模拟电子技术第八章课件

8.1正弦波信号发生器第8章信号发生器

信号发生器：不需要输入控制信号就能产生周期性的波形输出。按照所产生波形的特点：分为正弦波和非正弦波两种信号发生器。正弦波信号发生器是按自激振荡原理构成的，常称为振荡器。信号发生器在测量，控制，通讯和广播电视系统中得到了广泛应用。1．产生正弦波自激振荡的平衡条件正反馈网络放大环节.fX.idX.oXA·F·8.1.1正弦波自激振荡的基本原理正反馈网络放大环节.fX.idX.oXA·F·可在输出端继续维持原有的输出信号

当.fX.idX=

时

一个正弦波振荡器，只可能在一个频率（即振荡频率f0）下满足相位平衡的条件。正反馈网络放大环节.fX.idX.oXA·F·

因此，在反馈环路中应包含一个具有选频特性的网络，简称选频网络。若AF<1，则电路的输出将愈来愈小，最后停振，称为减幅振荡。若AF>1，电路输出愈来愈大，称为增幅振荡。可见维持等幅振荡（或振荡电路已进入稳态）的唯一条件是AF=1。正反馈网络放大环节.fX.idX.oXA·F·2．振荡的建立与稳定

振荡电路的起振条件：放大电路中有一定的干扰和噪声存在，经过选频网络将其中频率为f0的分量选出后，由于其幅值较小，必须使AF>1，才能建立起稳定的振荡。自激振荡电路的起振过程3．正弦波信号发生器的电路组成（1）放大环节：为了从幅度很小的扰动逐渐建立和维护振荡。（3）正反馈网络：为了满足建立和维持正弦波振荡的相位条件。（2）选频网络：为了从干扰和噪声等频域极宽的扰动信号中，产生所需的单一频率的正弦波振荡输出。（4）稳幅环节：保证振荡器由建立到稳定。4.正弦波信号发生器的分类（1）RC型正弦波信号发生器用来产生1MHz以下的低频信号（2）LC型正弦波信号发生器用来产生1MHz以上的高频信号（3）晶体振荡器用来产生高频率稳定度的高频信号2．RC串并联网络的选频特性RRCCUo·Uf·Z1Z2+图中反馈系数令f90-9045-4500fjf031/0fF幅频特性：相频特性：3．工作原理

（2）当时，即可产生振荡。（3）振荡频率RRCCA0R1R2Uo·Uf（1）当f=f0时Uf与Uo

同相位。

Uf的幅值最大。热敏电阻稳幅的文氏电桥振荡电路RRCC0ARWUo·RtRt为负温度系数的热敏电阻a.用LC并联谐振回路作为选频网络。

8.1.3LC型正弦波信号发生器

振荡电路按照反馈方式变压器反馈式电感三点式电容三点式LCb.主要用来产生1MHZ以上的高频信号。特点:1．LC并联谐振回路

RCLIs·Ic·IRL·U·s-+(a)f000fZj)(b)(c0ffQ大Q小Q大Q小2．选频放大电路

C++LT+RB1RB2RECEUiUo·CBVCCCc·当f=f0时(1)输出电压幅值最大。(2)输出电压与输入电压反相。放大电路只对谐振频率f0的信号有放大作用，它是构成LC振荡电路的基础。3．变压器反馈式LC振荡电路

C+T+①②③④Ui·Uf·RLVCCCBRB1RB2RECEN1N2N3C+T+①②③④Ui·Uf·RLVCCCBRB1RB2RECEN1N2N3⊕正反馈的判断（1）相位条件C+T+①②③④Ui·Uf·RLVCCCBRB1RB2RECEN1N2N3⊕㊀㊀C+T+①②③④Ui·Uf·RLVCCCBRB1RB2RECEN1N2N3⊕㊀㊀⊕VC+T+①②③④Ui·Uf·RLCCCBRB1RB2RECEN1N2N3⊕㊀㊀⊕⊕a.调节副边线圈的匝数N2，起振容易。变压器反馈式振荡电路的特点：b.由于变压器分布参数的限制，振荡频率不能很高，一般在几千赫兹到几兆赫兹。4．电感三点式正弦振荡电路

C+T+①②③Ui·CBRB1RB2RECEVCCL1L2N2N1电感线圈的三个端子分别与三极管的三个电极B、C、E相连接，因此称为电感三点式振荡电路。TCBCEL1L2UiUoUf···C+T+①②③Ui·CBRB1RB2RECEVCCL1L2N2N1简化的交流通路相位平衡条件TCBCEL1L2UiUoUf····Ic⊕㊀·Ui·Uo·Ic·UfM为线圈L1与L2之间的互感。

谐振频率（5）电容三点式正弦波振荡电路

+T+LCBUf·Ui·Uo·RB1RB2RCRECEC1C2VCCTLUf·Uo1C2C·Ui·IL·+T+LCBUf·Ui·Uo·RB1RB2RCRECEC1C2VCC简化的交流通路相位平衡条件·Ui·Uo·IL·UfTLUf·Uo1C2C·Ui·IL·谐振频率TLCRB1RB2RcRECEC1C2CBVCC电容三点式改进电路1.石英晶体的基本特性8.1.4晶体振荡器电路符号

将一块石英晶体以一定方位角切成晶片，在晶片的两面涂上银层作为两个电极，焊上引线固定在引脚上，再加装上外壳就构成了石英晶体谐振器。

RQ（1）压电效应

若在晶片的两侧施加机械压力，又会在相应的方向产生电场，这种物理现象称为压电效应。

当在晶片的两个电极之间加上电场时，晶片就会产生机械变形；

如果外加交变电压的频率等于晶片的固有机械振动频率时，机械振动的振幅急剧增加，晶体的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，同时晶片的机械变形振动又会产生交变电场。RQRCLC0（2）等效电路和谐振频率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R——等效晶片振动时内部的摩擦损耗等效电路

RCLC0振荡电路特点：a.晶片L很大，C和R很小b.Q可达104～106c.振荡电路的频率稳定度（）很高，可达10-9～10-11数量级。

频率稳定度：RC:10-2;LC:10-3~10-4.RCLC0（2）谐振频率串联谐振频率：并联谐振频率：Xf0sfpf电感性容性容性RCLC0X·当忽略R时，电抗·XRCLC0Xa.当回路发生串联谐振时X=0，得串联谐振频率

b.当回路发生并联谐振时X=∞，得并联谐振频率

由于C<<C0，所以即fS和fP两个谐振频率很接近。根据可作出电抗频率特性

X0电感性容性容性2．石英晶体振荡电路（1）并联型晶体振荡器

TQR+CBRB1RB2C1C2RcREVCC谐振频率CTRLREC1C2RcC0交流电路（2）串联型晶体振荡器CQR+R+T1T2RE2Rc1RB1RB2RE1uoVCCCB谐振频率8.2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）电压比较电路（2）反馈网络（3）延迟环节或积分环节8.2.1方波发生器

RAURCR1R2R3uO±UZDZu+u-ucRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u-uc积分器迟滞比较器RAURCR1R2R3uO±UZDZu+u-uc1工作原理：设t=0时uC=0uo=Uza.t>0时，电容C通过电阻R充电，uC按指数规律上升。uR=R1/(R1+R2)Uz那么此时RAURCR1R2R3uO±UZDZu+u-ucicb.当uC>uR时，uo=-Uz,uR=-R1/(R1+R2)Uz此后，电容C通过电阻R充电，uC按指数规律降低RAURCR1R2R3uO±UZDZu+u-ucic如此周而复始电路的工作波形图T/2T/2根据三要素法2.主要参数计算T/2T/2如果选定时间起点为t2，那么由此得电路的振荡周期T/2T/2当t=T/2时即振荡频率：如果将电容器C的充电和放电回路分开，使充电和放电的时间常数不相等，便可获得矩形波信号。8.2.2三角波和锯齿波发生器A1—迟滞比较器A2—积分器1．电路组成uRCA1A2R1R2R3uoo1DZBuRCA1A2R1R2R3uoo1DZB2．工作原理

图中即uo随时间线性下降uRCA1A2R1R2R3uoo1DZB(1)当时，输出电压电容C充电uRCA1A2R1R2R3uoo1DZB(2)当uB小于零时uo随时间线性上升电容反向充电输出电压uRCA1A2R1R2R3uoo1DZBuo又随时间线性下降.(3)当uB大于零时周而复始,uo输出三角波，uo1输出方波输出波形图tzU+zU-0o1u4Tou0omU+omU-t1）输出电压幅值令得故2.主要指标tzU+zU-0o1u4Tou0omU+omU-t三角波从零上升到UOm所需的时间是振荡周期的1/4，此时uo1=-UZ

2）振荡频率由图可知因而tzU+zU-0o1u4Tou0omU+omU-t由此可得振荡周期故振荡频率如果使电容C的充、放电时间常数不相等，R+R-D1D2R的替代电路t0u锯齿波可产生锯齿波。

RC-U+USR1R2R3A1A2DZuouo1

8.2.3压控振器当uo=+UZ时，开关S接通+U原理图当uo=-UZ时，开关S接通–U1)工作原理图中RC-U+USR1R2R3A1A2DZuouo1Buo1随时间线性下降(a)当时，U通过电阻R向电容C充电RC-U+USR1R2R3A1A2DZuouo1B开关S接电源U(b)当uB小于零时uo1随时间线性上升电容反向充电开关S接–URC-U+USR1R2R3A1A2DZuouo1B周而复始,uo1输出三角波，uo输出方波RC-U+USR1R2R3A1A2DZuouo1BtzU+zU-0ou2To1u0t1t2t1t2tz21URRz21URR-振荡波形图振荡频率振荡频率f0随U成正比的变化，实现了电压控制振荡频率的目的。

RRRCD1D2DZuoR1R2R3RFuo1A1A2A3A4Uuo4uo3一种压控振荡电路

1．正弦波振荡电路由放大器、正反馈网络、选频网络、稳幅环节等四个功能部件组成。产生振荡的幅