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第10章 信号发生电路,10.1 正弦波振荡电路 10.2 非正弦信号发生器,内容,阅读：教材 第10章,模拟电路基础,一般振荡器基础RC正弦振荡器LC正弦振荡器石英晶体振荡器,10.1 正弦波振荡电路,关键问题 正弦波振荡的相位平衡条件和幅值平衡条件是什么？如何利用相位平衡条件判断一个电路是否振荡电路？文氏桥振荡器的电路形式、起振条件、振荡频率是怎样的？三点式振荡电路的组成原则及其振荡频率是什么？,第10章 信号发生电路,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,1.一般振荡器基础振荡条件,负反馈放大电路与正弦波振荡电路的区别就在于如何对待自激振荡条件。,自激振荡的条件是什么呢？,自激振荡的条件是：，也就是,产生正弦振荡的条件是：,讨论：,1）从本质上讲，正弦振荡电路的自激条件与负反馈放大的自激条件是一致的。但二者的情况不同，因此在表达方式上有所区别。,现在所指的振荡不是由负反馈产生附加相移引起的自激，而是人为地在电路中引入正反馈使电路产生自激振荡。,1.一般振荡器基础振荡条件,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,讨论：,1）振荡器与负反馈放大器自激振荡的联系-物理本质相同。,差异-负反馈是寄生振荡；正反馈是人为振荡。,2）所谓振幅平衡条件，是指正弦波已经产生，且电路已进入稳态而言的。,1.一般振荡器基础振荡条件,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,振幅特性（即传输特性）,反馈特性。,1.一般振荡器基础-振荡的建立和振幅的稳定,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,振荡的建立过程及逐渐增长的振幅最后如何稳定：,1.一般振荡器基础-振荡的建立和振幅的稳定,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,振荡的建立过程及逐渐增长的振幅最后如何稳定：,1.一般振荡器基础-振荡的建立和振幅的稳定,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,1.一般振荡器基础基本组成部分,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,产生正弦波振荡,振荡建立之后，振幅稳定；自动保持输出稳定。,形成反馈，以满足相位平衡条件。,允许一种频率的信号通过而抑制住其它频率信号,分析正弦波振荡电路的一般步骤是：,1）检查放大电路的静态工作点是否能保证放大器正常工作。,2）判断电路能否振荡。,是否满足幅值条件,是否满足相位条件（两条件中的关键）,瞬时极性法：断开反馈回路，引进输入 看 与 是否同相。,1.一般振荡器基础分析方法,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,相位条件判定步骤：,在放大器的输入端设想将反馈线断开；设想给放大器输入一个频率可任意改变的正弦信号；沿着反馈环中信号传输的方向，依次分析电路各部分的信号相位关系；比较反馈信号与输入信号的相位。只要在某个频率上这两个信号的相位相同，就可断定相位条件得到满足。,3）估算振荡频率,振荡频率与选频网络有关，由相位条件决定。,4）分析起振条件,振荡器起振时，必须。,1.一般振荡器基础分析方法,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,1.一般振荡器基础分析方法,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,1.一般振荡器基础电路的种类,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,电路结构 RC串并联选频网络的选频特性起振与振荡 稳幅措施,RC正弦振荡电路的主要特点是，采用了RC串并联网络作为选频和反馈网络。,2.RC正弦振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,也称为文氏桥振荡器,正反馈、选频网络。,电压串联负反馈放大电路,2.RC正弦振荡器电路结构,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,定性分析,当足够低时，有，,当足够高时，有,综合以上两种情况,2.RC正弦振荡器RC选频网络的选频特性,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,-,定量计算,当 时，RC串并联选频网络相移为0，,则有,2.RC正弦振荡器RC选频网络的选频特性,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,相位条件,幅值条件,为满足起振条件，要求,当，RC串并联网络反馈系数，所以，,即,2.RC正弦振荡器起振与振荡,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,起振条件,要设法使输出电压的幅值增加时，适当减小（反之则增大），以维持输出的幅值基本不变。,如何使R2或R1的阻值随幅值的大小变化呢？,办法之一是采用热敏电阻。,负温度系数的热敏电阻,办法之二利用工作在可变电阻区的场效应管。,2.RC正弦振荡器稳幅措施,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,、与相连，与相连，与相连，与相连。,合理连线，组成RC桥式正弦波振荡电路。,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,（1）为使电路产生正弦波振荡，标出集成运放的“”和”.（2）若R1短路，则电路将产生什么现象？（3）若R1断路，则电路将产生什么现象？（4）若RF短路，则电路将产生什么现象？（5）若RF断路，则电路将产生什么现象？,LC选频放大器 变压器反馈式LC正弦振荡器电感/电容三点式LC振荡器,2.LC正弦振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,LC并联回路,作谐波频率，谐振时的输入阻抗，及谐振时回路电流与输入电流之间的关系的分析。,导纳,输入阻抗,当 时，y最小，Z最大,电路发生并联谐振。,2.LC正弦振荡器LC选频放大器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,LC并联回路,导纳,讨论：,回路的谐振频率为：,谐振时，回路的等效阻抗为纯电阻性质，值最大：,-回路品质因数,（fo与电路参数有关）,2.LC正弦振荡器LC选频放大器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,LC并联回路,导纳,讨论：,一般情况下，回路的等效阻抗是,2.LC正弦振荡器LC选频放大器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,频率响应曲线,fo处，电路为纯阻性,电路呈电感性,电路呈电容性,Q越大，曲线斜率越陡。选频性能越好。,2.LC正弦振荡器LC选频放大器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,LC并联回路,讨论：,LC并联谐振时的输入电流是：,而,通常，,2.LC正弦振荡器LC选频放大器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,解：（1）,R,(2),由起振条件,例，如图，理想集成运放，R1=5K，R2=100K，R3=10K，C=0.01f，L=100mH。试求：（1）振荡电路的振荡f；（2）最小的Rmin。,2.LC正弦振荡器LC选频放大器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,2.LC正弦振荡器LC选频放大器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,根据引入反馈的方式不同变压器反馈式LC正弦振荡器电感三点式LC振荡器电容三点式LC振荡器,根据振荡频率的不同，所用放大电路可以是共射电路也可以是共基电路。,选频放大电路,2.LC正弦振荡器变压器反馈式LC正弦振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,2.LC正弦振荡器变压器反馈式LC正弦振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,2.LC正弦振荡器变压器反馈式LC正弦振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,LC振荡器：集电极调谐、发射极调谐、基极调谐。,共射集电极调谐,共基发射极调谐,共射基极调谐,2.LC正弦振荡器电感反馈式（三点式）LC正弦振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,vi,2.LC正弦振荡器电感反馈式（三点式）LC正弦振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,vi,特点:振荡频率较高，有数百KHz数十MHz；输出谐波分量增大，输出波形不理想。,2.LC正弦振荡器电容反馈式（三点式）LC正弦振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,特点:振荡频率较高，有数百KHz一百MHz以上；输出波形好。调节不方便。,LC正弦振荡器-变压器反馈式LC正弦振荡器,将反馈处（g点）断开,2.LC正弦振荡器变压器反馈式LC正弦振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,接上反馈处（g点），得,接上反馈处（g点），得,有,振荡频率,当,2.LC正弦振荡器变压器反馈式LC正弦振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,输出端,输入端,公共端,设运放内阻ri，开环放大倍数AVO。输出vO,有,要满足振荡条件，要求,2.LC正弦振荡器三点式LC振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,要满足振荡条件，要求,发生谐振时，,当，即输出与输入反相时，必须具有相同符号，即X1、X2、必须是同类电抗；而X3=-（X1+X2），X3为与X1、X2相反种类的电抗。,当，即输入与输出同相时，则X1、X2必须是不同的电抗元件。,2.LC正弦振荡器三点式LC振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,2.LC正弦振荡器三点式LC振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,讨论：,1）由以上分析，可得满足相位平衡条件的共同准则：,对分立元件组成的电路而言，,共射组态三点式LC振荡器，出与入反相,共基组态三点式LC振荡器，出与入同相,对运放组成的电路，为满足振荡条件，同性质电抗的中间点必须接运放的同相输入端。,2.LC正弦振荡器三点式LC振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,讨论：,2）如果Z1、Z2为电感，Z3为电容，称为电感三点式；如果Z1、Z2为电容，Z3为电感，称为电容三点式。,在电容三点式中，,由 X1+X2+X3=0，得,即,得振荡频率为,特点：,从C1两端取出，对高次谐波阻抗小，因而可将高次谐波滤掉，所以输出波形好。,调节时要求C1、C2同时可变，在实用上不方便。,2.LC正弦振荡器三点式LC振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,讨论：,3）=1对实际的三点式振荡电路有调试上的意义。当电路接线正确，三极管偏置正常，仍然不能起振时，可提高X1/X2的比值或提高电路的Avo。,2.LC正弦振荡器三点式LC振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,量级：几PF-几十PF,量级：几十mH,量级：0.00020.1PF,由等效电路可知它有两个谐振频率：,LCR支路发生串联谐振时，等效电阻抗最小。,谐振频率,由于，可近似认为石英晶体对于fS呈纯阻性。,3.石英晶体振荡器,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,量级：几PF-几十PF,量级：几十mH,量级：0.00020.1PF,由等效电路可知它有两个谐振频率：,当 时，L-C-R支路呈感性，与CO产生并联谐振。,谐振频率,由于，所以fP fS。,第10章 信号发生电路 10.1正弦波振荡电路,3.石英晶体振荡器,矩形波发生器 三角波发生电路 锯齿波发生电路,10.2 非正弦信号发生器,关键问题 熟悉矩形波、锯齿波发生电路的结构及工作原理，幅值和振荡周期的计算方法。,第10章 信号发生电路,矩形波有两种。a）输出处于高电平的时间TH处于低电平的时间TL；b)二者相等THTL方波。,矩形波发生电路,矩形波发生器的方框图,第10章 信号发生电路 10.2非正弦信号发生器,1.矩形波发生器电路结构,设初始时刻，vC=0，vO=+Vz，则运放同相端此时电位,vO给C充电，使v-由0上升；,在v-v+前，vO=+Vz不变；,v-=v+时，vO跳变为-VZ。,当vO=-VZ时，,C经Rf放电，使v-下降；,v-v+以前，vO=-Vz不变；,v-=v+时，vO跳变为+VZ，回到初始状态。,第10章 信号发生电路 10.2非正弦信号发生器,1.矩形波发生器工作原理,1）从比较器的输出端可得到一个周期性的矩形波。,幅度由稳压管的参数决定；周期（或频率）取决于充放电回路RfC的数值。,2）在电容C上可得近似三角波的波形。,若将电路中RC换成集成运放(同相输入)积分器，可提高三角波输出端的带负载能力。,3）矩形波振荡电路由一个反相输入滞回比较器+同相输入RC充放电（或积分器）组成；也可由同相输入滞回比较器+反相输入RC充放电（或积分器）组成。,第10章 信号发生电路 10.2非正弦信号发生器,1.矩形波发生器工作原理,且,当,当,第10章 信号发生电路 10.2非正弦信号发生器,1.矩形波发生器振荡周期,适当调节R1、R2，使 接近e，从而得到,第10章 信号发生电路 10.2非正弦信号发生器,1.矩形波发生器振荡周期,当vo1=+Vz，对电容C充电，vO线性下降到使滞回比较器的v+v-0时，vo1跳变为-VZ，电容C放电，vO线性上升到使滞回比较器的v+v-0时，vo1跳回+VZ。,由于C充、放电回路相同。积分电路的输出vO上升与下降时间相等，斜率之绝对值也相等，所以vO是三角波。,第10章 信号发生电路 10.2非正弦信号发生器,2.三角波发生电路,三角波发生器的输出幅值和振荡周期：,由vo1发生跳变的临界条件是滞回比较器输入端的v+=v-，,此时有I1=I2=Vz/R2,输出电压的峰值只与R1、R2及VZ有关。,积分器的输出vo从-VOM上升到+VOM所需时间是T/2，即在时间内vo的变化量为2VOM。,由,第10章 信号发生电路 10.2非正弦信号发生器,2.三角波发生电路,当vo1=+VZ时，D1导通，D2截止，电容C充电回路的等效电阻为，,当vo1=-VZ时，D1截止，D2导通，电容C放电回路的等效电阻为,时间常数的不同，导致上升和下降时间不等，即直线斜率不同。,第10章 信号发生电路 10.2非正弦信号发生器,3.锯齿波发生电路,10.3 波形变换基本概念,第10章 信号发生电路,波形变换是将一种形状的波形变换成另一种形状的波形，以适应各种不同的需要。,波形变换与波形发生电路的主要区别是，波形发生不需输入信号，由自激振荡产生；波形变换将输入信号的波形变成另一种形态。,第10章 信号发生电路 10.3波形变换基本概念,第10章 信号发生电路 10.3波形变换基本概念,作业：Ch10 2,4,6,小设计3 或4（下次实验）,(e),(f),第4题增加2图,第10章 信号发生电路 10.3波形变换基本概念,Homework10.5 p43810.6 p43910.10 p44010.22 p445,