模拟电路课件信号产生电路.ppt

,9 信号产生电路,9.1 正弦波振荡电路的振荡条件,9.2 RC正弦波振荡电路,9.3 LC正弦波振荡电路,9.4 非正弦信号产生电路,信号产生电路,(振荡器Oscillators),分类：,正弦波振荡:,非正弦波振荡：,RC 振荡器(1 kHz 数百 kHz),LC 振荡器(几百 kHz 以上),石英晶体振荡器(频率稳定度高),方波、,三角波、,锯齿波等,主要性能求：,输出信号的幅度准确稳定,输出信号的频率准确稳定,引言,9.1 正弦波振荡电路的振荡条件,正反馈放大电路框图 （注意与负反馈方框图的差别）,1.振荡条件,若环路增益,则,又,所以振荡条件为,振幅平衡条件,相位平衡条件,产生正弦波的条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。只不过负反馈放大电路中是由于信号频率达到了通频带的两端，产生了足够的附加相移，从而使负反馈变成了正反馈。在振荡电路中加的就是正反馈，振荡建立后只是一种频率的信号，无所谓附加相移。,9.1 正弦波振荡电路的振荡条件,振荡条件 幅度平衡条件 相位平衡条件,AF = A+ F= 2n,(a) 负反馈放大电路 (b) 正反馈振荡电路,图9.01 振荡器的方框图,比较图9.01(a) 和 (b)就可以明显地看出负反馈放大电路和正反馈振荡电路的区别了。由于振荡电路的输入信号 ，所以 。由于正、负号的改变,比较:,起振条件,2. 起振和稳幅,# 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？,电路器件内部噪声以及电源接通扰动,当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。,噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。,稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从 回到,起振过程,起振条件,1/Fu,Au = 1/Fu,O,ui,uo,Au,uo,Au Fu 1,Au Fu 1,Ui1,Uo1,Uf1,Ui2,Uo2,Uf2,Ui3,Uo3,Uf2,Ui4,Uo4,uf,起振,稳幅, ,2. 起振和稳幅,为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。,如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。,反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。,2. 起振和稳幅,为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。,既然 ，起振后就要产生增幅振荡，需要靠三极管大信号运用时的非线性特性去限制幅度的增加，这样电路必然产生失真。这就要靠选频网络的作用，选出失真波形的基波分量作为输出信号，以获得正弦波输出。,2. 起振和稳幅,3.电路的组成和起振的判断,1. 放大电路 Au,2. 正反馈网络 Fu,3. 选频率网络实现单一频率的振荡,4. 稳幅环节使振荡稳定、波形好,满足振荡条件,组成:,判断:,1. 检查电路组成,2.“Q”是否合适,3. 是否满足起振条件,3.电路的组成和起振的判断,起振过程,稳定振荡,9.2 RC正弦波振荡电路,1. 电路组成,2. RC串并联选频网络的选频特性,3. 振荡电路工作原理,4. 稳幅措施,1. 电路组成,反馈网络兼做选频网络,RC桥式振荡电路,反馈系数,2. RC串并联选频网络的选频特性,幅频响应,又,且令,则,相频响应,2. RC串并联选频网络的选频特性,当,幅频响应有最大值,相频响应,3. 振荡电路工作原理,此时若放大电路的电压增益为,用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件,则振荡电路满足振幅平衡条件,电路可以输出频率为 的正弦波,RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波,采用非线性元件,4. 稳幅措施,热敏元件,热敏电阻,起振时，,即,热敏电阻的作用,Rf 不能太大，否则 正弦波将变成方波,应使：,采用非线性元件,4. 稳幅措施,场效应管（JFET）,稳幅原理,整流滤波,T 压控电阻,采用非线性元件,二极管,稳幅原理,起振时,4. 稳幅措施,利用二极管的正向伏安特性的非线性自动稳幅。,例：RC 移相式振荡电路,一节 RC 环节,移相 90,二节 RC 环节,移相 180,三节 RC 环节,移相 270, 满足相位平衡条件,优点：,结构简单,缺点：,选频特性差，输出波形差,9.3 LC正弦波振荡电路,9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路,9.3.3 三点式LC振荡电路,9.3.4 石英晶体振荡电路,9.3.1 LC选频放大电路,9.3.1 LC选频放大电路,等效损耗电阻,当 时，,电路谐振。,为谐振频率,谐振时,阻抗最大，且为纯阻性,同时有,即,1. 并联谐振回路,9.3.1 LC选频放大电路,阻抗频率响应,（a）幅频响应 （b）相频响应,1. 并联谐振回路,9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路,虽然波形出现了失真，但由于LC谐振电路的Q值很高，选频特性好，所以仍能选出0的正弦波信号。,1. 电路结构,2. 相位平衡条件,3. 幅值平衡条件,4. 稳幅,5. 选频,（定性分析）,9.3.3 三点式LC振荡电路,仍然由LC并联谐振电路构成选频网络,A. 若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。,1. 三点式LC并联电路,中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。,三点的相位关系:（重要）,B. 若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。,M,9.3.3 三点式LC振荡电路,2. 电感三点式振荡电路,优点：,缺点：,易起振(L 间耦合紧)；,易调节(C 可调)。,输出取自电感，对 高次谐波阻抗大， 输出波形差。,9.3.3 三点式LC振荡电路,2. 电感三点式振荡电路,C3,9.3.3 三点式LC振荡电路,3. 电容三点式振荡电路,优点：波形较好,缺点：,9.3.3 三点式LC振荡电路,3. 电容三点式振荡电路,结论：在LC三点式正弦波发生电路中，为了 满足产生振荡的相位平衡条件，同性 质电抗的中间点必须接集成运放的同 相输入端或BJT的发射极。（重要）,9.3.3 三点式LC振荡电路,例：,图示电路能否产生正弦波振荡, 如果不能振荡，加以改正。,解：直流电路合理。 旁路电容CE将反馈信号旁路，即电路中不存在反馈，所以电路不能振荡。将CE开路，则电路可能产生振荡。,反馈电压取自C1,正反馈,9.3.4 石英晶体振荡电路（略）,Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。,1. 频率稳定问题,频率稳定度一般由 来衡量,频率偏移量。,振荡频率。,LC振荡电路 Q 数百,石英晶体振荡电路 Q 10000 500000,9.3.4 石英晶体振荡电路,2. 石英晶体的基本特性与等效电路,结构,极板间加电场,极板间加机械力,压电效应,交变电压,机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高,当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大。,压电谐振,等效电路,Lq 晶体的动态电感 (10-3 102 H)(大),Cq 晶体的动态电容 ( 0.1 pF)(小),rq 等效摩擦损耗电阻(小),Co 晶片静态电容 (几 几十 pF),9.3.4 石英晶体振荡电路,2. 石英晶体的基本特性与等效电路,大,小,小,大,容性,容性,感性,A. 串联谐振,晶体等效阻抗为纯阻性,B. 并联谐振,通常,所以,2. 石英晶体的基本特性与等效电路,使用注意:,2)要有合适的激励电平。过大会影响 频率稳定度、振坏晶片；过小会使 噪声影响大，还能停振。,1)要接一定的负载电容 CL(微调)， 以达标称频率。,9.3.4 石英晶体振荡电路,a. 串联型,f = fs，晶体呈纯阻,b. 并联型,fs f fp，晶体呈感性,9.3.4 石英晶体振荡电路,3. 石英晶体振荡电路,9.3.4 石英晶体振荡电路,b并联型即外接一小电容Cs,则新的谐振频率为,由于,由此看出,调整,3. 石英晶体振荡电路,end,