1、第八章信號(hào)發(fā)生器,8.1正弦信號(hào)發(fā)生器,8.2非正弦信號(hào)發(fā)生器器,本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：,1.重點(diǎn)掌握RC正弦波振蕩 工作原理。,3.掌握非正弦波發(fā)生電路的原理。,本章教學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí),本章討論的問(wèn)題：,1.在模擬電子電路中需要哪些波形的信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)和控制信號(hào)？,2.正弦波振蕩電路所產(chǎn)生的自激振蕩和負(fù)反饋放大電路中所產(chǎn)生的自激振蕩有什么區(qū)別？ 3.為什么正弦波振蕩電路中必須有選頻網(wǎng)絡(luò)？選頻網(wǎng)絡(luò)由哪些元件組成？,4.為什么說(shuō)矩形波發(fā)生電路是產(chǎn)生非正弦波信號(hào)的基礎(chǔ)？為什么非正弦波發(fā)生電路中幾乎都有電壓比較器？,8.1正弦波信號(hào)發(fā)生器,8.1.1正弦自激振蕩的基本原理,放大電路,反饋網(wǎng)絡(luò),如果反饋電壓

2、 uf 與原輸入信號(hào) ui 完全相等，則即使無(wú)外輸入信號(hào)，放大電路輸出端也有一個(gè)正弦波信號(hào)自激振蕩。(電路要引入正反饋),圖 8.1.2正弦波振蕩電路的方框圖,一、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件,由此知放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：,即：,所以產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是：,幅度平衡條件,相位平衡條件,電路起振的條件：,二、正弦波振蕩電路的組成及分類(lèi),組成：,放大電路：集成運(yùn)放,選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率,反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋,穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：非線(xiàn)性環(huán)節(jié)，使輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定,分類(lèi)：,RC正弦波振蕩電路，頻率較低，在1MHz以下。,LC正弦波振蕩電路，頻率較高，在1MHz以上。,石英晶體振蕩電路，頻率較高，振蕩頻率

3、非常穩(wěn)定。,三、判斷電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟,1. 檢查電路是否具備正弦波振蕩的組成部分；,2. 檢查放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是否能保證放大電路正常工作；,3. 分析電路是否滿(mǎn)足自激振蕩的相位平衡條件,判斷相位平衡條件的方法是： 瞬時(shí)極性法。,5.估算振蕩頻率和起振條件,4.判斷是否滿(mǎn)足振幅平衡條件。,8.1.2RC 正弦波振蕩電路,RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路也稱(chēng)RC橋式正弦波振蕩電路或稱(chēng)文氏振蕩電路(Wien),電路組成：,放大電路 集成運(yùn)放 A ；,選頻與正反饋網(wǎng)絡(luò) R、C 串并聯(lián)電路；,穩(wěn)幅環(huán)節(jié) RF 與 R 組成的負(fù)反饋電路。,圖 8.1.4,一、RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò),Z1,Z2,取

4、 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ，令,則：,得 RC 串并聯(lián)電路的幅頻特性為：,相頻特性為：,最大，F(xiàn) = 0。,1/3,+90,-90,圖 8.1.5,二、振蕩頻率與起振條件,1. 振蕩頻率,2. 起振條件,f = f0 時(shí)，,由振蕩條件知：,所以起振條件為：,同相比例運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)為,即要求：,三、振蕩電路中的負(fù)反饋(穩(wěn)幅環(huán)節(jié)),引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，提高帶負(fù)載能力。,反饋系數(shù),改變 RF，可改變反饋深度。增加負(fù)反饋深度，并且滿(mǎn)足,則電路可以起振，并產(chǎn)生比較穩(wěn)定而失真較小的正弦波信號(hào)。,圖 8.1.7,反饋電阻 RF

5、采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，,采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻，均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)幅。,穩(wěn)幅的其它措施,電流增大時(shí)，二極管動(dòng)態(tài)電阻減小。電流減小時(shí)，動(dòng)態(tài)電阻增大，加大非線(xiàn)性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。,在RF回路中串聯(lián)二個(gè)并聯(lián)的二極管,四、振蕩頻率可調(diào)的RC橋式正弦波振蕩電路,用雙層波段開(kāi)關(guān)接不同電容，作為振蕩頻率f0的粗調(diào)；,用同軸電位器實(shí)現(xiàn)f0的微調(diào)。,RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，如何調(diào)節(jié)頻率？,問(wèn)題：如何提高頻率？,*其他形式的 RC 振蕩電路,一、移相式振蕩電路,集成運(yùn)放產(chǎn)生的相位移 A = 180，如果反饋網(wǎng)絡(luò)再相移 180，即可滿(mǎn)足產(chǎn)生正弦波振蕩的相位平衡條件。,振蕩頻率為：,270,180,90,當(dāng) f

6、 = f0 時(shí)，相移 180，滿(mǎn)足正弦波振蕩的相位條件。,起振條件：RF 12 R,*二、雙 T 選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路,振蕩頻率約為：,當(dāng) f = f0 時(shí)，雙 T 網(wǎng)絡(luò)的相移為 F = 180；反相比例運(yùn)放的相移 A = 180，因此滿(mǎn)足產(chǎn)生正弦波振蕩的相位平衡條件。,如果放大電路的放大倍數(shù)足夠大，同時(shí)滿(mǎn)足振幅平衡條件，即可產(chǎn)生正弦波振蕩。,起振條件,*三種 RC 振蕩電路的比較,8.1.3LC 正弦波振蕩電路,一、LC 諧振回路的頻率特性,當(dāng)頻率變化時(shí)，并聯(lián)電路阻抗的大小和性質(zhì)都發(fā)生變化。,并聯(lián)電路的導(dǎo)納：,當(dāng),電路發(fā)生并聯(lián)諧振。,圖 8.1.10,并聯(lián)諧振角頻率,令：,諧振回路的品質(zhì)因數(shù),當(dāng)

7、 Q 1 時(shí),諧振頻率：,回路等效阻抗：,LC 并聯(lián)回路的阻抗：,發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，,在諧振頻率附近，,可見(jiàn)，Q 值不同，回路的阻抗不同。,不同 Q 值時(shí)，LC 并聯(lián)電路的幅頻特性：,Z01,Z02,Q1 Q2,Q1,Q2,相頻特性：,Q1,Q2,Q1 Q2,感性,純阻,容性,結(jié)論：,1. 當(dāng) f = f0 時(shí)，電路為純電阻性，等效阻抗最大；當(dāng) f f0 時(shí)，電路為容性。所以 LC 并聯(lián)電路具有選頻特性。,2. 電路的品質(zhì)因數(shù) Q 愈大，選頻特性愈好。,圖 8.1.11,諧振時(shí) LC 回路中的電流,電容支路的電流：,并聯(lián)回路的輸入電流：,所以：,當(dāng) Q 1 時(shí)，,結(jié)論：諧振時(shí)，電容支路的電流與電

8、感支路的電流大小近似相等，而諧振回路的輸入電流極小。,若以L(fǎng)C并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為共射放大電路的集電極負(fù)載,當(dāng)f = f0時(shí)，電壓放大倍數(shù)的數(shù)值最大，且無(wú)附加相移。因而電路稱(chēng)為選頻放大電路,若增加正反饋，并用反饋電壓取代輸入電壓，則電路就成為正弦波振蕩電路,LC 正弦波振蕩電路,二、變壓器反饋式振蕩電路,1.工作原理,用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿(mǎn)足自激振蕩的相位平衡條件。,2.振蕩頻率和起振條件,振蕩頻率,起振條件,圖 8.1.14變壓器反饋式 振蕩電路,三、電感反饋式振蕩電路,1.電路組成,用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿(mǎn)足自激振蕩的相位平衡條件。,2.振蕩頻率和起振條件,振蕩頻率,起振條件,圖 8

9、.1.17,四、電容反饋式振蕩電路,1.電路組成,用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿(mǎn)足自激振蕩的相位平衡條件。,2.振蕩頻率和起振條件,振蕩頻率,起振條件,圖 8.1.20,電容反饋式改進(jìn)型振蕩電路,振蕩頻率,選擇 C C1， C C2，,則：,減小了三極管極間電容對(duì)振蕩頻率的影響，適用于產(chǎn)生高頻振蕩。,圖 8.1.22,若要求電容反饋式振蕩電路的振蕩頻率高達(dá)100MHz，怎么辦？,采用共基放大電路,如何分析？,各種 LC 振蕩電路的比較,8.1.4石英晶體振蕩器,石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱(chēng)石英晶體，具有非常穩(wěn)定的固有頻率。,一、石英晶體的特點(diǎn),壓電效應(yīng)：在石英晶片的兩極加一電場(chǎng)，晶片將產(chǎn)生機(jī)械變形；若

10、在晶片上施加機(jī)械壓力，在晶片相應(yīng)的方向上會(huì)產(chǎn)生一定的電場(chǎng)。,壓電諧振：晶片上外加交變電壓的頻率為某一特定頻率時(shí)，振幅突然增加。,1.壓電效應(yīng)和壓電振蕩,2.等效電路和振蕩頻率,符號(hào)：,串聯(lián)諧振頻率,并聯(lián)諧振頻率,電抗頻率特性,fs,fp,容性,容性,感性,圖 8.1.27,圖 8.1.28,二、石英晶體正弦波振蕩電路,1.并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路,交流等效電路,振蕩頻率,由于,圖 8.1.29,2.串聯(lián)型石英晶體振蕩電路,圖 8.1.30串聯(lián)型石英晶體振蕩電路,當(dāng)振蕩頻率等于 fS 時(shí)，晶體阻抗最小，且為純電阻，此時(shí)正反饋?zhàn)顝?qiáng)，相移為零，電路滿(mǎn)足自激振蕩條件。,振蕩頻率,調(diào)節(jié) R 可改變反

11、饋的強(qiáng)弱，以獲得良好的正弦波。,8.2非正弦波發(fā)生電路,非正弦波：矩形波、三角波、尖頂波和階梯波等,圖8.2.1幾種常見(jiàn)的非正弦波,8.2.1矩形波發(fā)生電路,一、電路組成,RC 充放電回路,滯回 比較器,圖 8.2.2,滯回比較器：集成運(yùn)放、R1、R2；,充放電回路：R、C；（延遲環(huán)節(jié)、反饋網(wǎng)絡(luò)）,鉗位電路：VDZ、R3。（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）,動(dòng)畫(huà)avi14-1.avi,二、工作原理,設(shè) t = 0 時(shí)，uC = 0，uO = + UZ,則,u+,u-,當(dāng) u- = uC = u+ 時(shí)，,t1,t2,則,當(dāng) u- = uC = u+ 時(shí)，輸出又一次跳變， uO = + UZ,輸出跳變， uO = -

12、UZ,圖 8.2.4,三、振蕩周期,電容的充放電規(guī)律：,對(duì)于放電，,解得：,結(jié)論：改變充放電回路的時(shí)間常數(shù)及滯回比較器的電阻，即可改變振蕩周期。,振蕩頻率f=1/T,四、占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路,圖 8.2.5a,使電容的充、放電時(shí)間常數(shù)不同且可調(diào)，即可使矩形波發(fā)生器的占空比可調(diào)。,充電時(shí)間 T1,放電時(shí)間 T2,占空比 D,圖 8.2.5b,8.2.2三角波發(fā)生電路,一、電路組成,圖8.2.6采用波形變換的方法得到三角波,uO1為方波,電路分析,uO2為三角波,二、工作原理,當(dāng) u+ = u- = 0 時(shí)，滯回比較器的輸出發(fā)生跳變。,圖 8.3.8,實(shí)用電路,左邊是同相輸入滯回比較器右邊為反向積分運(yùn)算電路,傳輸特性,二、工作原理,當(dāng) u+ = u- = 0 時(shí)，滯回比較器的輸出發(fā)生跳變。,圖 8.2.9,設(shè)t=0時(shí)， uO1 = +UZ u0= 0,三、輸出幅度和振蕩周期,解得三角波的輸出幅度,