第8章信号发生电路

第8章信号发生电路8.1引言8.2正弦波振荡电路组成及振荡条件8.3RC正弦波振荡电路8.4LC正弦波振荡电路8.5非正弦波发生电路8.6函数发生器1.产生正弦波振荡的条件是什么？如何判断一个电路能否产生正弦波振荡？2.正弦波振荡电路有哪几种？各有什么优缺点？3.石英晶体有几个谐振频率？石英晶体正弦波振荡电路有哪几种形式？4.如何构成矩形波、三角波和锯齿波发生电路？如何确定其信号的幅度和频率？8.1引言8.2正弦波振荡电路组成及振荡条件~放大电路反馈网络如果反馈电压uf与原输入信号ui完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号——自激振荡。(电路要引入正反馈)正弦波振荡电路的方框图由此知放大电路产生自激振荡的条件是：即：所以产生正弦波振荡的条件是：——幅度平衡条件——相位平衡条件电路起振的条件：组成：放大电路：集成运放选频网络：确定电路的振荡频率反馈网络：引入正反馈稳幅环节：非线性环节，使输出信号幅值稳定分类：RC正弦波振荡电路，频率较低，在1MHz以下。LC正弦波振荡电路，频率较高，在1MHz以上。石英晶体振荡电路，频率较高，振荡频率非常稳定。8.3RC正弦波振荡电路RC串并联网络振荡电路也称RC桥式正弦波振荡电路或称文氏振荡电路(Wien)1.电路组成放大电路——集成运放A；选频与正反馈网络——R、C串并联电路；稳幅环节——RF与R组成的负反馈电路。2.RC串并联网络的选频特性Z1Z2取R1=R2=R，C1=C2=C，令

则：得RC串并联电路的幅频特性为：相频特性为：最大，F=0。0F01/3+90º-90º3.振荡的建立与稳定振荡频率起振条件f=f0时，由振荡条件知：所以起振条件为：同相比例运放的电压放大倍数为即要求：4.稳幅电路引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。反馈系数改变RF，可改变反馈深度。增加负反馈深度，并且满足则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。反馈电阻RF采用负温度系数的热敏电阻，采用正温度系数的热敏电阻，均可实现自动稳幅。稳幅的其它措施电流增大时，二极管动态电阻减小。电流减小时，动态电阻增大，加大非线性环节，从而使输出电压稳定。在RF回路中串联二个并联的二极管利用二极管作为非线性环节5.判断电路能否产生正弦波振荡的方法检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分；检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作；分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件判断相位平衡条件的方法是：瞬时极性法。估算振荡频率和起振条件判断是否满足振幅平衡条件。8.4LC正弦波振荡电路8.4.1LC并联谐振回路的频率特性当频率变化时，并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。并联电路的导纳：当电路发生并联谐振。并联谐振角频率令：——谐振回路的品质因数当Q

>>1时谐振频率：回路等效阻抗：2.谐振阻抗：发生并联谐振时，在谐振频率附近，可见，Q值不同，回路的阻抗不同。不同Q值时，LC并联电路的幅频特性：Z01Z02Q1

>Q2Q1Q2相频特性：F+90º-90ºQ1Q2Q1

>Q2感性纯阻容性结论：当f=f0时，电路为纯电阻性，等效阻抗最大；当f

<

f0时，电路为感性；当f

>

f0时，电路为容性。所以LC并联电路具有选频特性。电路的品质因数Q愈大，选频特性愈好。8.4.2变压器反馈式振荡电路用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。-振荡频率起振条件变压器反馈式振荡电路8.4.3三点式LC正弦波振荡电路用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。---振荡频率起振条件1.电感三点式正弦波振荡电路用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。振荡频率起振条件----2.电容三点式正弦波振荡电路电容三点式改进型振荡电路振荡频率选择C<<C1，C<<C2，则：减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于产生高频振荡。名称变压器反馈式电感反馈式电容反馈式电容反馈式改进型电路形式振荡频率起振条件同左频率调节方法及范围频率可调，范围较宽。同左频率可调，范围较小。同左振荡波形一般较差好好频率稳定度可达10-4同左可达10-4~10-5可达10-5适用频率几千赫~几十兆赫同左几兆赫~一百兆赫同左各种LC振荡电路的比较8.4.4石英晶体正弦波振荡电路石英晶体谐振器，简称石英晶体，具有非常稳定的固有频率。1.石英晶体的特性及等效电路

压电效应：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产生机械变形；若在晶片上施加机械压力，在晶片相应的方向上会产生一定的电场。

压电谐振：晶片上外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅突然增加。符号：串联谐振频率并联谐振频率电抗频率特性OfXfsfp容性容性感性图8.1.28（1）串联型石英晶体振荡电路串联型石英晶体振荡电路当振荡频率等于fS时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。振荡频率调节R可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。2.石英晶体正弦波振荡电路（2）并联型石英晶体正弦波振荡电路交流等效电路振荡频率由于8.5非正弦波发生电路非正弦波：矩形波、三角波、尖顶波和阶梯波等几种常见的非正弦波8.5.1矩形波发生电路1.电路组成RC充放电回路滞回比较器滞回比较器：集成运放、R1、R2；充放电回路：R、C；（延迟环节、反馈网络）钳位电路：VDZ、R3。（稳幅环节）2.工作原理设t=0时，uC=

0，uO=+UZ则tOuCOuOtu+u-当u-=uC

=u+时，t1t2则当u-=uC

=u+时，输出又一次跳变，uO=+UZ输出跳变，uO=-UZ3.参数分析周期T对于放电，解得：结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。t1t2tOuCOuOtt34.占空比可调的矩形波发生电路使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。tOuCuOtOT1T2T充电时间T1放电时间T2占空比D8.5.2三角波发生电路1.电路组成uO1为方波电路分析uO2为三角波采用波形变换的方法得到三角波2.工作原理当u+=u-

=0时，滞回比较器的输出发生跳变。实用电路左边是同相输入滞回比较器右边为反向积分运算电路R3R4传输特性+UT-UT+UZ-UZuOuIOuO1tOuOt当u+=u-

=0时，滞回比较器的输出发生跳变。R3R4设t=0时，uO1=+UZ

u0=03.参数分析解得三角波的输出幅度当u+=u-

=0时，uO1跳变为-UZ，uO达到最大值Uom。振荡周期调节电路中的R1、

R2、R3阻值和C的容量，可改变振荡频率，调节R1、

R2的阻值，可改变三角波的幅值。8.5.3锯齿波发生电路1.电路组成OuO1tOuOtT1T2T2.参数分析正向积分时间常数远大于反向积分时间常数或者相反。8.6函数发生器函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路；当调节外部电路参数时，还可获得占空比可调的矩形波和锯齿波。8.6.1函数发生器的构成（ICL8038）二个电流源二个同相输入单限比较器RS触发器二个缓冲电路三角波变正弦波电路③

②ICL8038函数发生器原理框图当Q=0，S断开，C充电(IS1)至2/3VCCQ=1当Q=1，S闭合，C放电(IS2

-IS1)至1/3VCCQ=0当IS2

=2IS1，引脚9输出方波，引脚3输出三角波；当IS2

<2IS1，引脚9输出矩形波，引脚3输出锯齿波。1.电路组成及工作原理Qn+1=S+RQn③

②ICL8038函数发生器原理框图2.典型应用12345678ICL803814131211109正弦波失真度调整正弦波失真度调整正弦波输出三角波输出矩形波输出调频偏置电压输入调频偏置电压输出接电阻RA接电阻R