模拟电路CHAP09信号产生电路.ppt

1、1,9.1 正弦波振荡电路的振荡条件,9.2 RC正弦波振荡电路,9.3 LC正弦波振荡电路,*9.4 非正弦波振荡电路,9 信号产生电路,*9.5 集成函数发生器8038简介,2,9.1 正弦波振荡电路的振荡条件,1. 振荡条件,2. 起振和稳幅,3. 振荡电路基本组成部分,3,正反馈放大电路如图示。（注意与负反馈方框图的差别）,1. 振荡条件,若环路增益,则,又,所以振荡条件为,振幅平衡条件,相位平衡条件,4,起振条件,2. 起振和稳幅,# 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？,电路器件内部噪声,当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现

2、失真。,噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。,稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从 回到,5,放大电路（包括负反馈放大电路）,3. 基本组成部分,反馈网络（构成正反馈）,选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈 网络合二为一。）,稳幅环节,6,9.2 RC正弦波振荡电路,1. 电路组成,2. RC串并联选频网络的选频特性,3. 振荡电路工作原理,4. 稳幅措施,7,1. 电路组成,反馈网络兼做选频网络,8,反馈系数,2. RC串并联选频网络的选频特性,幅频响应,又,且令,则,相频响应,9,2. RC串并联选频网络

3、的选频特性,当,幅频响应有最大值,相频响应,10,3. 振荡电路工作原理,此时若放大电路的电压增益为,用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件,则振荡电路满足振幅平衡条件,(+),(+),(+),(+),电路可以输出频率为 的正弦波,RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波,11,采用非线性元件,4. 稳幅措施,热敏元件,起振时，,即,热敏电阻的作用,热敏电阻,12,采用非线性元件,4. 稳幅措施,场效应管（JFET）,稳幅原理,整流滤波,T 压控电阻,为了使得振荡频率连续可调：,用双层波段开关接不同的电容，作为振荡频率f0的粗调；,用同轴电位器实现f0的微调；,13,采

4、用非线性元件,4. 稳幅措施,二极管,14,9.3 LC正弦波振荡电路,9.3.1 LC并联谐振回路选频特性,9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路,9.3.3 三点式LC振荡电路,9.3.4 石英晶体振荡电路,15,1. 等效阻抗,9.3.1 LC并联谐振回路选频特性,等效损耗电阻,当 时，,电路谐振。,为谐振频率,谐振时,阻抗最大，且为纯阻性,同时有,即,16,2. 频率响应,9.3.1 LC并联谐振回路选频特性,17,虽然波形出现了失真，但由于LC谐振电路的Q值很高，选频特性好，所以仍能选出0的正弦波信号。,9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路,1. 电路结构,2. 相位平衡条件,3. 幅

5、值平衡条件,4. 稳幅,5. 选频,（定性分析）,18,(+),(-),(+),(+),(+),(+),(+),(+),9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路,反馈,满足相位平衡条件,满足相位平衡条件,反馈,19,仍然由LC并联谐振电路构成选频网络,A. 若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。,9.3.3 三点式LC振荡电路,1. 三点式LC并联电路,中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。,三点的相位关系,B. 若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。,20,9.3.3 三点式LC振荡电路,2. 电感三点式振荡电路,21,9.3.3 三点式LC振荡电路,3. 电容三点式振荡电路,22,

6、Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。,9.3.4 石英晶体振荡电路,1. 频率稳定问题,频率稳定度一般由 来衡量,频率偏移量。,振荡频率。,LC振荡电路 Q 数百,石英晶体振荡电路 Q 10000 500000,23,9.3.4 石英晶体振荡电路,2. 石英晶体的基本特性与等效电路,结构,极板间加电场,极板间加机械力,压电效应,交变电压,机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高,当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大。,压电谐振,24,9.3.4 石英晶体振荡电路,2. 石英晶体的基本特性与等效电路,等效电路,A. 串联谐振,特性,晶体等效阻抗为纯阻性,B. 并联谐振,通常,所以,25,9

7、.3.4 石英晶体振荡电路,2. 石英晶体的基本特性与等效电路,实际使用时外接一小电容Cs,则新的谐振频率为,由于,由此看出,调整,26,9.3.4 石英晶体振荡电路,3. 石英晶体振荡电路,27,*9.4 非正弦波振荡电路,9.4.1 比较器,9.4.3 锯齿波产生电路,9.4.2 方波产生电路,单门限电压比较器,迟滞比较器,9.4.4 压频转换电路,28,，由于|vO |不可能超过VM ，,9.4.1 比较器,特点：,1. 单门限电压比较器,（1）过零比较器,开环，虚短和虚断不成立,增益A0大于105,（忽略了放大器输出级的饱和压降）,所以,当 |+VCC | = |-VEE | =VM

8、= 15V，A0=105 时，,可以认为,vI 0 时， vOmax = +VCC,vI 0 时， vOmax = -VEE,（过零比较器）,运算放大器工作在非线性状态下,29,9.4.1 比较器,特点：,1. 单门限电压比较器,（1）过零比较器,开环，虚短和虚断不成立,增益A0大于105,输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。,电压传输特性,30,思考,1. 若过零比较器如图所示，则它的电压传输特性将是怎样的？ 2. 输入为正负对称的正弦波时，输出波形是怎样的？,31,9.4.1 比较器,1. 单门限电压比较器,（2）门限电压不为零的比较器,电压传输特性,输入为正负对称的正弦波时，输出波形如

9、图所示。,32,9.4.1 比较器,2. 迟滞比较器,特点：电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态。,(1)反相输入迟滞比较器,A. 没加参考电压的反相输入迟滞比较器,分析,1. 因为有正反馈，所以输出饱和。,2. 当vo正饱和时(vo =VOH) ：,3. 当vo负饱和时(vo = VOL) ：,vP,33,2. 迟滞比较器,当vi 增加到VT+时，输出由VOH跳变到VOL；,当vi 减小到VT-时，输出由VOL跳变到VOH 。,传输特性：,小于回差的干扰不会引起跳转。跳转时，正反馈加速跳转。,分别称VT+和VT-为上下门限电压。称(VT+ - VT-)为回差。,34,2. 迟滞比较器,例：

10、反相输入迟滞比较器的输入为正弦波时，画出输出的波形。,35,2. 迟滞比较器,B. 加上参考电压后的反相输入迟滞比较器,加上参考电压后的上下限：,36,2. 迟滞比较器,反相输入迟滞比较器两种电路传输特性的比较:,37,2. 迟滞比较器,迟滞比较器电路改进：为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管。,38,2. 迟滞比较器,vP=0 时翻转，据此可以求出上下门限电压。,(2) 同相输入迟滞比较器,当vP vN =0 时, vo=VOH 当vP vN =0时, vo= VOL,A. 没加参考电压的同相输入迟滞比较器,39,2. 迟滞比较器,上下门限电压：,40,2. 迟滞比较器,上下门限电压

11、：,当vo= VOH时：,当vo= VOL时：,B. 加上参考电压后的上行迟滞比较器,41,2. 迟滞比较器,传输特性：,对照,42,9.4.2 方波产生电路,1 电路结构,上下门限电压：,反相输入迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端。,43,9.4.2 方波产生电路,2 工作原理,(1) 设 vo = VOH,此时，输出给C 充电!,则：vP=VT+,一旦 vc VT+ , 就有 vN vP ,在 vc VT+ 时，,vN vP ,vo 保持 VOH 不变；,vo 立即由VOH 变成VOL,44,9.4.2 方波产生电路,此时，C 经输出端放电。,(2) 当vo = VOL

12、 时，,vP=VT-,vc降到VT-时，vo上翻。,当vo 重新回到VOH以后，电路又进入另一个周期性的变化。,45,9.4.2 方波产生电路,输出波形：,46,9.4.2 方波产生电路,RC电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。,反相输入迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。,方波发生器各部分的作用：,47,9.4.2 方波产生电路,方波发生器电路的改进：,48,9.4.2 方波产生电路,3 周期与频率的计算,vc,0,VT+,t,VT-,vo,VZ,VZ,49,9.4.2 方波产生电路,vc上升阶段表示式:,50,9.4.2 方波产生电路,51,9.4.2 方波产生电路,通常将矩形

13、波为高电平的持续时间与振荡周期的比称为占空比。,方波占空比为50%,如要产生占空比小于或大于50%的矩形波，只需适当改变电容C的正、反向充电时间常数即可。,52,9.4.3 锯齿波产生电路,电路一：方波发生器 矩形波积分电路三角波,R,R1,R2,C,+,vc,R,R2,C,vo,此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。,53,9.4.3 锯齿波产生电路,三角波的周期由方波发生器确定，其幅值也由周期T和参数R、C决定。,VOH,VOL,54,9.4.3 锯齿波产生电路,电路二：电路一的改型,vo,vo1,R02,R01,R,C,R2,R1,反向积分电路,同相输入迟滞比较器,特点：

14、由同相输入的迟滞比较器和反相积分器级联构成，迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入。,55,9.4.3 锯齿波产生电路,电路三：是电路二的改型电路,调整电位器 RW 可以使三角波上下移动。即给纯交流的三角波叠加了一个直流分量。,56,9.4.3 锯齿波产生电路,R2,R1,R,R2,C,vo,R,+,T1 时间段，电容C通过R放电,T2 时间段，电容C通过R充电,充放电的 时间T1、T2可通过 R、R调整。 当R!=R时，则为锯齿波发生器。,电路四：是电路二的改进电路,vo1被嵌位 于Vz,57,9.4.3 锯齿波产生电路,58,9.4.4 压频转换电路,|vi | VZ,把锯齿波发生器积分电路的充电电压由vo1变为vi ，则锯齿波发生器转变为压频转换电路。即输出vo的频率由输入电压vi的大小决定。,59,设 vo1=+VZ ，则D2截止，D1导通， vi 给电容C充电， vo下降，当vo下降到VT-时vo1翻