第7章-信号产生电路--电工电子I教学课件.ppt

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1、第第7 章章信号产生电路信号产生电路在无线电测量、工业自动化、计算机技术等领域中，经在无线电测量、工业自动化、计算机技术等领域中，经常需要用到各种各样的波形发生器。常需要用到各种各样的波形发生器。采采用用集集成成运运算算放放大大器器可可以以很很方方便便地地构构成成正正弦弦波波振振荡荡电路，方波、锯齿波发生器、阶梯波发生器。电路，方波、锯齿波发生器、阶梯波发生器。正弦波振荡器：无需外加输入信号，自身能产生并输正弦波振荡器：无需外加输入信号，自身能产生并输出一定频率和幅度的正弦交流信号的装置，亦称正弦出一定频率和幅度的正弦交流信号的装置，亦称正弦波发生器波发生器。正正弦弦波波振振荡荡器器能能产产生

2、生频频率率范范围围（1Hz1GHz）、输输出出功率大功率大(几几mW 几十几十kW)的正弦波信号。的正弦波信号。广广泛泛应应用用于于测测量量、遥遥控控、通通信信、自自动动控控制制、热热处处理理和和超超声声波波电电焊焊等等加加工工设设备备之之中中，也也作作为为模模拟拟电电子子电电路的测试信号。路的测试信号。7.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理正弦波振荡电路的工作原理 放放大大电电路路不不加加输输入入信信号号时时仍仍有有稳稳定定的的输输出出信信号号，这种现象叫做自激振荡，简称自激。这种现象叫做自激振荡，简称自激。正弦波振荡器是正反馈放大电路的特殊应用。正弦波振荡

3、器是正反馈放大电路的特殊应用。1.自激振荡自激振荡12Q此时，输入端的信号为：此时，输入端的信号为：放大电路放大电路反馈电路反馈电路若要使输出若要使输出 不变，则，不变，则，（1）自激振荡的条件）自激振荡的条件 2）幅值条件：幅值条件：1）相位条件：相位条件：反反馈馈信信号号的的相相位位与与所所需需输输入入信信号号的的相相位位相相同同，即即反反馈电路必须是馈电路必须是正反馈正反馈。放大电路放大电路反馈电路反馈电路12Q这种带有反馈电路的放大电路就是振荡电路。这种带有反馈电路的放大电路就是振荡电路。注意：振荡电路的输入信号来自于电路自己的反馈注意：振荡电路的输入信号来自于电路自己的反馈信号。信号

4、。只要满足只要满足 的条件。的条件。这时，在没有输入信号这时，在没有输入信号的情况下，输出信号仍可保持不变：的情况下，输出信号仍可保持不变：断开点断开点在反馈网络接入放大器输入回路的端点上，断在反馈网络接入放大器输入回路的端点上，断开输入端处的反馈支路；开输入端处的反馈支路；uiufu0相位条件相位条件加入输入信号加入输入信号ui；用用瞬时极性法瞬时极性法确定确定ui和和uf是否同相？是否同相？若同相满足相位条件若同相满足相位条件即为即为 正反馈。正反馈。3.正弦波电路正弦波电路的组成的组成 包括包括4个基本组成部分：个基本组成部分：放放大大电电路路：没没有有放放大大电电路路不不可可能能产产生

5、生正正弦弦波波振振荡。荡。反反馈馈网网络络：主主要要形形成成正正反反馈馈以以满满足足相相位位振振荡荡条条件。件。选选频频网网络络：只只让让单单一一频频率率满满足足振振荡荡条条件件，以以输输出单一频率的正弦波。出单一频率的正弦波。稳幅环节：使振荡幅值稳定，且波形较好（输稳幅环节：使振荡幅值稳定，且波形较好（输出波形不失真）。出波形不失真）。最后满足的振荡幅值条件最后满足的振荡幅值条件。ufu00UfmU0m起振起振起振原始信号的幅值起振原始信号的幅值U1fm放大器的放大器的传输特性传输特性反馈特性反馈特性uf=uiU1fmU10mU2fmQ稳定工作点稳定工作点根据放大电路的结构判断输出电压的瞬时

6、极性根据放大电路的结构判断输出电压的瞬时极性由三极管构成的放大电路由三极管构成的放大电路共射共射电路：输出电压信号和输入电压信号电路：输出电压信号和输入电压信号反相反相共集共集电路：输出电压信号和输入电压信号电路：输出电压信号和输入电压信号同相同相由集成运放构成的放大电路由集成运放构成的放大电路信号由信号由反相输入端输入反相输入端输入：输出电压信号和输入电压信：输出电压信号和输入电压信号号反相反相信号由信号由同相输入端输入同相输入端输入：输出电压信号和输入电压信：输出电压信号和输入电压信号号同相同相-u0TECRCC1RLC2+UCCRF+ui1）三极管构成的放大电路）三极管构成的放大电路反馈

7、引回到基极：反馈引回到基极：极性相反极性相反负反馈负反馈极性相同极性相同正反馈正反馈2）集成运放构成的放大电路）集成运放构成的放大电路+-+-R1R2uiRfu0输入信号和反馈信号加在同一个输入端：输入信号和反馈信号加在同一个输入端：极性相反极性相反负反馈负反馈极性相同极性相同正反馈正反馈输入信号和反馈信号分别加在不同的输入端：输入信号和反馈信号分别加在不同的输入端：+-R1R2uiRfu0极性相反极性相反正反馈正反馈极性相同极性相同负反馈负反馈（2）并联、串联反馈的判别：）并联、串联反馈的判别：1）三极管构成的放大电路）三极管构成的放大电路反馈引回到基极：反馈引回到基极：并联反馈并联反馈反馈

8、引回到发射极：反馈引回到发射极：串联反馈串联反馈2）集成运放构成的放大电路）集成运放构成的放大电路输入信号和反馈信号加在同一个输入端：并联反馈输入信号和反馈信号加在同一个输入端：并联反馈输入信号和反馈信号加在不同的输入端：串联反馈输入信号和反馈信号加在不同的输入端：串联反馈（3）电压、电流反馈的判别：）电压、电流反馈的判别：1）三极管构成的放大电路）三极管构成的放大电路共射电路共射电路如果如果反馈电路反馈电路从从集电极集电极引出：电压反馈；引出：电压反馈；如果如果反馈电路反馈电路从从发射极发射极引出：电流反馈。引出：电流反馈。电压并联负反馈电压并联负反馈TECRCC1RLC2+UCCRF对共集

9、电路对共集电路TBECC1RLC2RB+UCCRERE构成的构成的反馈电路反馈电路从放大电路从放大电路输出端输出端的发射极引出的发射极引出电压反馈电压反馈RCRC引入的是电流反馈。引入的是电流反馈。2）集成运放构成的放大电路）集成运放构成的放大电路反馈电路直接从输出端直接引出：电压反馈反馈电路直接从输出端直接引出：电压反馈反馈电路从负载电阻靠近地端引出的：电流反馈反馈电路从负载电阻靠近地端引出的：电流反馈电压并联负反馈电压并联负反馈+-R1R2uiRfu0电压串联负反馈电压串联负反馈+-R1R2uiRfu0电流串联负反馈电流串联负反馈+-R2uiu0RRL7.1.2 RC正弦波振荡电路正弦波振

10、荡电路 R1C1 串联阻抗：串联阻抗：R2C2 并联阻抗：并联阻抗：1.RC 串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性R1C2C1R2-+通常，取通常，取R1R2R，C1C2C截止频率截止频率则有：则有：R1C2C1-+R2且，相位且，相位当当|F|F+90-900RC串并联网络的频率特性曲线串并联网络的频率特性曲线2.RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路（1）电路的构成）电路的构成放大电路：由运放同相比例电路构成。放大电路：由运放同相比例电路构成。将将RC桥式电路作为振荡器的反馈电路和选频环节。桥式电路作为振荡器的反馈电路和选频环节。R1C1+-R1RfR2C2构成正反馈构成正反馈R1C1+-R

11、1RfR2C2+和和 相位相同。相位相同。+反馈系数：反馈系数：（2）振荡频率）振荡频率f0R1C1+-R1RfR2C2放大器的放大倍数：放大器的放大倍数：若若调调整整电电路路参参数数，使使Af略略3，则则电电路路会会在在f0处处产产生生自自激振荡，输出频率为激振荡，输出频率为f0的正弦波信号。的正弦波信号。RC串串并并联联网网络络中中的的电电阻阻和和电电容容采采用用双双联联电电位位器器和和电电容，改变容，改变R、C的值可以很方便地改变振荡频率的值可以很方便地改变振荡频率f0。RC振振荡荡器器的的调调节节范范围围小小于于1MHz（nHznkHz）。目前频率可调的音频电路大多采用这种形式。目前频

12、率可调的音频电路大多采用这种形式。（3）振荡幅值的稳定）振荡幅值的稳定 放放大大电电路路输输入入信信号号过过大大会会使使晶晶体体管管产产生生非非线线性性失失真真（工工作作到到非非线线性性区区）这这时时放放大大电电路路的的放放大大倍倍数数下下降降，也也使使输输出出下下降降，经经过过选选频频网网络络后后放放大大电电路路的的输输入入也也随随之之下下降降，输输入入下下降降后后，失失真真有有所所改改善善，又又使使A上上升升一一些，这样自动调节可维持到的幅值条件。些，这样自动调节可维持到的幅值条件。利利用用放放大大电电路路的的非非线线形形失失真真可可以以自自动动调调节节振振荡荡电电路路的的输输出出幅幅值值

13、，但但这这将将使使输输出出电电压压（信信号号）产产生生非非线线性性失失真真，那那么么怎怎样样才才能能使使振振荡荡电电路路振振幅幅稳稳定定，而而又又不产生非线失真呢？不产生非线失真呢？稳幅措施稳幅措施 稳幅措施的出发点稳幅措施的出发点:是在振荡幅值没有使晶体管达到饱和或截止前（线性是在振荡幅值没有使晶体管达到饱和或截止前（线性区），使振荡电路自动调节在区），使振荡电路自动调节在 的状态。的状态。R1C1+-R1RfR2C2方法方法1振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R1实现的。实现的。R1C1+-R1RfR2C2t R1是是正正温温度度系系数数热热敏敏电电阻阻，当当输输

14、出出电电压压升升高高，流流过过R1的电流越大，即温度升高，的电流越大，即温度升高，R1的阻值增加，的阻值增加，Af下降。下降。若若热热敏敏电电阻阻是是负负温温度度系系数数，应应放放置置在在Rf 的的位置。位置。起振时：起振时：二极管不导通二极管不导通R2+R3略大于略大于2R1，容易起振。，容易起振。随着随着uo的增加：的增加：二极管导通，短接二极管导通，短接R3，Af减小，减小，趋近于趋近于3，使输出使输出uo幅度保持一定。幅度保持一定。方法方法2R1+-R1R2R3R2C2C17.1.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 LC正正弦弦波波振振荡荡电电路路的的构构成成与与RC正正弦弦波波振振

15、荡荡电电路路相相似似，包包括括有有放放大大电电路路、正正反反馈馈网网络络、选选频频网网络络和和稳稳幅电路。幅电路。其正反馈网络和选频网络由其正反馈网络和选频网络由LC并联谐振电路构成。并联谐振电路构成。1.LC并联谐振特点并联谐振特点iuRCL（RL）谐振时的特征：谐振时电路显电阻性，且阻抗谐振时的特征：谐振时电路显电阻性，且阻抗最大最大 若若电电路路激激励励采采用用恒恒流流源源，谐谐振振时时LC并并联联电电路路的的端端电压为最大。电压为最大。谐振频率谐振频率 Is.RCL根据引入正反馈的形式不同可分为：根据引入正反馈的形式不同可分为：变变压压器器反反馈馈式式：很很容容易易起起振振。由由于于变

16、变压压器器分分布布参参数数的限制，振荡频率不高，一般在的限制，振荡频率不高，一般在nkHz至至nMHz。电电感感三三点点（反反馈馈）式式：容容易易起起振振，振振荡荡频频率率一一般般在在数数百百kHz至至数数十十MHz。适适用用于于频频繁繁改改变变频频率率的的场场合合（如如收收音音机机、信信号号发发生生器器等等）。一一般般采采用用改改变变电电感感进行粗调，改变电容进行细调。但波形较差进行粗调，改变电容进行细调。但波形较差电容三点（反馈）式：振荡频率可达电容三点（反馈）式：振荡频率可达100 100 MHz以上。以上。2.变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路1）电路组成）电路组成TBECCBR

17、B1+UCCRECERB2CLN1N2振荡频率振荡频率:1234初级线圈初级线圈次级线圈次级线圈同名端同名端1234+ii初级、次级线圈处的标记点初级、次级线圈处的标记点“”表示同名表示同名端。端。变压器同名端变压器同名端2）工作原理工作原理三极管共射放大器的输入输出信号反相。三极管共射放大器的输入输出信号反相。利用互感线圈的同名端实利用互感线圈的同名端实现正反馈。现正反馈。TBECCBRB1+UCCRECERB2CLN1N2+-+断开断开振荡频率振荡频率f0 0:C判断是否满足相位条件？判断是否满足相位条件？TBECC1RB1+UCCRECERB2L1RCC2CL2M为两线圈的互感为两线圈的

18、互感断开断开+-+-+3.电感三点式电感三点式正反馈正反馈振荡频率振荡频率:4.电容三点式电容三点式CTBECC1RB1+UCCRECERB2RCC2C2L断开断开+-+-+C1正反馈正反馈例例1：1）振荡器之所以能获得单一频率的正弦波输出电振荡器之所以能获得单一频率的正弦波输出电压是依靠振荡器中的那个环节？压是依靠振荡器中的那个环节？2）如图所示，变压器原边端点）如图所示，变压器原边端点a与副边端点与副边端点b和和c哪一个是同名端，才能使电路满足振荡的相位条哪一个是同名端，才能使电路满足振荡的相位条件？件？RB1TBECCB+UCCRECERB2CN1aN2N3RLbc例例2：判断电路能否振荡？：判断电路能否振荡？+-R1RfC1LC2-+R2+正反馈正反馈例例 3：共基电路：共基电路TECCRB1+UCCRECbRB2C1LC2+-+输出端：集电极输出端：集电极输入端：发射极输入端：发射极正反馈正反馈+UCCTECCFRB1RERB2CCbLL2L1标出同名端标出同名端+-7.1、7.3、7.4、7.5习题习题