模电部分第9章(潘)信号发生器课件

第九章信号产生电路概述1正弦波振荡器的振荡条件2RC正弦波振荡电路3LC正弦波振荡电路RC串并联选频网络的选频特性电路的构成振荡的建立与稳定、振荡频率与调整LC选频放大电路变压器反馈LC振荡器三点式LC振荡电路石英晶体振荡电路4非正弦信号产生电路比较器方波产生电路信号产生电路概述常用的正弦波振荡器：LC振荡电路:输出功率大、频率高。RC振荡电路:输出功率小、频率低。石英晶体振荡电路：频率稳定度高。

应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。

放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号（又称振荡器）。输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。

正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。

信号发生器从波形上分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器（方波、锯齿波、三角波等）。信号发生器：振荡波形：正弦波振荡器：§9、1正弦波振荡器的振荡条件AF=a+f=2n振荡条件幅度平衡条件

相位平衡条件n=0,1,2．．．

仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。§9.2RC正弦波振荡电路电路原理(1)

电路的构成

RC串并联网络是正反馈网络，Rf和R1为负反馈网络。

RC串并联网络与Rf、R1负反馈支路正好构成一个桥路，称为桥式。（2）RC串并联选频网络的选频特性令ω0=1/RC反馈系数ω=ω0=1/RC或f=f0=1/2πRCFVmax=1/3RC串并联网络的频率特性曲线

当f=f0时的反馈系数FVmax=1/3。此时的相角f=0。改变RC可调节谐振频率(4)振荡频率与振荡波形

因为A

=

0，而仅在f

0处F=

0，满足相位平衡条件，所以振荡频率f

0=12RC。改变R、C可改变振荡频率RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。振荡频率由相位平衡条件决定。振荡频率为单一频率f

0，故振荡波形是正弦波(5)

稳幅措施

振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R1实现的。R1是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R1上所加的电压升高，即温度升高，R1的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在Rf的位置。++∞RFRCC–uO–+SSR1R2R3R3R2R1改变开关K的位置可改变选频网络的电阻，实现频率粗调；改变电容C的大小可实现频率的细调。振荡频率振荡频率的调整：⑵.估算输出电压V0m(设VD=0.6V)II1⑶.若R2短路时(4).若R2开路时，输出电压V0的波形AV<3，电路停振，输出电压V0的波形为9.3LC正弦波振荡电路

LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。1.LC并联谐振电路通常R«ωL谐振时：谐振频率：9.3.1LC选频放大电路2.选频放大电路：9.3.2变压器反馈LC振荡器

LC并联谐振电路作为三极管的负载，反馈线圈L2与电感线圈Ｌ相耦合,将反馈信号送入三极管的输入回路。若交换反馈线圈的两个线头，可使反馈极性发生变化。若调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，使正反馈的幅度条件得以满足。9.3.3三点式LC振荡电路1.电感三点式振荡电路放大电路选频电路反馈网络+UCCC1RB1RB2RECEL1CL2RC反馈电压取自L2电路构成：UoUf选频电路：L1、L2、C产生谐振1.电感三点式振荡电路分析正反馈+UCCC1RB1RB2RECEL1CL2RC－－振荡频率：

通常改变电容C来调节振荡频率。振荡频率一般在几十MHz以下。相位条件的满足：幅值条件的满足：因AV较大，适当选择L1和L2即可反相2.电容三点式振荡电路正反馈放大电路反馈网络－－振荡频率

通常再与线圈串联一个较小的可变电容来调节振荡频率。反馈电压取自C2+UCCC1RB1RB2RECEC1LC2RC反相振荡频率可达100MHz以上。选频电路与前面分析相同，C1和C2的电压反相例：试判断三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。两个电路都满足相位平衡条件。②符号及等效电路等效电路符号石英晶体的品质因数很高静态电容:C0机械振荡惯性：L晶片弹性：C品质因数损耗：R数百欧小③石英晶体谐振频率（固有频率）

电抗-频率响应特性等效电路1.当R、L、C支路发生串联谐振时，串联谐振频率为：2.当R、L、C支路与C0发生并联谐振时，并联谐振频率为：石英晶体的振荡频率的微调加入微调电容CS，微调串联谐振频率§9.4非正弦信号产生电路集成运放的非线性应用运算放大器开环应用时的分析方法：当uP>UN时,uo=+Uom当uP<UN时,uo=-Uom

++uouiURuoui0+Uom-UomURUR为参考电压当ui>UR时,uo=+Uom当ui<UR时,uo=-Uom

特点:运放处于开环状态9.4.1比较器一、单门限电压比较器++uouiURuoui0+Uom-UomUR当ui<UR时,uo=+Uom当ui>UR时,uo=-Uom

若ui从反相端输入uoui0+UOM-UOM++uoui过零比较器:当UR=0时++uouiuoui0+UOM-UOM++uouituituo+Uom-Uom例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。电压比较器应用举例：vivovo1⑴电路分析：⑵传输特性：⑶输入输出波形1.迟滞比较器(下行)特点:电路中使用正反馈,运放处于非线性状态1、因为有正反馈，所以输出饱和。2、当uo正饱和时(uo=+UOM)：+om211PUURRRUT=+=3、当uo负饱和时(uo=-UOM)：-om211PUURRRUT=+-=－++uoRR2R1uiU+二、迟滞比较器－++uoRR2R1uiU+迟滞比较器(续)uoui0+Uom-UomUT+UT-设ui,当ui=<UT-,

uo从-UOM+UOM这时,uo=-UOM,U+=U+L设初始值:

uo=+UOM,UP=UT+设ui,当ui=>UT+,

uo从+UOM-UOM传输特性uoui0+Uom-UomUT+UT-UT+上门限电压UT-下门限电压UT+-UT-称为回差om211URRR+=+UTom211URRR+=--UTtuiUT+UT-tuoUom-Uom例:设输入为正弦波,画出输出的波形。－++uoRR2R1uiUP加上参考电压后的迟滞比较器(下行)：－++uoRR2R1uiUR上下限：uoui0UT+UT-传输特性+UOM-UOM例题：R1=10k，R2=20k，UOM=12V，UR=9V当输入ui为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。uoui0UT+UT-－++uoRR2R1uiUR传输特性上下限：=10V=2V2V10Vuiuo+UOM-UOMuoui0102传输特性+UOM-UOM－++uoRR2R1uiUR－++uoRR2R1uiURuoui0UT+UT-－++uoRR2R1uiU+uoui0+Uom-UomUT+UT-迟滞比较器两种电路传输特性的比较:1.电路结构迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的输入端。上下限:－++RfR2R1Cucuo9.4.2方波发生器2.工作原理：(1)设uo

=

+UOM,此时，输出给C充电,uc

则：u+=U+H－++RR1R2C+ucuo0tuoUOM-UOMucU+H0t一旦uc>U+H

,就有u->u+,在uc<U+H时，u-

<u+,uo

立即由＋UOM

变成－UOM

,设uC初始值uC(0+)=0方波发生器uo保持+UOM不变UOM此时，C

经输出端放电,再反向充电(2)当uo

=

-UOM时，u+=U+Luc达到U+L时，uo上翻－++RR1R2C+ucuoU+HuctU+L当uo

重新回到＋UOM

以后，电路又进入另一个周期性的变化。-UOM0U+HuctU+LUOMuo0t-UOMT周期与频率的计算：－++RR1R2C+ucuof=1/T此期间是分析问题时的假设,实际上用示波器观察波形时看不到这段波形.周期与频率的计算：－++RR1R2C+ucuo0U+HuctU+L+UOM-UOMT1T2TT=T1+T2=2T2，因正反向充电条件一样T1=T2。uc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e,=RC-tT2阶段uc(t)的过渡过程方程为:0U+HuctU+L+UOM-UOMT1T2Tuc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e,=RC-tUC(0+)=UC()=+UOMt=T2时,uc(t=T2)=周期与频率的计算：)21ln(21RRRCT2+=思考题：点b是电位器RW

的中点，点a和点c是b的上方和下方的某点。