模拟电子技术ppt课件第6章信号产生电路

第6章信号产生电路

模拟电子技术（第三版）高等教育出版社第6章信号产生电路

模拟电子技术高等教育出版社

6.1正弦波振荡电路知识导学教学内容6.1.1

正弦波振荡电路的组成与工作原理6.1.2

RC正弦波振荡电路6.1.3

LC正弦波振荡电路课外拓展6.1正弦波振荡电路知识导学1.为什么正弦波振荡电路中要有选频网络？选频网络可有哪些元件组成？

2.正弦波振荡电路产生振荡的条件是什么？如何判断一个振荡电路是否是正弦波振荡电路？3.非正弦波信号产生电路的组成与正弦波振荡电路有什么不同？知识导学1.为什么正弦波振荡电路中要有选频网络？选频网络可有1.正弦波振荡电路的组成6.1.1正弦波振荡电路的组成与工作原理

组成选频网络放大电路图6.1.1正弦波振荡电路原理框图反馈网络稳幅环节1.正弦波振荡电路的组成6.1.1正弦波振荡电路的组成与工2.正弦波振荡电路的自激振荡5当振荡电路接通电源的瞬间，由于电路各部分突变的电扰动，将使放大电路瞬间产生谐波丰富的输出信号vo，经正反馈、选频网络到输入端，将产生一个单一频率的正弦波自激输入信号vi。然后，经放大、正反馈的往复循环，输出信号vo的幅度不断增大。当输出信号vo的幅度达到一定的量值时，稳幅环节发挥作用，使单一频率的正弦波输出信号vo的幅度自动稳定在一个量值上，达到了平衡平衡，产生、输出了一个额定频率和幅度的正弦波信号，从而实现了自激振荡。6.1.1正弦波振荡电路的组成与工作原理

2.正弦波振荡电路的自激振荡5当振荡电路接通电源的瞬间，由63.自激振荡的平衡条件和起振条件（1）自激振荡的平衡条件AvFv=1

振幅平衡条件

相位平衡条件

（2）自激振荡的起振条件起振相位条件

起振振幅条件

＞1

6.1.1正弦波振荡电路的组成与工作原理

63.自激振荡的平衡条件和起振条件（1）自激振荡的平衡条件6.1.2

RC正弦波振荡电路RC串并联选频网络的反馈系数71.正弦波振荡电路的组成（1）RC串并联选频网络图6.1.2RC串并联选频网络

串并联选频网络的幅频特性

相频特性，

6.1.2RC正弦波振荡电路RC串并联选频网络的反馈系数7

对应的频率特性曲线如图所示。可见，当ω＝ω0时，幅值达到最大值并等于1/3，相位移为0°，输出电压与输入电压同相，所以RC串并联网络具有选频作用。8图6.1.3RC串并联选频网络的频率特性（a）幅频特性（b）相频特性（a）（b）6.1.2

RC正弦波振荡电路对应的频率特性曲线如图所示。可见，当ω＝ω0时，幅值达到9（2）RC桥式正弦波振荡电路，

图6.1.4RC桥式正弦波振荡电路（a）振荡电路（b）等效电路RC串并联选频网络和集成运算放大器组合，构成RC正弦波振荡电路正反馈电路与负反馈电路构成文氏电桥电路RC串并联选频网络构成正反馈，Rf、R1构成负反馈运算放大器的输入端和输出端分别连接在电桥的对角线上，称为文氏电桥振荡电路。6.1.2

RC正弦波振荡电路9（2）RC桥式正弦波振荡电路图6.1.4RC桥式正弦

RC桥式正弦波振荡电路振荡频率

10图6.1.7RC超前移相式正弦波振荡电路

RC移相式正弦波振荡电路具有结构简单、经济方便等优点。但其选频性能较差、频率调节不方便、输出幅度不够稳定、输出波形较差，一般只用于振荡频率固定，稳定性要求不高的场合。6.1.2

RC正弦波振荡电路RC桥式正弦波振荡电路振荡频率10图6.1.7RC超6.1.3

LC正弦波振荡电路111.LC并联谐振回路的频率特性

采用LC谐振回路作为选频网络的振荡电路称为LC振荡电路，它主要用来产生高频正弦波振荡信号，振荡频率一般在1MHz以上。根据反馈形式不同，LC正弦波振荡电路可分为变压器、电感和电容三种反馈式振荡电路。，

图6.1.8LC并联谐振回路（a）谐振回路（b）幅频特性（c）相频特性6.1.3LC正弦波振荡电路111.LC并联谐振回路的频率12

或，

图中，R表示线圈L的等效损耗电阻，由于电容的等效损耗电阻很小而忽略不计。有，并联谐振回路的等效阻抗

一般情况下由于，所以谐振频率

（谐振时，回路的等效阻抗有最大值，为纯电阻性质，为

＜＜6.1.3

LC正弦波振荡电路12或图中，R表示线圈L的等效损耗电阻，由于电容的等效13，

可得并联谐振回路的幅频特性

有，评价回路损耗大小的回路品质因素

相频特性可见，当

=

o时，回路产生谐振，谐振曲线的形状与回路的品质因素Q密切相关。6.1.3

LC正弦波振荡电路13可得并联谐振回路的幅频特性142.变压器反馈式LC振荡电路，

图6.1.9变压器反馈式振荡电路变压器反馈式LC振荡电路，易于起振，波形较好；但由于变压器等电路分布电容的影响，振荡频率较低，一般用于产生一兆赫~十几兆赫的信号，且变压器体积较大、磁路耦合不甚紧密、损耗较大、振荡频率稳定性不高，故使用受到一定的限制。振荡频率6.1.3

LC正弦波振荡电路142.变压器反馈式LC振荡电路图6.1.9变压器反馈153.LC三点式振荡电路一、构成LC振荡器的基本原则二、电容反馈三点式振荡器三、电感反馈三点式振荡器四、两种改进型的电容反馈振荡器6.1.3

LC正弦波振荡电路153.LC三点式振荡电路一、构成LC振荡器的基本原则二、16ILC三点式振荡器1.构成LC振荡器的基本原则三点式振荡电路6.1.3

LC正弦波振荡电路16ILC三点式振荡器1.构成LC振荡器的基本原则三点式17ECL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2C+uce-+u'be

-i电感三点式振荡器电感三点式振荡电路又称哈特来振荡器三极管T构成共发射极放大电路，电感L1、L2和电容C构成正反馈选频网络。谐振回路L1和L2的三个端点1、2、3，分别与晶体管的三个电极相接，反馈信号取自电感线圈L2两端电压，称为电感反馈式振荡电路。6.1.3

LC正弦波振荡电路17ECL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2C++u18L1L2C+uce-+u'be

-i电感三点式振荡器

谐振频率取决于LC并联谐振回路的谐振频率，有

6.1.3

LC正弦波振荡电路18L1L2C++u'be-i电感三点式振荡器19

+u'be-电感三点式振荡器

电感L1、L2间耦合紧密，起振容易，振幅较大；当C可变电容时，可获得调节范围较宽的振荡频率，最高振荡频率可达几十兆赫。由于反馈信号取自电感L2，对高次谐波呈现高阻抗，故输出信号中高次谐波较多，信号波形较差，常用在对信号波形要求不高的设备中，例如高频加热器等。图6.1.10电感三点式振荡电路6.1.3

LC正弦波振荡电路19 +电感三点式振荡器电感L1、L2间耦合20电容反馈三点式振荡器LECRb1Rb2ReCeCbC2C1LcC1C2L+uce-+ube-电容三点式振荡电路也称考皮兹振荡器6.1.3

LC正弦波振荡电路20电容反馈三点式振荡器LECRb1Rb2ReCeCbC2C213.振荡频率：

谐振频率取决于LC并联谐振回路的谐振频率，有

电容三点式振荡电路的反馈信号取自电容C2两端，因为C2对高次谐波呈现较小的容抗，当用C2来调节振荡频率时，会同时改变正反馈量的大小，从而使输出信号幅度发生变化，甚至可能会使振荡电路停振。所以调节这种振荡电路振荡频率很不方便。6.1.3

LC正弦波振荡电路213.振荡频率：谐振频率取决于LC并联谐振回路22①线路简单，易起振。②电容三点式振荡器的频率调节范围一般比电感三点式频率调节范围小。

电感反馈振荡器：反馈系数的改变可通过改变线圈抽头位置实现，但振荡频率比较低，产生振荡波形不如电容三点式振荡器。电容反馈振荡器：反馈系数改变必须改变C1与C2的比值，振荡频率较高，振荡波形较好。电容三点式与电感三点式振荡器各有优缺点6.1.3

LC正弦波振荡电路22①线路简单，易起振。电感反馈振荡器：反馈系数的改变可通23

振荡频率差分对管振荡器为了提高振荡频率的稳定度，常采用改进型电容三点式振荡电路，又称为克拉泼电路。考皮兹电路相比，该电路仅在电感支路中串入了一个容量很小的微调电容C3图6.1.12改进型电容三点式振荡电路此时，谐振回路中的总电容为当C3＜＜

C1、C3＜＜

C2时，C≈C3。所以，这种电路有

改进型电容反馈三点式振荡器6.1.3

LC正弦波振荡电路23振荡频率差分对管振荡器为了提高振荡频率的稳定度24差分对管振荡器

在克拉波振荡电路中，当C3比C1、C2小得多时，振荡频率仅由C3和L决定，而与C1、C2基本无关，C1、C2仅构成正反馈，其容量可以取得较大。由于C1、C2的容量远大于与之并联的晶体管极间电容和杂散电容，从而减小了晶体管极间电容和杂散电容对振荡频率的影响，提高了振荡频率的稳定度。

6.1.3

LC正弦波振荡电路24差分对管振荡器在克拉波振荡电路中，当C3比C1、25

石英晶体因具有压电效应而被用作谐振器。所谓压电效应，是指当机械力作用于石英晶体（晶片），使其发生机械变形时，晶片的对应面上会产生正、负电荷，形成电场；反之，在晶片对应面上加一电场时，石英晶片会发生机械变形。当给石英晶片外加交变电压时，石英晶片将按交变电压的频率发生机械振动，同时机械振动又会在两个电极上产生交变电荷，结果在外电路中形成交变电流。当外加交变电压频率等于石英晶片的固有机械振动频率时，晶片发生共振，此时机械振动幅度最大，晶片两面的电荷量和电路中的交变电流也最大，产生了类似于回路的谐振现象，这种现象称为压电谐振。

4.石英晶体振荡电路6.1.3

LC正弦波振荡电路25石英晶体因具有压电效应而被用作谐振器。所26（1）石英晶体谐振器的阻抗特性

串联谐振频率并联谐振频率图6.1.13石英晶体谐掁器等效电路及阻抗特性（a）电路符号（b）等效电路（c）电抗频率特性6.1.3

LC正弦波振荡电路26（1）石英晶体谐振器的阻抗特性 串27（2）石英晶体正弦波振荡电路

图6.1.14并联型石英晶体振荡电路图6.1.15并联型石英晶体振荡电路串联型石英晶体振荡电路并联型石英晶体振荡电路石英晶体作为一个电感与电容器并联石英晶体作为一个正反馈通路元件，工作在串联谐振状态6.1.3

LC正弦波振荡电路27（2）石英晶体正弦波振荡电路 图6

6.2非正弦波信号产生电路知识导学教学内容6.2.1

电压比较器6.2.2集成函数发生器8038简介课外拓展6.2非正弦波信号产生电路1.

单限电压比较器296.2.1电压比较器

由于集成运放的状态在vI＝0时翻转，故图a所示电路，又称为反相输入过零电压比较器。若vI由同相输入端输入，反相输入端接地，则称为同相输入过零电压比较器。图6.2.1过零电压比较器（a）电路（b）传输特性图中，vI从反相输入端输入，同相输入端接地，即基准电压VREF＝0、电压比较器的单一门限电压为零电平。1.单限电压比较器296.2.1电压比较器由于集成运1.

单限电压比较器30如将基准电压VREF接到集成运放的反相输入端、vI接到同相输入端，如图6.2.2（a）所示，即构成同相输入的单限电压比较器。图6.2.2同相输入单限电压比较器（a）电路（b）传输特性在单限电压比较器中，输入电压vI在门限电压VREF附近有微小变化就会引起输出电压的跃变，因此灵敏度较高；但由于是单门限，故抗干扰能力较差。6.2.1电压比较器

1.单限电压比较器30如将基准电压VREF接到集成运放的反图6.2.3迟滞电压比较器（a）反相型迟滞比较器（b）图（a）的传输特性（c）同相型迟滞比较器及其传输特性2.迟滞电压比较器31在单限电压比较器的基础上引入正反馈，即可构成迟滞电压比较器，也称施密特触发器6.2.1电压比较器

图6.2.3迟滞电压比较器2.迟滞电压比较器31在单限电2.迟滞电压比较器32

输出电压通过R1反馈到同相输入端，形成正反馈；由于vI是由反相输入端输入，基准电压VREF通过R2接到运算放大器的同相端，故又称为反相型（或下行）迟滞电压比较器。

迟滞电压比较器的两个门限电压VT＋和VT－，分别称为上门限电压和下门限电压，两者的差称为门限宽度或回差电压△V，有

由于迟滞特性，当输入电压在VT＋和VT－之间变化时，比较器的输出电压将维持不变，因此迟滞电压比较器具有一定的抗干扰能力。调节R1和R2，可改变△V。△V越大，迟滞电压比较器的抗干扰能力越强，但分辨能力越差。6.2.1电压比较器

2.迟滞电压比较器32输出电压通过R1反馈33例：用一个迟滞电压比较器构成的矩形波信号产生仿真电路，如图所示。（1）试仿真检测迟滞电压比较器的电压波形；（2）试分析说明其大致的工作原理。

图6.2.4矩形波信号产生仿真电路（a）矩形波信号产生仿真电路（b）仿真检测的vC、v1+和vO信号电压波形（a）（b）6.2.1电压比较器

33例：用一个迟滞电压比较器构成的矩形波信号产生仿真电路，如34分析、求解：（1）启动仿真开关，用四踪示波器进行仿真测量，有矩形波信号产生电路电容器C充放电电压vC、迟滞电压比较器A1同相输入端电压v1+和输出电压vO的波形，如图6.2.4（b）所示。图中，两个游标检测的输出信号vO的周期时长约为1.055ms，对应的信号频率约为1KHz。

（2）图6.2.4（a）所示仿真电路，是一个由反相输入迟滞电压比较器构成的矩形波信号产生电路。图中，R和C为定时元件，构成积分电路；迟滞电压比较器A1同相输入端的两个门限电压分别为

6.2.1电压比较器

34分析、求解：（1）启动仿真开关，用四踪示波器进行仿真测量35当电路的振荡达到稳定后，电容C就交替充电和放电。当vO＝VOH＝VZ时，电容C充电，

vC不断上升，而此时A1同相输入端电压v1+为上门限电压VT＋，当vC＞VT＋时