100kW100kW100kWR1R3R2+uCURt015012uO/VuC/Vt输出电压uO和电容电压uC的波形图uOCA+R4R5100kW+15V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+uCUR（b）由图可知，运放同相端电位的最大值和最小值，即为uC的最大值和最小值。 对于运放同相端，由KCL得当时当时uOCA+R4R5100kW+15V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+uCUR（c）如果UcmaxU+mim，电路不能产生方波。 UCm