《信號產(chǎn)生電路 》課件

信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路是電子系統(tǒng)中的核心組成部分之一，負(fù)責(zé)生成各種形式的電信號。這些電信號可作為設(shè)備的輸入或輸出，用于控制、檢測和分析各類電子設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。課程目標(biāo)掌握信號產(chǎn)生電路的基本原理了解信號產(chǎn)生電路的類型、工作原理及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。學(xué)習(xí)信號產(chǎn)生電路的典型應(yīng)用熟悉信號產(chǎn)生電路在各類電子設(shè)備中的實(shí)際應(yīng)用。掌握失真分析與抑制技術(shù)學(xué)習(xí)信號失真的產(chǎn)生原因和相關(guān)的抑制方法。理解基本振蕩電路的原理學(xué)習(xí)RC振蕩電路和LC振蕩電路的工作原理及其特點(diǎn)。信號產(chǎn)生電路的概述信號產(chǎn)生電路是電子電路設(shè)計(jì)中的一個重要組成部分,負(fù)責(zé)生成所需的電信號。這些電信號可以是穩(wěn)定的直流電壓、基準(zhǔn)電壓、三端穩(wěn)壓源電壓,也可以是恒定的電流信號,還能是各種形式的交流信號。無論是在模擬電路還是數(shù)字電路中,信號產(chǎn)生電路都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。信號產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)需要考慮電源的穩(wěn)定性、信號的線性性、失真程度等因素,以確保電路輸出的信號滿足系統(tǒng)的性能要求。同時還要兼顧電路的可靠性、低功耗、小體積等特性。信號產(chǎn)生電路的分類模擬信號電路用于產(chǎn)生模擬信號的電路,如直流電源電路、基準(zhǔn)電壓源電路和恒流源電路。數(shù)字信號電路用于產(chǎn)生數(shù)字信號的電路,如邏輯門電路和時鐘電路?；旌闲盘栯娐方Y(jié)合模擬和數(shù)字電路的混合信號電路,如模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。振蕩電路用于產(chǎn)生周期性信號的振蕩電路,如RC振蕩電路和LC振蕩電路。直流電源電路穩(wěn)定的直流電源直流電源電路可以從交流電網(wǎng)或其他電源獲取電能,并將其轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓,為其他電路提供可靠的電源。交流-直流轉(zhuǎn)換通過整流、濾波和穩(wěn)壓等技術(shù),可以將交流電轉(zhuǎn)換為平穩(wěn)的直流電,滿足電子設(shè)備的電源需求。電源電路設(shè)計(jì)直流電源電路的設(shè)計(jì)需要考慮輸入電壓、輸出電壓、負(fù)載特性等因素,以確保電源輸出穩(wěn)定可靠?；鶞?zhǔn)電壓源電路基準(zhǔn)電壓源電路是一種產(chǎn)生穩(wěn)定電壓的重要電路。它通常由穩(wěn)壓二極管和電阻組成,可提供精確的直流參考電壓。該電路廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備,如放大器、比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等,確保電路的穩(wěn)定工作?；鶞?zhǔn)電壓源的主要特點(diǎn)包括低溫度系數(shù)、低噪聲和出色的穩(wěn)定性。優(yōu)質(zhì)的基準(zhǔn)電壓源能夠確保電路性能的可靠性和一致性。三端穩(wěn)壓源電路三端穩(wěn)壓源電路是一種常見的電壓穩(wěn)壓電路。它由參考電壓源、誤差放大器和功率管三個主要部分組成。通過反饋調(diào)節(jié)功率管的導(dǎo)通量,可以實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的自動穩(wěn)定。這種電路結(jié)構(gòu)簡單,性能穩(wěn)定,廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中。三端穩(wěn)壓器可以提供高度穩(wěn)定的直流電壓,輸出電壓基本不受輸入電壓和負(fù)載變化的影響。它具有體積小、成本低、工作可靠等優(yōu)點(diǎn),是電源設(shè)計(jì)中不可或缺的重要器件。常用三端穩(wěn)壓集成電路LM317穩(wěn)壓器LM317是一種可調(diào)式三端穩(wěn)壓集成電路,可提供可調(diào)節(jié)的輸出電壓,廣泛應(yīng)用于電源設(shè)計(jì)中。LM7805穩(wěn)壓器LM7805是一種固定輸出電壓的三端穩(wěn)壓集成電路,可提供穩(wěn)定的5V輸出電壓。應(yīng)用廣泛,如手機(jī)充電器。LM78XX系列穩(wěn)壓器LM78XX是一類固定輸出電壓的三端穩(wěn)壓集成電路,包括LM7808、LM7812等型號,可提供不同固定輸出電壓。恒流源電路恒流源電路能夠?yàn)樨?fù)載提供穩(wěn)定、恒定的電流供應(yīng)。其主要特點(diǎn)是輸出電流具有良好的恒定性和溫度特性,廣泛應(yīng)用于精密儀器、測量設(shè)備等領(lǐng)域。恒流源電路通常由三種基本電路組成:基準(zhǔn)電壓源、電流反饋和電流放大電路。恒流源電路的設(shè)計(jì)需要關(guān)注恒流精度、響應(yīng)速度和負(fù)載調(diào)整特性等性能指標(biāo),以滿足不同應(yīng)用場景的要求。恒流源電路的特點(diǎn)1高精度輸出電流恒流源能夠輸出高度穩(wěn)定和精準(zhǔn)的電流,即使負(fù)載電阻發(fā)生變化也不會影響電流。2體積小巧恒流源電路結(jié)構(gòu)簡單緊湊,占用空間小,便于集成到其他設(shè)備中。3低噪聲輸出恒流源能夠提供非常穩(wěn)定而平滑的直流電流,輸出噪聲非常小。4可調(diào)輸出范圍許多恒流源電路可以通過調(diào)整電阻值來改變輸出電流的大小。恒流源電路的應(yīng)用1電流檢測與保護(hù)恒流源電路可以精確地檢測電流大小,并在電流超限時提供保護(hù),應(yīng)用于各類電子設(shè)備。2恒流充電電路恒流源可以為蓄電池提供穩(wěn)定可靠的充電電流,避免過充過放,延長電池壽命。3LED照明驅(qū)動恒流源可為LED提供恒定電流驅(qū)動,確保亮度穩(wěn)定,避免LED發(fā)光失真。4傳感器驅(qū)動恒流源可以為各種傳感器提供穩(wěn)定的工作電流,提高測量精度和穩(wěn)定性。失真的概念和產(chǎn)生原因失真的概念信號失真是指信號在傳輸或放大過程中發(fā)生形狀變化,與原始信號產(chǎn)生偏差。這會導(dǎo)致信號質(zhì)量下降。非線性特性電路元件的非線性特性是信號失真的主要原因,會導(dǎo)致信號在放大或處理過程中發(fā)生失真。環(huán)境干擾外界電磁場、溫度變化等因素也可能引起信號失真,需要采取有效措施進(jìn)行屏蔽和補(bǔ)償。抑制失真的方法濾波電路使用電子濾波電路來消除噪音和高次諧波成分,有效降低失真。負(fù)反饋技術(shù)通過對放大電路施加合理的負(fù)反饋,可以有效降低總諧波失真。失真補(bǔ)償采用特殊的電路補(bǔ)償放大電路的非線性失真,從而降低總失真水平。電壓失真的分類半波失真半波失真是僅一個半周期的波形被放大或削減,表現(xiàn)為不同正負(fù)半周期幅度不對稱。常見于不對稱交流電源或失衡電路輸出。全波失真全波失真是在整個正負(fù)波形都發(fā)生不對稱放大或削減,導(dǎo)致整個波形失真。常見于電源整流或功率放大器失真。諧波失真諧波失真是由于電路中出現(xiàn)非線性元件,導(dǎo)致輸出信號中出現(xiàn)基波以外的諧波分量,使波形失真。常見于開關(guān)電源和功率放大器。輸入階段失真輸入階段失真是由于前級電路的非線性特性造成的波形失真,常見于放大電路的輸入級。半波失真半波整流半波整流電路只利用輸入信號的一半周期進(jìn)行整流,導(dǎo)致輸出信號嚴(yán)重失真。波形失真半波整流后的輸出信號波形呈現(xiàn)明顯的鋸齒狀,與輸入正弦波形嚴(yán)重不同。諧波含量高半波整流后的輸出信號中包含大量的高次諧波,嚴(yán)重影響輸出信號質(zhì)量。全波失真信號完全反轉(zhuǎn)全波失真是指輸出信號與輸入信號完全反相,導(dǎo)致波形失真嚴(yán)重。正負(fù)半周期都被截?cái)嗾?fù)半周期都被截?cái)?無法完整還原原始信號,使信號失真嚴(yán)重。主要原因?yàn)橄薹ㄊд嬷饕捎陔娐烦霈F(xiàn)限幅效應(yīng),導(dǎo)致信號被截?cái)?。需要采取補(bǔ)救措施為避免全波失真,需要采取合適的電路設(shè)計(jì)和補(bǔ)償措施。諧波失真諧波失真原理非線性電路會使輸出信號中出現(xiàn)原始信號頻率的整數(shù)倍的諧波分量,造成失真。這種失真是由于電路的非線性傳輸特性所致。頻譜分析通過頻譜分析可以觀察到信號中包含的諧波成分,從而定量評估諧波失真的嚴(yán)重程度。諧波失真指標(biāo)總諧波失真(THD)是常用的諧波失真評價指標(biāo),反映了所有諧波成分的綜合影響。輸入階段失真非線性失真輸入階段失真主要源于電路中的非線性元件,如晶體管、二極管等。這些元件的特性并不完全線性,會導(dǎo)致信號在放大或者處理過程中產(chǎn)生失真。過大輸入信號如果輸入信號過大超出元件的工作范圍,也會導(dǎo)致輸入階段失真。這種失真通常表現(xiàn)為波形的尖峰截?cái)?、失真?yán)重等。輸出階段失真幅度失真輸出級放大電路如果在大信號下工作會產(chǎn)生幅度失真,主要表現(xiàn)為波形失真、失真倍頻成分增加等。相位失真輸出級中的頻率選擇網(wǎng)絡(luò)會導(dǎo)致不同頻率分量的相位發(fā)生變化,從而產(chǎn)生相位失真。時間域失真輸出級中的阻容網(wǎng)絡(luò)會導(dǎo)致信號在時間域上產(chǎn)生形變,這種形變稱為時間域失真。運(yùn)放的失真特性分析輸入失真運(yùn)放的輸入級會產(chǎn)生失真,主要體現(xiàn)在輸入偏置電流和輸入偏置電壓。放大失真運(yùn)放的放大電路在輸出飽和時會產(chǎn)生嚴(yán)重的失真,需要設(shè)計(jì)合理的負(fù)反饋電路。飽和失真當(dāng)輸入信號過大時,運(yùn)放會進(jìn)入飽和狀態(tài),從而產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。需要選擇合適的電源電壓。熱失真運(yùn)放內(nèi)部的熱效應(yīng)會影響其參數(shù),從而引起失真。需要采取散熱措施。降低失真的方法增加濾波電容在信號路徑中增加濾波電容,可以有效降低高頻噪聲和諧波成分,減少失真。應(yīng)用負(fù)反饋利用負(fù)反饋技術(shù)可以大幅降低信號的失真,提高信號的純度和線性度。選擇合適的放大器選用線性特性良好的放大器,可以最大程度地避免失真的產(chǎn)生。信號產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)1參數(shù)選取根據(jù)電路功能和性能指標(biāo)合理選擇電路參數(shù)值，確保輸出信號滿足要求。2溫度補(bǔ)償采用合適的電路拓?fù)浜土慵?，降低電路性能對溫度變化的敏感性?噪聲抑制選用低噪聲元件，合理布局電路布線，減小信號與噪聲的耦合。4穩(wěn)定性設(shè)計(jì)采取反饋、串聯(lián)電容等措施，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。信號產(chǎn)生電路的典型應(yīng)用信號產(chǎn)生電路廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和系統(tǒng)中,如音頻放大器、電源調(diào)節(jié)器、定時器、振蕩電路等。它們?yōu)殡娐诽峁┓€(wěn)定的參考電壓和電流,確保電路的正常工作。同時,信號產(chǎn)生電路也可作為獨(dú)立的模擬集成電路塊,為更復(fù)雜的系統(tǒng)提供所需的輸入信號。此外,信號產(chǎn)生電路還廣泛應(yīng)用于測量儀器、工業(yè)自動化和通信等領(lǐng)域,是電子系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。振蕩電路的基本原理1基本原理振蕩電路通過反饋將放大器輸出信號反饋至輸入端,形成正弦波振蕩。其核心是有一個增益大于1的放大器與一個頻率選擇網(wǎng)絡(luò)組成的閉環(huán)。2條件振蕩電路必須滿足兩個條件:1)正反饋環(huán)路增益大于1;2)正反饋環(huán)路的相位shift為整數(shù)倍的180度。3應(yīng)用振蕩電路廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中,如收音機(jī)、電視、通信設(shè)備,為其提供穩(wěn)定的工作時鐘信號和參考頻率。RC振蕩電路RC振蕩電路使用電容和電阻構(gòu)成正反饋回路,可產(chǎn)生持續(xù)振蕩的輸出信號。電路結(jié)構(gòu)簡單,但頻率穩(wěn)定性較差,通常用于中低頻的振蕩應(yīng)用。電路的振蕩頻率主要由RC時間常數(shù)決定,可通過調(diào)整電阻或電容的值來調(diào)整輸出頻率。此外,還可以引入三極管或運(yùn)算放大器等有源元件來提高振蕩的穩(wěn)定性。LC振蕩電路原理圖LC振蕩電路由一個電感器L和一個電容器C組成,形成一個諧振回路。當(dāng)加上合適的放大器時,就可以產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波信號。高質(zhì)量振蕩器優(yōu)質(zhì)的LC振蕩電路可以產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、失真低的正弦波信號,廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。石英晶振為了進(jìn)一步提高振蕩器的頻率穩(wěn)定性,可以使用石英晶體代替電感電容來構(gòu)成諧振回路。這種方式可以產(chǎn)生更加精確和穩(wěn)定的輸出信號。溫度對振蕩的影響溫度變化的影響溫度的變化會對振蕩電路的振蕩頻率產(chǎn)生影響。溫度升高會導(dǎo)致電路元件參數(shù)發(fā)生變化,從而影響振蕩頻率。溫度補(bǔ)償為了降低溫度變化對振蕩頻率的影響,可以采用溫度補(bǔ)償電路。利用與溫度特性相反的元件,構(gòu)建相互抵消的補(bǔ)償機(jī)制。高穩(wěn)定振蕩器使用壓電晶體等高穩(wěn)定振蕩源,可以有效降低溫度變化對振蕩頻率的影響。其溫度特性優(yōu)于普通振蕩電路。頻率穩(wěn)定性的提高使用