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1、第九章第九章 信号产生电路信号产生电路概述概述1 1 正弦波振荡器的振荡条件正弦波振荡器的振荡条件2 2 RCRC正弦波正弦波振荡电路振荡电路3 3 LC LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性电路的构成电路的构成振荡的建立与稳定、振荡频率与调整振荡的建立与稳定、振荡频率与调整LC选频放大电路选频放大电路变压器反馈变压器反馈 LC LC 振荡器振荡器三点式三点式 LC LC 振荡电路振荡电路石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路4 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路比较器比较器方波产生电路方波产生电路信号产生电路概述信号产生电路概述信号产生电路概述信号
2、产生电路概述常用的正弦波振荡器：常用的正弦波振荡器：常用的正弦波振荡器：常用的正弦波振荡器：LCLC振荡电路振荡电路振荡电路振荡电路:输出功率大、频率高。输出功率大、频率高。输出功率大、频率高。输出功率大、频率高。RCRC振荡电路振荡电路振荡电路振荡电路:输出功率小、频率低。输出功率小、频率低。输出功率小、频率低。输出功率小、频率低。石英晶体振荡电路：频率稳定度高。石英晶体振荡电路：频率稳定度高。石英晶体振荡电路：频率稳定度高。石英晶体振荡电路：频率稳定度高。应用：应用：应用：应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、无线电通讯、广播电视，工业上
3、的高频感应炉、无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号（又称振荡器）。频率和幅值的交流信号（又称振荡器）。频率和幅值的交流信号（又称振荡器）。频率和幅值的交流信号（又称振荡器）。输出的交流电能是从电源输出的交流
4、电能是从电源输出的交流电能是从电源输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。的直流电能转换而来的。的直流电能转换而来的。的直流电能转换而来的。正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。选频网络的正反馈放大电路。选频网络的正反馈放大电路。选频网络的正反馈放大电路。信号发生器从波形上分为正弦波振荡器和非正弦信号发生器从波形上分为正弦波振荡器和非正弦信号发生器从波形上分为正弦波振荡器和非正弦信号发生器从波形上分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器（方波、锯齿波、三角波等
5、）。波振荡器（方波、锯齿波、三角波等）。波振荡器（方波、锯齿波、三角波等）。波振荡器（方波、锯齿波、三角波等）。信号发生器：信号发生器：振荡波形：振荡波形：正弦波振荡器：正弦波振荡器：正弦波振荡器：正弦波振荡器：9 9 9 9、1 1 1 1 正弦波振荡器的振荡条件正弦波振荡器的振荡条件正弦波振荡器的振荡条件正弦波振荡器的振荡条件AF=a+f=2n振荡条件幅度平衡条件 相位平衡条件n=0,1,2 仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。
6、2 2）幅度条件幅度条件幅度条件幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，必须有足够的反馈表明反馈放大器要产生自激振荡，必须有足够的反馈表明反馈放大器要产生自激振荡，必须有足够的反馈表明反馈放大器要产生自激振荡，必须有足够的反馈 量量量量(可以通过调整放大倍数可以通过调整放大倍数可以通过调整放大倍数可以通过调整放大倍数A A 或反馈系数或反馈系数或反馈系数或反馈系数F F 达到达到达到达到)。3 3）起振及稳幅振荡的过程起振及稳幅振荡的过程起振及稳幅振荡的过程起振及稳幅振荡的过程 起振过程中起振过程中起振过程中起振过程中:要求要求要求要求|AF|1 ，稳定振荡时稳定振荡时稳定振荡时稳定振荡时:要求
7、要求要求要求|AF|=1 ，从从从从 A Au uF F 1 1 到到到到 A Au uF F =1 1，就是自激振荡建立的过程。，就是自激振荡建立的过程。，就是自激振荡建立的过程。，就是自激振荡建立的过程。可使输出电压的幅度不断增大。可使输出电压的幅度不断增大。可使输出电压的幅度不断增大。可使输出电压的幅度不断增大。使输出电压的幅度得以稳定。使输出电压的幅度得以稳定。使输出电压的幅度得以稳定。使输出电压的幅度得以稳定。起始信号的产生：起始信号的产生：起始信号的产生：起始信号的产生：电源接通时，在电路中激起一个微小的扰动电源接通时，在电路中激起一个微小的扰动电源接通时，在电路中激起一个微小的扰
8、动电源接通时，在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。讨论：讨论：1 1）相位条件相位条件相位条件相位条件意味着振荡电路在意味着振荡电路在意味着振荡电路在意味着振荡电路在频率频率频率频率f f f f0 0 0 0下下下下必须是必须是必须是必须是正反馈正反馈正反馈正反馈；正弦波振荡电路只在一个频率正弦波振荡电路只在一个频率正弦波振荡电路只在一个频率正弦波振荡电路只在一个频率(f(f0 0)下满足
9、下满足下满足下满足相位平衡条件。相位平衡条件。相位平衡条件。相位平衡条件。所以所以所以所以正弦波振荡电路正弦波振荡电路正弦波振荡电路正弦波振荡电路必须有一个必须有一个必须有一个必须有一个选频网络选频网络。选频网络选频网络可设在可设在 中或中或 中。中。选频网络选频网络选频网络选频网络由由由由 RC RC RC RC元件或元件或元件或元件或 LC LC LC LC元件组成元件组成元件组成元件组成。9.2 RC正弦波正弦波振荡电路振荡电路电路原理电路原理(1)电路的构成电路的构成 RC 串并联网络是串并联网络是正反馈网络，正反馈网络，Rf 和和R1为负反馈网络。为负反馈网络。RC串并联网络与串并联
10、网络与Rf、R1负反馈支路正好构成一个桥负反馈支路正好构成一个桥路，称为路，称为桥式桥式。（2 2）RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性令0=1/RC反馈系数反馈系数=0=1/RC或或 f=f0=1/2RCFVmax=1/3RC串并联网络的频率特性曲线串并联网络的频率特性曲线 当当 f=f f=f0 0 时的反时的反馈系数馈系数 F FVmaxVmax=1/3=1/3。此时。此时的相角的相角 f f=0=0。改变。改变RCRC可可调节谐振频率调节谐振频率稳定振荡条件稳定振荡条件稳定振荡条件稳定振荡条件 A Au uF F =1=1，|F F|=1/3|=1/3，则，则，则，则起
11、振条件起振条件起振条件起振条件 A Au uF F 1 1，因为，因为，因为，因为|F F|=1/3|=1/3，则，则，则，则 考虑到起振条件考虑到起振条件 AuF 1,一般应选取一般应选取 RF 略大略大2R1。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重非线性如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重非线性失真。失真。由运放构成的由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路要通过在串并联正弦波振荡电路要通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。外部引入负反馈来达到稳幅的目的。(3)(3)振荡的建立与稳定振荡的建立与稳定(4)振荡频率与振荡波形振荡频率与振荡波形 因为因为 A=0，而仅在，而仅在 f 0处处
12、F=0，满足相位平衡条件，满足相位平衡条件，所以振荡频率所以振荡频率 f 0=1 2 RC。改变改变R、C可改变振荡频率可改变振荡频率RC振荡电路的振荡频率一般在振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。以下。振荡频率由相位平衡条件决定。振荡频率由相位平衡条件决定。振荡频率为单一频率振荡频率为单一频率 f 0，故，故振荡波形是正弦波振荡波形是正弦波(5)(5)(5)(5)稳幅措施稳幅措施稳幅措施稳幅措施 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。R1是正温度是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，系数热敏电阻，当输出电压升高，R1上所加的电压升高，即上所加的
13、电压升高，即温度升高，温度升高，R1的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在Rf 的的位置。位置。+R RF FR R C CC C u uOO +S SS SR R1 1R R2 2R R3 3R R3 3R R2 2R R1 1 改变开关改变开关改变开关改变开关KK的位置可改变选频的位置可改变选频的位置可改变选频的位置可改变选频网络的电阻，实现频率粗调；网络的电阻，实现频率粗调；网络的电阻，实现频率粗调；网络的电阻，实现频率粗调；改变电容改变电容改变电容改
14、变电容C C 的大小可实现频率的大小可实现频率的大小可实现频率的大小可实现频率的细调。的细调。的细调。的细调。振荡频率振荡频率振荡频率的调整：振荡频率的调整：振荡频率的调整：振荡频率的调整：例例例例 1 1：.试分析试分析D1、D2自动稳幅原理；自动稳幅原理；.估算输出电压估算输出电压V0m；(VD=0.6V).若若R2短路时，试画出短路时，试画出V0的波形；的波形；.若若R2开路时，试画出开路时，试画出V0的波形；的波形；解：解：解：解：.稳幅原理稳幅原理 当当v v0 0幅值很小时，幅值很小时，D1、D2接近接近开路，开路，R3=2.7K。当当v v0 0幅值较大时幅值较大时，D1或或D2
15、导通，导通，R3减小，减小，AV下降。下降。V V V V0 0 0 0 幅值趋与稳定幅值趋与稳定幅值趋与稳定幅值趋与稳定。起振。起振。起振。起振。.估算输出电压估算输出电压V V0m0m(设设V VD D=0.6V)=0.6V)II1.若若R R2 2短路时短路时(4).若若R2开路时，输出电压开路时，输出电压V0的波形的波形AV UN时时,uo=+Uom当当uP UR时时,uo=+Uom当当ui UR时时,uo=-Uom 特点特点:运放处于开环状态运放处于开环状态9.4.1 比较器比较器一、单门限电压比较器一、单门限电压比较器+uouiURuoui0+Uom-UomUR当当ui UR时时,
16、uo=-Uom 若若ui从反相端输入从反相端输入uoui0+UOM-UOM+uoui过零比较器过零比较器:当当UR=0时时+uouiuoui0+UOM-UOM+uouituituo+Uom-Uom例题：利用电压比例题：利用电压比较器将正弦波变为较器将正弦波变为方波。方波。电压比较器应用举例：电压比较器应用举例：vivovo1 电路分析：电路分析：传输特性：传输特性：输入输出波形输入输出波形1.迟滞比较器迟滞比较器(下行下行)特点特点:电路中使用正反馈电路中使用正反馈,运放处于非线性状态运放处于非线性状态1、因为有正反馈，所以输、因为有正反馈，所以输出饱和。出饱和。2、当、当uo正饱和时正饱和时
17、(uo=+UOM)：+om211PUURRRUT T=+=3、当、当uo负饱和时负饱和时(uo=-UOM)：-om211PUURRRUT T=+-=+uoRR2R1uiU+二、迟滞比较器二、迟滞比较器+uoRR2R1uiU+迟滞比较器迟滞比较器(续续)uoui0+Uom-UomUT+UT-设设ui ,当当ui=UT+,uo从从+UOM -UOM传输特性传输特性uoui0+Uom-UomUT+UT-UT+上门限电压上门限电压UT-下门限电压下门限电压UT+-UT-称为回差称为回差om211URRR+=+UT Tom211URRR+=-=-UT TtuiUT+UT-tuoUom-Uom例例:设输入
18、为正弦波设输入为正弦波,画出输出的波形。画出输出的波形。+uoRR2R1uiUP加上参考电压后的迟滞比较器加上参考电压后的迟滞比较器(下行下行)：+uoRR2R1uiUR上下限：上下限：uoui0UT+UT-传输特性传输特性+UOM-UOM例题：例题：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V，UR=9V当当输入输入ui为如图所示的波形时，画为如图所示的波形时，画 出输出出输出uo的波形。的波形。uoui0UT+UT-+uoRR2R1uiUR传输特性传输特性上下限：上下限：=10V=2V2V10Vuiuo+UOM-UOMuoui0102传输特性传输特性+UOM-UOM+uoRR2R1uiUR
19、+uoRR2R1uiURuoui0UT+UT-+uoRR2R1uiU+uoui0+Uom-UomUT+UT-迟滞比较器两种电路迟滞比较器两种电路传输特性传输特性的比较的比较:1.电路结构电路结构迟滞比较器，输出经积分电路迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的输入端。再输入到此比较器的输入端。上下限上下限:+RfR2R1Cucuo9.4.2 9.4.2 方波发生器方波发生器2.工作原理：工作原理：(1)设设 uo=+UOM,此时，输出给此时，输出给C 充电充电,uc 则：则：u+=U+H+RR1R2C+ucuo0tuoUOM-UOMucU+H0t一旦一旦 uc U+H,就有就有 u-u+,在在 uc U+H 时，时，u-RwcUOMuo0t-UOM2 迟滞比较器（施密特比较器）迟滞比较器（施密特比较器）电路构成：电路构成：工作原理分析：工作原理分析：9.4.2 方波产生电路方波产生电路基本电路构成：基本电路构成：工作原理分析：工作原理分析：加入双向限幅电路时的分析：加入双向限幅电路时的分析：振荡周期频率的计算：振荡周期频率的计算：改变占空比的方法：改变占空比的方法：本章结束石英晶体振荡电路举例石英晶体振荡电路举例