《第8章信号发生电路.优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第8章信号发生电路.优秀PPT.ppt（40页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第第8章章 信号发生电路信号发生电路 8.1 引言引言 8.2 正弦波振荡电路组成及振荡条件正弦波振荡电路组成及振荡条件 8.3 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 8.4 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 8.5 非正弦波发生电路非正弦波发生电路 8.6 函数发生器函数发生器 1.产生正弦波振荡的条件是什么？如何推断产生正弦波振荡的条件是什么？如何推断一个电路能否产生正弦波振荡？一个电路能否产生正弦波振荡？2.正弦波振荡电路有哪几种？各有什么优缺正弦波振荡电路有哪几种？各有什么优缺点？点？3.石英晶体有几个谐振频率？石英晶体正弦石英晶体有几个谐振频率？石英晶体正弦波振荡电路有哪几种形式？波振荡
2、电路有哪几种形式？4.如何构成矩形波、三角波和锯齿波发生电如何构成矩形波、三角波和锯齿波发生电路？如何确定其信号的幅度和频率？路？如何确定其信号的幅度和频率？8.1 引言引言8.2正弦波振荡电路组成及振荡条件正弦波振荡电路组成及振荡条件放大电路放大电路反馈网络反馈网络假假如如反反馈馈电电压压 uf 与与原原输输入入信信号号 ui 完完全全相相等等，则则即即使使无无外外输输入入信信号号，放放大大电电路路输输出出端端也也有有一一个个正正弦弦波波信信号号自激振荡。自激振荡。(电路要引入正反馈电路要引入正反馈)正弦波振荡电路的方框图正弦波振荡电路的方框图由此知放大电路产生自激振荡的条件是：由此知放大电
3、路产生自激振荡的条件是：即：即：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：幅度平衡条件幅度平衡条件相位平衡条件相位平衡条件电路起电路起振的条件：振的条件：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分类：分类：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，振荡频率特
4、别稳定。石英晶体振荡电路，频率较高，振荡频率特别稳定。8.3RC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路RCRC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)1.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；稳幅环节稳幅环节 RF 与与 R 组成的负反馈电路。组成的负反馈电路。2.RC 串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性Z1Z2取取 R1=R2=R，C1=C2=C，令，令 则：则：得得 RC 串并联电路的幅串并联电路的幅频特性
5、为：频特性为：相频特性为：相频特性为：最大，最大，F=0。0 F01/3+90-903.振荡的建立与稳定振荡的建立与稳定振荡频率振荡频率起振条件起振条件f=f0 时，时，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：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：4.稳幅电路稳幅电路引引入入电电压压串串联联负负反反馈馈，可可以以提提高高放放大大倍倍数数的的稳稳定定性性，改改善振荡电路的输出波形，提高带负载实力。善振荡电路的输出波形，提高带负载实力。反馈系数反馈系数变变更更 RF，可可变变更更反反馈馈深深度度。增加负反馈深度，并且满足增加负反馈深度，并且满足
6、则则电电路路可可以以起起振振，并并产产生生比比较较稳稳定定而而失失真真较较小小的的正正弦弦波信号。波信号。反馈电阻反馈电阻 RF接受负温度系数的热敏电阻，接受负温度系数的热敏电阻，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。稳幅的稳幅的其它措施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利用二极管作为非线性环节利用二极管作为非线性环节5.推断
7、电路能否产生正弦波振荡的方法推断电路能否产生正弦波振荡的方法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；检检查查放放大大电电路路的的静静态态工工作作点点是是否否能能保保证证放放大大电电路路正正常工作；常工作；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推断相位平衡条件的方法是：瞬时极性法。推断相位平衡条件的方法是：瞬时极性法。估算振荡频率和起振条件估算振荡频率和起振条件推断是否满足振幅平衡条件。推断是否满足振幅平衡条件。8.4 LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 LC 并联谐振回路的频率特性并联谐振回路的频率特性当频率变更时，并联
8、电路阻抗当频率变更时，并联电路阻抗的大小和性质都发生变更。的大小和性质都发生变更。并联电路的导纳：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。并联谐振角频率并联谐振角频率令：令：谐振回路的品质因数谐振回路的品质因数当当 Q 1 时时谐振频率：谐振频率：回路回路等效阻抗等效阻抗：2.谐振阻抗：谐振阻抗：发生并联谐振时，发生并联谐振时，在谐振频率旁边，在谐振频率旁边，可见，可见，Q 值不同，回路的阻抗不同。值不同，回路的阻抗不同。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：F+90-90Q1Q2Q1 Q2感性感
9、性纯阻纯阻容性容性结论：结论：当当 f=f0 时时，电电路路为为纯纯电电阻阻性性，等等效效阻阻抗抗最最大大；当当 f f0 时时，电电路路为为容容性性。所以所以 LC 并联电路具有选频特性。并联电路具有选频特性。电电路路的的品品质质因因数数 Q 愈愈大大，选选频特性愈好。频特性愈好。8.4.2 变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路用用瞬瞬时时极极性性推推断断为为正正反反馈馈，所所以以满满足足自自激激振振荡荡的的相相位位平平衡衡条件。条件。-振荡频率振荡频率起振条件起振条件变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路8.4.3 三点式三点式LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路用用瞬瞬时时极极性性推推
10、断断为为正正反反馈馈，所所以以满满足足自自激激振振荡荡的的相相位位平平衡衡条件。条件。-振荡频率振荡频率起振条件起振条件1.电感三点式正弦波振荡电路电感三点式正弦波振荡电路用用瞬瞬时时极极性性推推断断为为正正反反馈馈，所所以以满满足足自自激激振振荡荡的的相相位位平平衡衡条件。条件。振荡频率振荡频率起振条件起振条件 -2.电容三点式正弦波振荡电路电容三点式正弦波振荡电路电容三点式改进型振荡电路电容三点式改进型振荡电路振荡频率振荡频率选择选择 C C1，C C2，则：则：减减小小了了三三极极管管极极间间电电容容对对振振荡荡频频率率的的影影响响，适适用用于于产生高频振荡。产生高频振荡。名称名称变压器
11、反馈式变压器反馈式电感反馈式电感反馈式电容反馈式电容反馈式电容反馈式改进型电容反馈式改进型电电路路形形式式振荡频率振荡频率起振条件起振条件同左同左频率调节方频率调节方法及范围法及范围频频率率可可调调，范范围围较宽。较宽。同左同左频频率率可可调调，范范围较小。围较小。同左同左振荡波形振荡波形一般一般较差较差好好好好频率稳定度频率稳定度可达可达 10-4同左同左可达可达 10-4 10-5可达可达 10-5适用频率适用频率几千赫几千赫 几十兆几十兆赫赫同左同左几兆赫几兆赫 一百一百兆赫兆赫同左同左各种各种 LC 振荡电路的比较振荡电路的比较8.4.4 石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路
12、石英晶体谐振器，简称石英晶体，具有特别稳石英晶体谐振器，简称石英晶体，具有特别稳定的固有频率。定的固有频率。1.石英晶体的特性及等效电路石英晶体的特性及等效电路压压电电效效应应：在在石石英英晶晶片片的的两两极极加加一一电电场场，晶晶片片将将产产朝朝气气械械变变形形；若若在在晶晶片片上上施施加加机机械械压压力力，在在晶晶片片相相应应的的方向上会产生确定的电场。方向上会产生确定的电场。压压电电谐谐振振：晶晶片片上上外外加加交交变变电电压压的的频频率率为为某某一一特特定定频率时，振幅突然增加。频率时，振幅突然增加。符号：符号：串联谐振频率串联谐振频率并联谐振频率并联谐振频率电抗频率特性电抗频率特性O
13、fXfsfp容性容性容性容性感感性性图图（1）串联型石英晶体振荡电路）串联型石英晶体振荡电路串联型石英晶体振荡电路串联型石英晶体振荡电路当当振振荡荡频频率率等等于于 fS 时时，晶晶体体阻阻抗抗最最小小，且且为为纯纯电电阻阻，此此时时正正反反馈馈最最强强，相相移移为为零零，电电路路满满足足自自激激振振荡条件。荡条件。振荡频率振荡频率调整调整 R 可变更反馈的强弱，以获得良好的正弦波。可变更反馈的强弱，以获得良好的正弦波。2.石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路（2）并联型石英晶体正弦波振荡电路）并联型石英晶体正弦波振荡电路沟通等效电路沟通等效电路振荡频率振荡频率由于由于8.5非正弦波发
14、生电路非正弦波发生电路非正弦波非正弦波：矩形波、三角波、尖顶波和阶梯波等矩形波、三角波、尖顶波和阶梯波等几种常见的非正弦波几种常见的非正弦波8.5.1 矩形波发生电路矩形波发生电路1.电路组成电路组成RC 充放电充放电回路回路滞回滞回比较器比较器滞回比较器：集成运放、滞回比较器：集成运放、R1、R2；充放电回路：充放电回路：R、C；（延迟环节、反馈网络）（延迟环节、反馈网络）钳位电路：钳位电路：VDZ、R3。（稳幅环节）（稳幅环节）2.工作原理工作原理设设 t=0 时，时，uC=0，uO=+UZ则则tOuCOuOtu+u-当当 u-=uC=u+时，时，t1t2则则当当 u-=uC=u+时，输出
15、又时，输出又一次跳变，一次跳变，uO=+UZ输出跳变，输出跳变，uO=-UZ3.参数分析参数分析周期周期T对于放电，对于放电，解得：解得：结结论论：变变更更充充放放电电回回路路的的时时间间常常数数及及滞滞回回比比较较器器的的电电阻，即可变更振荡周期。阻，即可变更振荡周期。t1t2tOuCOuOtt34.占空比可调的矩形波发生电路占空比可调的矩形波发生电路使电容的充、放电时间常数不使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。占空比可调。tOuCuOtOT1T2T充电时间充电时间 T1放电时间放电时间 T2占空比占空比 D8.5.2 三角波发生
16、电路三角波发生电路1.电路组成电路组成uO1为方波为方波电路分析电路分析uO2为三角波为三角波接受波形变换的方法得到三角波接受波形变换的方法得到三角波2.工作原理工作原理当当 u+=u-=0 时时，滞滞回回比比较较器的输动身生跳变。器的输动身生跳变。好用电路好用电路左边是同相输入滞回比较器左边是同相输入滞回比较器右边为反向积分运算电路右边为反向积分运算电路R3R4传输特性传输特性+UT-UT+UZ-UZuOuIOuO1tOuOt当当 u+=u-=0 时时，滞滞回回比比较较器的输动身生跳变。器的输动身生跳变。R3R4设设t=0时，时，uO1=+UZ u0=0 3.参数分析参数分析解得三角波的解得
17、三角波的输出幅度输出幅度当当 u+=u-=0 时，时，uO1 跳变为跳变为-UZ，uO 达到最大值达到最大值 Uom。振荡周期振荡周期调整电路中的调整电路中的R1、R2、R3阻值和阻值和C的容量，可变更振荡频率，的容量，可变更振荡频率，调整调整R1、R2的阻值，可变更三角波的幅值。的阻值，可变更三角波的幅值。8.5.3 锯齿波发生电路锯齿波发生电路1.电路组成电路组成OuO1tOuOtT1T2T2.参数分析参数分析正向积分时间常数远大于反正向积分时间常数远大于反向积分时间常数或者相反。向积分时间常数或者相反。8.6 函数发生器函数发生器函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成
18、函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路；当调整外部电路参数时，还可获得占空比可调的矩形波和锯电路；当调整外部电路参数时，还可获得占空比可调的矩形波和锯齿波。齿波。8.6.1 函数发生器的构成函数发生器的构成（ICL8038）二个电流源二个电流源二个同相输入二个同相输入单限比较器单限比较器RS触发器触发器二个缓冲电路二个缓冲电路三角波变正弦波电路三角波变正弦波电路 ICL8038函数发生器原理框图函数发生器原理框图当当 Q=0，S 断开，断开，C 充电充电(IS1)至至 2/3VCCQ=1当当 Q=1，S 闭合，闭合，C 放电放电(IS2-IS1)至至 1/3VCCQ=0
19、当当 IS2=2IS1，引脚，引脚 9 输出方波，引脚输出方波，引脚 3 输出三角波；输出三角波；当当 IS2 2IS1，引脚引脚 9 输出矩形波，引脚输出矩形波，引脚 3 输出锯齿波。输出锯齿波。1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理Q Qn+1n+1=S S+RQRQn n ICL8038函数发生器原理框图函数发生器原理框图2.典型应用典型应用12345678ICL803814131211109正弦波正弦波失真度调整失真度调整正弦波失正弦波失真度调整真度调整正弦波输出正弦波输出三角波输出三角波输出矩形波输出矩形波输出调频偏置调频偏置电压输入电压输入调频偏置调频偏置电压输出电压输出接电阻接电阻 RA接电阻接电阻 RB接电容接电容 C+VCC-VEE(或地或地)ICL8038的引脚图的引脚图ICL8038可单电源供电，也可双电源供电。可单电源供电，也可双电源供电。ICL8038的两种基本接法的两种基本接法(a)接法之一接法之一 (b)接法之二接法之二调占空比和正弦波失真调频率调占空比和正弦波失真RW1RP4 RW2+VCC-VEERRAICL8038451310 11128RBRP3CC1692失真度减小和频率可调电路失真度减小和频率可调电路