第七章-信号产生电路课件.ppt
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- 第七 信号 产生 电路 课件
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1、信号发生电路信号发生电路(振荡器振荡器Oscillators)分类:分类:正弦波振荡器正弦波振荡器非正弦波振荡器非正弦波振荡器RC 振荡器振荡器(1 kHz 1MHz)LC 振荡器振荡器(1MHz以上以上)石英晶体振荡器石英晶体振荡器(频率稳定度高频率稳定度高)方波、方波、三角波、三角波、锯齿波等锯齿波等主要性主要性能要求能要求输出信号的输出信号的幅度准确稳定幅度准确稳定输出信号的输出信号的频率准确稳定频率准确稳定7.1正弦波振荡电路的分析方法正弦波振荡电路的分析方法7.2RC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路7.3LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路7.4石英晶体振荡器石英晶体振荡器7.5非正弦波
2、发生电路非正弦波发生电路本章重点和考点:本章重点和考点:1.重点掌握重点掌握RC正弦波振荡正弦波振荡 工作原理。工作原理。2.重点掌握电压比较器的传输特性。重点掌握电压比较器的传输特性。3.掌握非正弦波发生电路的原理。掌握非正弦波发生电路的原理。7.1正弦波振荡电路正弦波振荡电路iU放大电路放大电路AioUAU 反馈网络反馈网络FtUU sin2ii OfUFU 如果反馈电压如果反馈电压 uf 与原输入信号与原输入信号 ui 完全相等,则即使完全相等,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自激振荡。(电路要引入正反馈电路要引入
3、正反馈)正弦波振荡电路的方框图正弦波振荡电路的方框图一、正弦波振荡的条件一、正弦波振荡的条件由此知放大电路产生自激振荡的条件是:由此知放大电路产生自激振荡的条件是:ifUU 即:即:iiofUUAFUFU 所以产生正弦波振荡的条件是:所以产生正弦波振荡的条件是:1 FA1 FA幅度平衡条件幅度平衡条件2argFAnFA 相位平衡条件相位平衡条件,2,1,0 n电路起电路起振的条件:振的条件:1FA二、正弦波振荡电路的组成及分类二、正弦波振荡电路的组成及分类组成组成:放大电路:放大电路:集成运放集成运放选频网络:选频网络:确定电路的振荡频率确定电路的振荡频率反馈网络:反馈网络:引入正反馈引入正反
4、馈稳幅环节:稳幅环节:非线性环节,使输出信号幅值稳定非线性环节,使输出信号幅值稳定:RC正弦波振荡电路,频率较低,在正弦波振荡电路,频率较低,在1MHz以下。以下。LC正弦波振荡电路,频率较高,在正弦波振荡电路,频率较高,在1MHz以上。以上。石英晶体振荡电路,频率较高,振荡频率非常稳定。石英晶体振荡电路,频率较高,振荡频率非常稳定。三、判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤三、判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤1.检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分;检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分;2.检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正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;
5、常工作;3.分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件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:判断相位平衡条件的方法是:瞬时极性法瞬时极性法。5.估算振荡频率和起振条件估算振荡频率和起振条件4.判断是否满足振幅平衡条件。判断是否满足振幅平衡条件。7.2RC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 RC RC串并联网络振荡电路也称串并联网络振荡电路也称RCRC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路或称文氏振荡电路或称文氏振荡电路(Wien(Wien)电路组成:电路组成:放大电路放大电路 集成运放集成运放 A;选频与正反馈网络选频与正反馈网络 R、C 串并联电路;串并联电路;稳幅环节稳幅环
6、节 RF 与与 R 组成的负反馈电路。组成的负反馈电路。7.2.1RC 串并联网络振荡电路串并联网络振荡电路一、一、RC 串并联选频网络串并联选频网络Z1Z2)1)1(1111122112212211222212CRCRCCRRCRCRCRRUUF j(j1jjf取取 R1=R2=R,C1=C2=C,令,令 RC10 则:则:)j(3100 F得得 RC 串并联电路的幅串并联电路的幅频特性为:频特性为:2002)(31 F3arctg00F 相频特性为:相频特性为:时,时,当当RC10 31 F最大,最大,F=0。0 0 F0 F 01/3+90-90二、振荡频率与起振条件二、振荡频率与起振条
7、件1.振荡频率振荡频率RCf 2102.起振条件起振条件1 FAf=f0 时,时,31 F由振荡条件知:由振荡条件知:所以起振条件为:所以起振条件为:3 A同相比例运放的电压放大倍数为同相比例运放的电压放大倍数为即要求:即要求:RRAu Ff1RR 2F三、振荡电路中的负反馈三、振荡电路中的负反馈(稳幅环节稳幅环节)引入电压串联负反馈,可以提高放大倍数的稳定性,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。改善振荡电路的输出波形,提高带负载能力。反馈系数反馈系数改变改变 RF,可改变反馈深度。,可改变反馈深度。增加负反馈深度,并且满足增加负反馈深度,并且
8、满足3 A则电路可以起振,并产生比较稳定而失真较小的正则电路可以起振,并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。弦波信号。RRRF F反馈电阻反馈电阻 RF采用负温度系数采用负温度系数的热敏电阻,的热敏电阻,R采用正温度系数采用正温度系数的热敏电阻,均可实现的热敏电阻,均可实现自动稳幅。自动稳幅。稳幅的其它措施稳幅的其它措施电流增大时,二极管动态电电流增大时,二极管动态电阻减小。电流减小时,动态阻减小。电流减小时,动态电阻增大,加大非线性环节,电阻增大,加大非线性环节,从而使输出电压稳定。从而使输出电压稳定。在在RF回路中串联二个并联的二极管回路中串联二个并联的二极管稳幅的其它措施稳幅的其它措施利
9、用场效应管的非线性特性利用场效应管的非线性特性 四、振荡频率可调的四、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路用双层波段开关接不同电容,用双层波段开关接不同电容,作为振荡频率作为振荡频率f0的的粗调粗调;用同轴电位器实现用同轴电位器实现f0的的微调微调。RC串、并联网络中,串、并联网络中,如何调节频率?如何调节频率?问题:如何提高频率?问题:如何提高频率?RCf 210动画动画avi11-2.avi2.RC 桥氏振荡电路桥氏振荡电路 A=2n F=0 nA2F 2)电路:电路:3)振荡频率振荡频率RCf 2104)振荡条件振荡条件21f RR1f2RR 应使:应使:同相同相放大器
10、放大器1 uuFA 31 F3 A1)组成:组成:8CR1RfRiUoUCRfU5)稳幅措施稳幅措施热敏电阻稳幅热敏电阻稳幅8CR1RfRiUoUCRfU为使电为使电 Au 为非线性,起振时,应使为非线性,起振时,应使 Au 3,稳幅后,稳幅后 Au=3。正温度系数正温度系数负温度系数负温度系数 )/1(1fuffRRART二极管稳幅二极管稳幅8R1R2oUV1V2R312.4 k R2 8.1 k 起振时信号小,二极管电阻大起振时信号小,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,起振后二极管电阻逐渐减小,Au 1+R2/R1=3为使失真小:为使
11、失真小:R2 12 R7.2.2其他形式的其他形式的 RC 振荡电路振荡电路一、一、RC 移相式振荡电路移相式振荡电路8CRRfRoUCRC一节一节 RC 环节环节移相移相 90 二节二节 RC 环节环节移相移相 180 三节三节 RC 环节环节移相移相 270 RCf6210 对于对于的信号的信号,180F 180A 0 AF 满足相位平衡条件满足相位平衡条件优点:优点:结构简单结构简单缺点:缺点:选频特性差,输出波形差选频特性差,输出波形差*二、双二、双 T 选频网络振荡电路选频网络振荡电路振荡频率约为:振荡频率约为:RCf510 当当 f=f0 时,双时,双 T 网络的相移为网络的相移为
12、 F=180;反相比反相比例运放的相移例运放的相移 A=180,因此满足产生正弦波振荡的相,因此满足产生正弦波振荡的相位平衡条件。位平衡条件。如果放大电路的放大倍数足够大,同时满足振幅平如果放大电路的放大倍数足够大,同时满足振幅平衡条件,即可产生正弦波振荡。衡条件,即可产生正弦波振荡。起振条件起振条件1 23 FARR,*三种三种 RC 振荡电路的比较振荡电路的比较名称名称RC 串并联网络振荡电路串并联网络振荡电路移相式振荡电路移相式振荡电路双双 T 网络选频振荡电路网络选频振荡电路电路电路形式形式振荡振荡频率频率起振起振条件条件电路特电路特点及应点及应用场合用场合可方便地连续调节振荡可方便地
13、连续调节振荡频率,便于加负反馈稳幅电频率,便于加负反馈稳幅电路,容易得到良好的振荡波路,容易得到良好的振荡波形。形。电路简单,经济电路简单,经济方便,适用于波形要方便,适用于波形要求不高的轻便测试设求不高的轻便测试设备中。备中。选选频特性好,适用于频特性好,适用于产生单一频率的振荡波形。产生单一频率的振荡波形。RCf 2103 ARCf 3210RCf510 1 23 FARR,RR12F 7.3LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 一、一、LC 谐振回路的频率特性谐振回路的频率特性当频率变化时,并联电路阻抗的当频率变化时,并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。大小和性质都发生变化。并联电路的导纳
14、:并联电路的导纳:当当电路发生电路发生并联谐振并联谐振。2222)(j)(j1jLRLCLRRLRCY 0)(20200 LRLC 并联谐振角频率并联谐振角频率LCLR11)(1200 令:令:RLQ0 谐振回路的品质因数谐振回路的品质因数当当 Q 1 时时LC10 LCf 210谐振频率:谐振频率:)11(j1)1j(j)1j(j1j)j(1j2LCRLCRLCLRLCLRCLRCZ 回路回路等效阻抗等效阻抗:RCLYZ 001LC 并联回路的阻抗:并联回路的阻抗:发生并联谐振时,发生并联谐振时,LC10 在谐振频率附近,在谐振频率附近,)1(j12200 QZZ可见,可见,Q 值不同,回路
15、的阻抗不同。值不同,回路的阻抗不同。Z 0 不同不同 Q 值时,值时,LC 并联并联电路的幅频特性:电路的幅频特性:Z01Z02Q1 Q2Q1Q2相频特性:相频特性:0 F+90-90Q1Q2Q1 Q2感性感性纯阻纯阻容性容性结论:结论:1.当当 f=f0 时,电路为纯电阻时,电路为纯电阻性,等效阻抗最大;当性,等效阻抗最大;当 f f0 时,电路为时,电路为容性。所以容性。所以 LC 并联电路具有选频并联电路具有选频特性。特性。2.电路的品质因数电路的品质因数 Q 愈大,愈大,选频特性愈好。选频特性愈好。谐振时谐振时 LC 回路中的电流回路中的电流ULRLUCI20200C)(电容支路的电流
16、:电容支路的电流:并联回路的输入电流:并联回路的输入电流:ULRRI202)(所以:所以:IQI C当当 Q 1 时,时,IICIILLCII 结论结论:谐振时,电容支路的电流与电感支路的电流大:谐振时,电容支路的电流与电感支路的电流大小近似相等,而谐振回路的输入电流极小。小近似相等,而谐振回路的输入电流极小。若以若以LC并联网络作为共射放大电路的集电极负载并联网络作为共射放大电路的集电极负载beurZA当当f=f0时,电压放大倍时,电压放大倍数的数值最大,且无附数的数值最大,且无附加相移。因而电路称为加相移。因而电路称为选频放大电路选频放大电路若增加若增加正反馈正反馈,并用反馈,并用反馈电压
17、取代输入电压,则电电压取代输入电压,则电路就成为正弦波振荡电路路就成为正弦波振荡电路LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路二、变压器反馈式振荡电路二、变压器反馈式振荡电路1.工作原理工作原理用瞬时极性判断为用瞬时极性判断为正反正反馈馈,所以满足自激振荡的相,所以满足自激振荡的相位平衡条件。位平衡条件。-2.振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件LCf 210振荡频率振荡频率起振条件起振条件MCRr be 变压器反馈式变压器反馈式振荡电路振荡电路三、电感反馈式振荡电路三、电感反馈式振荡电路1.电路组成电路组成用瞬时极性判断用瞬时极性判断为为正反馈正反馈,所以满足,所以满足自激振荡的相位平衡自激振荡的相
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