8信号产生电路

1、8 信号产生电路8.2 非正弦信号产生电路8.1 正弦信号产生电路 教学基本要求： 1、正弦波振荡电路的起振条件是什么？与负反馈自激振荡条件有无差别？ 2、正弦振荡电路的组成有哪几种？哪些需要采取稳幅措施？振荡频率又是如何确定的？ 3、非正弦信号产生电路的组成及工作原理？武汉大学 电气工程学院YTZ8.1 正弦波振荡电路武汉大学 电气工程学院YTZ正弦波振荡电路是一个未加输入信号的正反馈闭环电路。 开关接端点1时，该电路就是一般的交流放大电路。 若引入 正反馈，即 。当去掉输入信号时，该电路仍能维持输出不变。 8.1.1 正弦波振荡电路的振荡条件和电路组成由正反馈放大电路框图若环路增益则去掉仍

2、有稳定的输出。又振荡条件也可分为：振幅平衡条件相位平衡条件武汉大学 电气工程学院YTZ1、正弦波振荡电路的振荡条件所以振荡条件为：起振条件:2、电路的起振条件和稳幅原理武汉大学 电气工程学院YTZ要输出较大信号则必须进行放大，故 只能保证输出不变。电路刚加电时，并不会马上产生较大的输出信号。受电源电压的限制，持续增大的信号最后将产生失真。随着失真的出现，基本放大电路增益会下降，进而使 。这种利用放大电路自身的非线性达到的稳幅称为内稳幅。2、电路的起振条件和稳幅原理 # 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？电路器件内部噪声以及电源接通扰动为克服这一矛盾，可采用两种应对

3、措施：武汉大学 电气工程学院YTZ 越大越有利于起振，但最后的失真也越严重。若减小失真，则可能造成停振。-矛盾 对于低频信号发生器，常采用非线性元件在信号增大且未失真前，主动降低增益到达稳幅，该方式称为外稳幅。 对于高频信号发生器，常借助高品质因数带通滤波电路进行滤波、消除失真。放大电路（包括负反馈放大电路）3、正弦波振荡电路的组成正反馈网络选频网络（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。） 稳幅电路武汉大学 电气工程学院YTZ8.1.2 RC正弦波振荡电路1. RC桥式振荡电路的组成2. RC串并联选频网络的频率响应3. 振荡的建立与稳定4. RC双T网络式振荡电路武汉大

4、学 电气工程学院YTZ1. 电路组成正反馈网络兼做选频网络RC桥式振荡电路武汉大学 电气工程学院YTZ负反馈放大电路的采样电路兼做稳幅电路反馈系数2. RC串并联选频网络的选频特性幅频响应又且令则相频响应武汉大学 电气工程学院YTZ2. RC串并联选频网络的选频特性当幅频响应有最大值相频响应武汉大学 电气工程学院YTZ3. 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当时，电路可以输出频率为 的正弦波RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波武汉大学 电气工程学院YTZ采用非线性元件4. 稳幅措施热敏元件热敏

5、电阻起振时，即热敏电阻的作用稳幅武汉大学 电气工程学院YTZ采用非线性元件二极管稳幅原理稳幅起振时4. 稳幅措施稳幅环节武汉大学 电气工程学院YTZ采用非线性元件4. 稳幅措施场效应管（JFET）稳幅原理稳幅整流滤波T 压控电阻可变电阻区，斜率随vGS不同而变化武汉大学 电气工程学院YTZ例8.1.1 解：滤波该电路由两部分组成武汉大学 电气工程学院YTZ 根据相位平衡条件判断图示RC振荡电路能否振荡？若不能振荡，如何修改使该电路有可能产生振荡？ 三阶RC高通滤波电路为选频网络，相移范围为：正反馈同相放大电路：00 270故该电路无法产生振荡。 显然无法满足例8.1.1 解：电路修改武汉大学

6、电气工程学院YTZ 根据相位平衡条件判断图示RC振荡电路能否振荡？若不能振荡，如何修改使该电路有可能产生振荡？ 三阶RC高通滤波电路为选频网络，相移范围为：对调运放的输入极性：1800 270显然有个频率可以满足故修改后的电路有可能产生振荡。 8.1.3 LC正弦波振荡电路武汉大学 电气工程学院YTZ等效损耗电阻一般有则当 时，电路谐振。为谐振频率1. LC并联谐振电路1. LC并联谐振电路谐振时阻抗最大，且为纯阻性其中为品质因数即武汉大学 电气工程学院YTZ同时有阻抗频率响应武汉大学 电气工程学院YTZ1. LC并联谐振电路a）幅频响应b）相频响应阻抗频率响应（a）幅频响应 （b）相频响应

7、武汉大学 电气工程学院YTZ1. LC并联谐振电路武汉大学 电气工程学院YTZ2. 变压器反馈式LC振荡电路1） 电路结构2） 相位平衡条件放大电路变压器反馈3） 幅值平衡条件 满足相位平衡条件，电路有可能产生自激振荡。 调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，进而满足 。满足振荡条件，电路产生振荡。 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。4）稳幅5）选频 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。武汉大学 电气工程学院YTZ2. 变压器反馈式LC振荡电路振荡频率与并联LC谐振电路相同，为 仍然由LC并联谐振电路构成

8、选频网络A. 若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。1） 三点式LC并联电路 中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。三点的相位关系B. 若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。武汉大学 电气工程学院YTZ3. 三点式LC振荡电路1） 分压反馈式振荡电路武汉大学 电气工程学院YTZ3. 三点式LC振荡电路（a）电容反馈式振荡器 （b）电感反馈式振荡器2） 电感三点式振荡电路武汉大学 电气工程学院YTZ3. 三点式LC振荡电路 3） 电容三点式振荡电路武汉大学 电气工程学院YTZ3. 三点式LC振荡电路8.1.4 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

9、稳定度一般由 来衡量频率偏移量。振荡频率。LC振荡电路 Q 数百石英晶体振荡电路 Q 10000 500000武汉大学 电气工程学院YTZ2. 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。压电谐振武汉大学 电气工程学院YTZ等效电路A. 串联谐振特性 晶体等效阻抗为纯阻性B. 并联谐振通常所以2. 石英晶体的基本特性与等效电路（a）代表符号 （b）电路模型 （c）电抗-频率响应特性 武汉大学 电气工程学院YTZ2. 石英晶体的基本特性与等效电

10、路实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为由于由此看出调整武汉大学 电气工程学院YTZ3. 石英晶体振荡电路武汉大学 电气工程学院YTZ电路的振荡频率在的范围内，石英晶体呈现电感特性。 电路振荡频率由石英晶体与Cs的谐振频率决定 谐振频率近似为8.2 非正弦波发生电路矩形波三角波锯齿波尖顶波阶梯波矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。常见的非正弦波：武汉大学 电气工程学院YTZ1. 电路组成（多谐振荡电路）8.2.1 方波产生电路双门限迟滞比较器2. 工作原理 由于迟滞比较器中正反馈的作用，电源接通后瞬间，输出便进入饱和状态。正反馈系数：武汉大学 电气工程学院YTZ负反馈积分支路上、

11、下门限电压：稳压管双向限幅2. 工作原理假设为正向饱和状态武汉大学 电气工程学院YTZ输出高、低电平：根据电路三要素公式 通常将矩形波为高电平的持续时间与振荡周期的比定义为占空比。 3、占空比可调电路武汉大学 电气工程学院YTZ 正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。3、占空比可调电路为了占空比调节范围大，R3应如何取值？武汉大学 电气工程学院YTZ充、放电时间常数： 占空比为：8.2.2 三角波发生电路 1、电路组成 用积分运算电路可将方波变为三角波。两个RC环节实际电路将两个RC 环节合二而一为什么采用同相输入的滞回比较器？uO要取代uC，必须改变输入端。武汉大学 电气工程学院YT

12、Z2、工作原理迟滞比较器积分运算电路 UOH 、 UOL ， UTH， uI过UTH时曲线的跃变方向。武汉大学 电气工程学院YTZ求滞回比较器的电压传输特性：武汉大学 电气工程学院YTZ2、工作原理电路状态翻转时，uP1=? 合闸通电，通常C 上电压为0。设uO1 uP1 uO1，直至uO1 UZ（第一暂态）；积分电路反向积分，t uO，一旦uO过 UTH- ，uO1从 UZ跃变为 UZ （第二暂态） 。 武汉大学 电气工程学院YTZ2、工作原理 积分电路正向积分，t uO， 一旦uO过UTH+ ， uO1从 -UZ跃变为UZ ,返回第一暂态。 重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。 武汉大

13、学 电气工程学院YTZ2、工作原理振荡周期T：如何调整三角波的幅值和频率？ 通过R3或C可单独对周期和频率进行调整。 同时通过R2和R3可单独对幅值进行调整。8.2.3 锯齿波发生电路武汉大学 电气工程学院YTZ1、R3应大些？小些？充、放电时间常数：8.2.3 锯齿波发生电路2、RW的滑动端在最上端和最下端时的波形？T3、R3短路时的波形？武汉大学 电气工程学院YTZ8.2.4 波形变换电路1、利用基本电路实现波形变换 正弦波变方波、变矩形波，方波变三角波， 三角波变方波，固定频率的三角波变正弦波如何得到？利用电子开关改变比例系数2、三角波变锯齿波：二倍频武汉大学 电气工程学院YTZ3、三角

14、波变正弦波若输入信号的频率变化不大，则可用滤波法实现。范围是什么？若输入信号的频率变化不大，则可用折线法实现。 三角波用傅立叶级数展开，除基波外，还含有3次、5次谐波。武汉大学 电气工程学院YTZ讨论一已知uO1和uO2的峰-峰值均为12V，二极管为理想二极管。1、求出稳压管的稳压值UZ和R4的阻值；2、定性画出uO1、uO2的波形图；武汉大学 电气工程学院YTZ本章小结武汉大学 电气工程学院YTZ 2正弦波振荡电路主要有RC型和LC型两大类，它们的基本组成包括：可进行正常工作的放大电路，能满足相位平衡条件的反馈网络，其中或兼有选频特性。而石英晶体振荡器是LC振荡电路的一种特殊形式。由于晶体的等