模拟电路CHAP09信号产生电路.ppt

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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*9.5 集成函数发生器8038简介19.1 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2 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 去掉 仍有稳定的输出又所以振荡条件为振幅平衡条件相位平衡条件3起振条件2.起振和稳幅#振 振荡 荡电 电路 路是 是单 单口 口网 网络 络，无 无须 须输 输入 入信 信号 号就 就能 能起 起振 振，起 起振 振的 的信号源来自何处？信号源来自何处？电路器件内部噪声 当输出信

2、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44放大电路（包括负反馈放大电路）3.基本组成部分4反馈网络（构成正反馈）4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。）4稳幅环节59.2 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61.电路组成反馈网络兼做选频网络7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82.RC 串并联选

3、频网络的选频特性当幅频响应有最大值相频响应93.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当时，(+)(+)(+)(+)Av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10采用非线性元件4.稳幅措施4热敏元件起振时，即热敏电阻的作用稳幅热敏电阻11采用非线性元件4.稳幅措施4场效应管（JFET）稳幅原理稳幅整流滤波T 压控电阻可变电阻区，斜率随vGS不同而变化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；12采用非线性元

4、件4.稳幅措施4二极管139.3 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141.等效阻抗9.3.1 LC 并联谐振回路选频特性等效损耗电阻一般有 则当 时，电路谐振。为谐振频率谐振时 阻抗最大，且为纯阻性其中为品质因数同时有即152.频率响应9.3.1 LC 并联谐振回路选频特性16 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.幅值平衡条件4.稳幅5.选频 通过选

5、择高 值的BJT和调整变压器的匝数比，可以满足，电路可以起振。BJT进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。（定性分析）17(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)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18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并联电路电容三点式电感三点式 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。199.3.3 三点式LC 振荡电路2.电感三点式振荡电路209.

6、3.3 三点式LC 振荡电路3.电容三点式振荡电路21Q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 500000229.3.4 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晶体机械变形晶体产生电场压电效应交变电压 机械振动 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239.3.4 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

7、B.并联谐振通常所以249.3.4 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259.3.4 石英晶体振荡电路3.石英晶体振荡电路26*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27，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=15V，A0=105 时，可以认为vI 0 时，vO

8、max=+VCCvI 0 时，vOmax=-VEE（过零比较器）运算放大器工作在非线性状态下289.4.1 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29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？309.4.1 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，输出波形如图所示。319.4.1 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

9、加参考电压的反相输入迟滞比较器-+voRR1R2vi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参考电压由输出电压决定322.迟滞比较器9.4.1比较器-+voRR1R2vi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：vovi0VOHVOLVT+VT-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。332.迟滞比较器9.4.1比较器tvOVOHVOLtviVT+VT-例：反相输入迟滞比较器的输入

10、为正弦波时，画出输出的波形。-+voRR1R2vi342.迟滞比较器9.4.1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：vovi0VOHVOLVT+VT-+vo RR1R2viVREF352.迟滞比较器9.4.1比较器反相输入迟滞比较器两种电路传输特性的比较:-+voRR1R2vivovi0VOHVOLVT+VT-+voRR1R2viVREFvovi0VOHVOLVT+VT-362.迟滞比较器9.4.1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。voDZR3R1R2viR4VZ=10V-+A372.迟滞比较器9.4.1比较器vP=0 时翻转

11、，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=VOLA.没加参考电压的同相输入迟滞比较器voRR2R1vi-+A382.迟滞比较器9.4.1比较器vovi0VOHVOL传输特性曲线VT+VT-上下门限电压：voRR2R1vi-+A392.迟滞比较器9.4.1比较器上下门限电压：当vo=VOH时：当vo=VOL时：B.加上参考电压后的上行迟滞比较器voRR2R1viVREF-+A402.迟滞比较器9.4.1比较器传输特性：VT+VT-vovi0VOHVOL对照voRR2R1vi-+AvoRR2R1viVREF-+Avovi0VOH

12、VOLVT+VT-419.4.2 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。vcvoRfR2R1C+-+A429.4.2 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+0tvoVOHVOLVT+vc0t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 vcvoRfR2R1C+-+A439.4.2 方波产生电路此时，C 经输出端放电。(2)当vo=VOL 时，vP=VT-vc降到VT-时，vo上翻。VT+vctVT-当vo

13、 重新回到VOH以后，电路又进入另一个周期性的变化。vcvoRfR2R1C+-+A449.4.2 方波产生电路0VT+vctVT-VOHvo0tVOLT输出波形：vcvoRfR2R1C+-+A459.4.2 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：vcvoRfR2R1C+-+A469.4.2 方波产生电路方波发生器电路的改进：vcRfR2R1C+R-+AvoVZvcvoRfR2R1C+-+A479.4.2 方波产生电路vcRfR2R1C+R-+AvoVZ3 周期与频率的计算vc0VT+tVT-T/2T/

14、2voVZVZ489.4.2 方波产生电路vc0FVZt-FVZT/2T/2voVZVZvc上升阶段表示式:499.4.2 方波产生电路vcRfR2R1C+R-+AvoVZ509.4.2 方波产生电路通常将矩形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。Rf2Rf1D1D2N O519.4.3 锯齿波产生电路反向积分电路方波发生器电路一：方波发生器 矩形波积分电路三角波RR1R2C+vcRR2Cvo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。-+A-+A529.4.3 锯齿波产

15、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。vo0vo1tVOHVOLRR1R2C+vcRR2Cvovo1-+A-+A539.4.3 锯齿波产生电路电路二：电路一的改型vovo1R02R01RCR2 R1反向积分电路同相输入迟滞比较器特点：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。-+A1-+A2549.4.3 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。+V-VRWvovo1R02R01RCR2 R1-+A1-+A

16、1559.4.3 锯齿波产生电路tvoT1T2R2R1RR2CvoR+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-+A1-+A2569.4.3 锯齿波产生电路R2R1RR2CvoR+-+A1-+A2vo1vo0vo1tVZ-VZVT+VT-T1T2579.4.4 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。R2R1viR3CvoRvo1D1D2-+A1-

17、+A258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翻转到-VZ，这时，D1、D2导通，电容C快速放电，vo上升，当vo上升到VT+时vo1翻转到+VZ。如此周期变化。vo为锯齿波。工作原理：vctvcVT+VT-votVT-VT+9.4.4 压频转换电路R2R1viR3CvoRvo1D1D2-+A1-+A259由电路的工作情况可知：改变电压vivo的频率变化充电电压变化压频转换电路充电时间变化9.4.4 压频转换电路R2R1viR3CvoRvo1D1D2-+A1-+A2tvcVT+VT-60由工作原理可知，vo在VT-、VT+之间变化：9.4.4 压频转换电路R2R1viR3CvoRvo1D1D2-+A1-+A2votVT-VT+T61作业9.2.2 9.2.59.3.3 9.4.562