《模拟电子技术基础与实验应用教程》第6章 信号产生电路

第6章信号产生电路本章小结6.1正弦波振荡电路6.2非正弦波信号产生电路6.3锁相频率合成电路6.4振荡电路的应用知识引言正弦波振荡RC振荡电路(1Hz~1MHz)LC振荡电路(几百kHz以上)石英晶体振荡器(频率稳定度高)分类非正弦波振荡方波三角波锯齿波等……用于产生一定频率和幅度的正弦波和非正弦波信号。信号产生电路（也称振荡电路）本章重点正弦波振荡电路组成及振荡条件；常用正弦波振荡电路及其应用；方波产生电路的组成及其工作原理。主要性能要求幅度、频率准确稳定第6章信号产生电路6.1正弦波振荡电路6.1.1正弦波振荡电路的工作原理6.1.2RC

振荡电路6.1.3LC

振荡电路6.1.4石英晶体振荡电路6.1.1正弦波振荡电路的工作原理一、振荡产生的基本原理微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。••••••uf

起振稳幅放大器反馈网络Ui•Au•Fu•Uo•Uf•RLS二、平衡条件和起振条件2.起振条件uf

起振平衡••—振幅平衡条件—相位平衡条件n=0,1,2,

••••1.平衡条件即—振幅起振条件—相位起振条件（又称正反馈）放大器Au反馈网络FuUoUfUin=0,1,2,

例6.1.1正弦波振荡电路由哪几部分组成？各组成部分作用？产生正弦波振荡的条件？1.放大电路Au2.正反馈网络Fu3.选频率网络—实现单一频率的振荡*4.稳幅环节—使振幅稳定、波形好满足振荡条件放大器选频正反馈网络UoUfUi选频放大器正反馈网络UoUfUi1.电路构成正反馈，即(n=0,1,2,

）2.幅度条件：起振时起振后自动调节为组成振荡条件6.1.2RC振荡电路一、

RC串并联选频网络ff0

Fu

.ff0

f90

-90

当f=f0

时

Fu=1/3.

=0º幅频特性相频特性2)振荡频率3)振荡条件Rf

不能太大，否则波形产生严重失真应使：••1)电路8CR1RfRCR•••二、

RC桥式振荡电路

A

=2n

文氏电桥同相放大器4)稳幅措施热敏电阻稳幅8CR1RfRCR为使Au

为非线性，起振时，应使Au>3，稳幅后Au=3。正温度系数负温度系数二极管稳幅8R1R2V1V2R312.4k

>R2>8.1k

起振时信号小，二极管电阻大Au

1+(R2+R3)/R1>3R2>2R1-R3起振后二极管电阻逐渐减小，Au

1+R2/R1=3f0=1.94kHz8.2k

6.2k

22k

4.3k

0.01F8.2k

0.01F为使失真减小R2<2R16.1.3LC振荡电路LrCIs.L的等效损耗电阻谐振频率谐振阻抗回路品质因数

1.LC并联谐振回路类型类型：变压器反馈式、电感三点式、电容三点式Z一、变压器反馈式LC

振荡电路阻抗频率特性

0

Z

Z0

Q大Q

小

0

f90º-90ºQ

增大幅频特性相频特性2.变压器反馈式振荡电路LC+VCCVTRERB1RB2CECB—满足相位平衡条件×二、三点式LC振荡电路1.电感三点式振荡电路C+VCCVTRERB1RB2CECBL1L2C1RC×M123•••电路点评优点：易起振(L

间耦合紧)；易调节(C

可调)。缺点：输出取自电感，对高次谐波阻抗大，输出波形差。2.电容三点式振荡电路×+VCCVTRERB1RB2CECBLC1C2RC123LC3•••考毕兹振荡器(Colpitts)克拉泼振荡器(Clapp)

电路点评改进优点：波形较好缺点：频率调节不方便频率调节范围小频率稳定度高知识拓展X1、X2的电抗性质必须相同，X3与X1、X2的电抗性质必须相异。与E相连的为同性质电抗，不与E端相连的为异性质电抗。电感三点式电容三点式举例LC振荡电路应用举例组成直流稳压电源、当人手靠近感应板时，对地形成感应电容C0，使C5和（C6+C7）的比值发生变化而使振荡电路停振，VT1集电极电位升高使控制开关电路中VT2及复合管VT3、VT4导通，继电器KA通电而闭合进行控制动作。原理直流稳压电源控制开关电路LC振荡电路LC振荡电路、控制开关电路6.1.4石英晶体振荡电路一、石英晶体谐振器的阻抗特性1.结构和符号化学成分

SiO2晶片涂银层焊点2.压电效应形变形变机械振动外力压电谐振外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大，其交变电流最大的现象。结构符号3.等效电路rqC0CqLqCo

—晶片静态电容(几~几十pF)Lq

—

晶体的动态电感(大)Cq

—晶体的动态电容(<0.1pF)(小)rq

—

等效摩擦损耗电阻(小)大小小大4.频率特性和谐振频率fXfPfS容性容性感性

5.使用注意要接一定的负载电容CL(微调)，以达标称频率。1要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。2二、石英晶体振荡电路振荡频率决定于石英晶体的标称频率，其频率准确性和稳定度很高2.串联型

f=fs，晶体呈纯阻1.并联型fs<f

<

fp，晶体呈感性+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC×第6章信号产生电路6.2非正弦波信号产生电路6.2.1电压比较器6.2.2方波、三角波、锯齿波产生电路6.2.1电压比较器一、单限电压比较器8uIuOOuIuO1.过零电压比较器uI

<0uI

>0UOM-UOMUOHUOL输入电压过零时输出电压发生跳变作用比较两个输入电压的大小，并根据比较结果输出高电平或低电平信号产生(方波、三角波、锯齿波等非正弦波）信号处理（波形变换、整形等）检测（监测报警等）应用OuIuO2.同相输入单门限电压比较器8uIUREF

UZUZUREFuI

<UREF-UZuI

>UREF门限电压UT门限电压UT=UREF输出电平发生跳变时的输入电压参考电压双向稳压电路，限制输出高、低电平幅度uO二、迟滞比较器1).反相输入迟滞比较器（电路和门限电压）uIRR18UREFR2R3

UZPuO正反馈当uI>uP

时，uO=-UZ当uI<uP

时，uO=+UZ当uI=uP

时，状态翻转例：R1=30kΩ，R2=15kΩ,UZ=±6V,UREF=0,求UT。2)反相输入迟滞比较器（传输特性）RR18uIUREFR2R3

UZPuOOuIuOUT+UT-UZ-UZ上门限下门限

U=UT+-UT-

U回差电压当uI

逐渐增大时只要uI<UT+，则uO=UZ一旦uI>UT+，则uO=-UZ当uI

逐渐减小时只要uI>UT-，则uO=-UZ一旦uI<UT-，则uO=UZ特点：uI

上升时与上门限比,uI下降时与下门限比,输出电压产生迟滞现象R1R8uIUREFR2R3

UZNPuO状态翻转时，uP

=uN=UREF

UREF=0时传输特性OuIuOUT+UT-UZ-UZ知识拓展应用举例抗干扰OuIt单门限比较UTuOUOHUOLOt迟滞比较OuItUT-UT+UOHUOLOt整形OuItUT+UT-OuOtUOHUOLOuItUT+UT-OuOtUOHUOLuO6.2.2方波、三角波和锯齿波产生电路1.电路组成和输出波形R1C8R2R3

UZuOR积分电路

滞回比较器-UZ

uO

uCtUT+UT-UZ2.振荡频率占空比

=

50%一、方波产生电路二、三角波产生电路线性积分电路迟滞比较器1.电路组成令uP1=0，则得故得2.输出波形调频率：C粗调，R细调三角波幅度等于调三角波幅度：调R1/R23.输出频率和幅度调方波幅度：调UZ三、锯齿波产生电路正、反向积分的时间常数不相等输出频率输出幅度调C

以调频率，调RP

触头位置以调节占空比。6.2.3集成压控振荡器一、积分-施密特触发器型压控振荡电路V1V2+VCCV3施密特触发器uduORCuCI0V4V5压控恒流源压控恒流源积分器积分器镜象电流源镜象电流源uO=UOLV3

截止，uO=UOHC充电至UT+V3

导通，C放电至

UT-uO=UOL

uCtUOm

uOtUT+UT-占空比50%I0I012345678ICL803814131211109NCNC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RB接电容C+VCC-VEE

(或地)调占空比和正弦波失真调频率调占空比和正弦波失真RP2RP4

RP1+VCC-VEERRAICL803845131011128RBRP3CC1692第6章信号产生电路6.3锁相频率合成电路6.3.1锁相环路6.3.2锁相频率合成器6.3.1锁相环路

PLL是一种利用相位的自动调节消除频率误差，实现无误差频率跟踪的负反馈系统。鉴相器(PD)环路滤波器(LF)压控振荡器(VCO)ud(t)uI(t)uC(t)uO(t)参考信号

i

ouO(t)锁定状态：

i(t)-o(t)=常数，

i=

o失锁状态：

i

o跟踪：锁相环路锁定时，在一定频率范围内

i

变化

o跟随同步变化，保持i=o

知识拓展CMOS数字集成锁相环路CD4046信号输入放大鉴相要求50%方波环路滤波压控振荡分频缓冲C114167611128151013+VCCC1925R334A1VCOPDIIPDI

NR4C2R5+VCCA2R2R1R6禁止6.3.2锁相频率合成器晶体振荡器压控振荡器环路滤波器可编程分频器

N鉴相器(PD)固定分频器

MPLLfSfrfofo/Nfr=fS/M=fo/Nfr—频率间隔(分辨率)知识拓展锁相频率合成器应用+12V141611885116710139CR343C2R1R2R4

45671011121311415169238晶振C116CD4046CD4040CD40103131024kHz固定分频器M=256fr=4kHz可编程顺序分频器

编程控制fo=Nfr输出信号第6章信号产生电路小结1.信号产生电路的作用与分类：用于产生一定频率和幅度的正弦波和非正弦波信号。作用正弦波振荡RC振荡电路(1Hz~1MHz)LC振荡电路(几百kHz以上)石英晶体振荡器(频率稳定度高)