第8章信號(hào)發(fā)生電路

第8章信號(hào)發(fā)生電路8.1引言8.2正弦波振蕩電路組成及振蕩條件8.3RC正弦波振蕩電路8.4LC正弦波振蕩電路8.5非正弦波發(fā)生電路8.6函數(shù)發(fā)生器1.產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是什么？如何判斷一個(gè)電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩？2.正弦波振蕩電路有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？3.石英晶體有幾個(gè)諧振頻率？石英晶體正弦波振蕩電路有哪幾種形式？4.如何構(gòu)成矩形波、三角波和鋸齒波發(fā)生電路？如何確定其信號(hào)的幅度和頻率？8.1引言8.2正弦波振蕩電路組成及振蕩條件~放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)如果反饋電壓uf與原輸入信號(hào)ui完全相等，則即使無(wú)外輸入信號(hào)，放大電路輸出端也有一個(gè)正弦波信號(hào)——自激振蕩。(電路要引入正反饋)正弦波振蕩電路的方框圖由此知放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：即：所以產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是：——幅度平衡條件——相位平衡條件電路起振的條件：組成：放大電路：集成運(yùn)放選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：非線性環(huán)節(jié)，使輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定分類：RC正弦波振蕩電路，頻率較低，在1MHz以下。LC正弦波振蕩電路，頻率較高，在1MHz以上。石英晶體振蕩電路，頻率較高，振蕩頻率非常穩(wěn)定。8.3RC正弦波振蕩電路RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路也稱RC橋式正弦波振蕩電路或稱文氏振蕩電路(Wien)1.電路組成放大電路——集成運(yùn)放A；選頻與正反饋網(wǎng)絡(luò)——R、C串并聯(lián)電路；穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——RF與R組成的負(fù)反饋電路。2.RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性Z1Z2取R1=R2=R，C1=C2=C，令

則：得RC串并聯(lián)電路的幅頻特性為：相頻特性為：最大，F(xiàn)=0。0F01/3+90o-90o3.振蕩的建立與穩(wěn)定振蕩頻率起振條件f=f0時(shí)，由振蕩條件知：所以起振條件為：同相比例運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)為即要求：4.穩(wěn)幅電路引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，提高帶負(fù)載能力。反饋系數(shù)改變RF，可改變反饋深度。增加負(fù)反饋深度，并且滿足則電路可以起振，并產(chǎn)生比較穩(wěn)定而失真較小的正弦波信號(hào)。反饋電阻RF采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻，均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)幅。穩(wěn)幅的其它措施電流增大時(shí)，二極管動(dòng)態(tài)電阻減小。電流減小時(shí)，動(dòng)態(tài)電阻增大，加大非線性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。在RF回路中串聯(lián)二個(gè)并聯(lián)的二極管利用二極管作為非線性環(huán)節(jié)5.判斷電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩的方法檢查電路是否具備正弦波振蕩的組成部分；檢查放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是否能保證放大電路正常工作；分析電路是否滿足自激振蕩的相位平衡條件判斷相位平衡條件的方法是：瞬時(shí)極性法。估算振蕩頻率和起振條件判斷是否滿足振幅平衡條件。8.4LC正弦波振蕩電路8.4.1LC并聯(lián)諧振回路的頻率特性當(dāng)頻率變化時(shí)，并聯(lián)電路阻抗的大小和性質(zhì)都發(fā)生變化。并聯(lián)電路的導(dǎo)納：當(dāng)電路發(fā)生并聯(lián)諧振。并聯(lián)諧振角頻率令：——諧振回路的品質(zhì)因數(shù)當(dāng)Q

>>1時(shí)諧振頻率：回路等效阻抗：2.諧振阻抗：發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，在諧振頻率附近，可見(jiàn)，Q值不同，回路的阻抗不同。不同Q值時(shí)，LC并聯(lián)電路的幅頻特性：Z01Z02Q1

>Q2Q1Q2相頻特性：F+90o-90oQ1Q2Q1

>Q2感性純阻容性結(jié)論：當(dāng)f=f0時(shí)，電路為純電阻性，等效阻抗最大；當(dāng)f

<

f0時(shí)，電路為感性；當(dāng)f

>

f0時(shí)，電路為容性。所以LC并聯(lián)電路具有選頻特性。電路的品質(zhì)因數(shù)Q愈大，選頻特性愈好。8.4.2變壓器反饋式振蕩電路用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。-振蕩頻率起振條件變壓器反饋式振蕩電路8.4.3三點(diǎn)式LC正弦波振蕩電路用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。---振蕩頻率起振條件1.電感三點(diǎn)式正弦波振蕩電路用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。振蕩頻率起振條件----2.電容三點(diǎn)式正弦波振蕩電路電容三點(diǎn)式改進(jìn)型振蕩電路振蕩頻率選擇C<<C1，C<<C2，則：減小了三極管極間電容對(duì)振蕩頻率的影響，適用于產(chǎn)生高頻振蕩。名稱變壓器反饋式電感反饋式電容反饋式電容反饋式改進(jìn)型電路形式振蕩頻率起振條件同左頻率調(diào)節(jié)方法及范圍頻率可調(diào)，范圍較寬。同左頻率可調(diào)，范圍較小。同左振蕩波形一般較差好好頻率穩(wěn)定度可達(dá)10-4同左可達(dá)10-4~10-5可達(dá)10-5適用頻率幾千赫~幾十兆赫同左幾兆赫~一百兆赫同左各種LC振蕩電路的比較8.4.4石英晶體正弦波振蕩電路石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱石英晶體，具有非常穩(wěn)定的固有頻率。1.石英晶體的特性及等效電路

壓電效應(yīng)：在石英晶片的兩極加一電場(chǎng)，晶片將產(chǎn)生機(jī)械變形；若在晶片上施加機(jī)械壓力，在晶片相應(yīng)的方向上會(huì)產(chǎn)生一定的電場(chǎng)。

壓電諧振：晶片上外加交變電壓的頻率為某一特定頻率時(shí)，振幅突然增加。符號(hào)：串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率電抗頻率特性O(shè)fXfsfp容性容性感性圖8.1.28（1）串聯(lián)型石英晶體振蕩電路串聯(lián)型石英晶體振蕩電路當(dāng)振蕩頻率等于fS時(shí)，晶體阻抗最小，且為純電阻，此時(shí)正反饋?zhàn)顝?qiáng)，相移為零，電路滿足自激振蕩條件。振蕩頻率調(diào)節(jié)R可改變反饋的強(qiáng)弱，以獲得良好的正弦波。2.石英晶體正弦波振蕩電路（2）并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路交流等效電路振蕩頻率由于8.5非正弦波發(fā)生電路非正弦波：矩形波、三角波、尖頂波和階梯波等幾種常見(jiàn)的非正弦波8.5.1矩形波發(fā)生電路1.電路組成RC充放電回路滯回比較器滯回比較器：集成運(yùn)放、R1、R2；充放電回路：R、C；（延遲環(huán)節(jié)、反饋網(wǎng)絡(luò)）鉗位電路：VDZ、R3。（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）2.工作原理設(shè)t=0時(shí)，uC=

0，uO=+UZ則tOuCOuOtu+u-當(dāng)u-=uC

=u+時(shí)，t1t2則當(dāng)u-=uC

=u+時(shí)，輸出又一次跳變，uO=+UZ輸出跳變，uO=-UZ3.參數(shù)分析周期T對(duì)于放電，解得：結(jié)論：改變充放電回路的時(shí)間常數(shù)及滯回比較器的電阻，即可改變振蕩周期。t1t2tOuCOuOtt34.占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路使電容的充、放電時(shí)間常數(shù)不同且可調(diào)，即可使矩形波發(fā)生器的占空比可調(diào)。tOuCuOtOT1T2T充電時(shí)間T1放電時(shí)間T2占空比D8.5.2三角波發(fā)生電路1.電路組成uO1為方波電路分析uO2為三角波采用波形變換的方法得到三角波2.工作原理當(dāng)u+=u-

=0時(shí)，滯回比較器的輸出發(fā)生跳變。實(shí)用電路左邊是同相輸入滯回比較器右邊為反向積分運(yùn)算電路R3R4傳輸特性+UT-UT+UZ-UZuOuIOuO1tOuOt當(dāng)u+=u-

=0時(shí)，滯回比較器的輸出發(fā)生跳變。R3R4設(shè)t=0時(shí)，uO1=+UZ

u0=03.參數(shù)分析解得三角波的輸出幅度當(dāng)u+=u-

=0時(shí)，uO1跳變?yōu)?UZ，uO達(dá)到最大值Uom。振蕩周期調(diào)節(jié)電路中的R1、

R2、R3阻值和C的容量，可改變振蕩頻率，調(diào)節(jié)R1、

R2的阻值，可改變?nèi)遣ǖ姆怠?.5.3鋸齒波發(fā)生電路1.電路組成OuO1tOuOtT1T2T2.參數(shù)分析正向積分時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于反向積分時(shí)間常數(shù)或者相反。8.6函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的專用集成電路；當(dāng)調(diào)節(jié)外部電路參數(shù)時(shí)，還可獲得占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。8.6.1函數(shù)發(fā)生器的構(gòu)成（ICL8038）二個(gè)電流源二個(gè)同相輸入單限比較器RS觸發(fā)器二個(gè)緩沖電路三角波變正弦波電路③

②ICL8038函數(shù)發(fā)生器原理框圖當(dāng)Q=0，S斷開，C充電(IS1)至2/3VCCQ=1當(dāng)Q=1，S閉合，C放電(IS2

-IS1)至1/3VCCQ=0當(dāng)IS2

=2IS1，引腳9輸出方波，引腳3輸出三角波；當(dāng)IS2

<2IS1，引腳9輸出矩形波，引腳3輸出鋸齒波。1.電路組成及工作原理Qn+1=S+RQn③

②ICL8038函數(shù)發(fā)生器原理框圖2.典型應(yīng)用12345678ICL803814131211109正弦波失真度調(diào)整正弦波失真度調(diào)整正弦波輸出三角波輸出矩形波輸出調(diào)頻偏置電壓輸入調(diào)頻偏置電壓輸出接電阻RA接電阻R