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第九章 信号产生电路 概述 1 正弦波振荡器的振荡条件 2 RC正弦波 振荡电路 3 LC正弦波振荡电路 RC串并联选频网络的选频特性 电路的构成 振荡的建立与稳定、振荡频率与调整 LC选频放大电路 变压器反馈 LC 振荡器 三点式 LC 振荡电路 石英晶体振荡电路 4 非正弦信号产生电路 比较器 方波产生电路 信号产生电路概述 常用的正弦波振荡器： LC振荡电路 :输出功率大、频率高。 RC振荡电路 :输出功率小、频率低。 石英晶体振荡电路：频率稳定度高。 应用： 无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、 超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。 放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定 频率和幅值的交流信号（又称振荡器）。 输出的交流电能是从电源 的直流电能转换而来的。 正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带 选频网络的正反馈放大电路。 信号发生器从波形上分为正弦波振荡器和非正弦 波振荡器（方波、锯齿波、三角波等）。 信号发生器： 振荡波形： 正弦波振荡器： 9、 1 正弦波振荡器的振荡条件 1FA 1 FAFA AF = a+ f= 2n fia XXX 时 当 f i X X a X 0 1 0 0 X X X X X X f aa f 振荡条件 1 fa FAFA 幅度平衡条件 相位平衡条件 n = 0,1,2 仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。 2） 幅度条件 表明反馈放大器要产生自激振荡，必须有足够的反馈 量 (可以通过调整放大倍数 A 或反馈系数 F 达到 ) 。 3） 起振及稳幅振荡的过程 起振过程中 : 要求 |AF|1 ， 稳定振荡时 : 要求 |AF|=1 ， 从 AuF 1 到 AuF = 1，就是自激振荡建立的过程。 可使输出电压的幅度不断增大。 使输出电压的幅度得以稳定。 起始信号的产生： 电源接通时，在电路中激起一个微小的扰动 信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。 讨论： 1） 相位条件 意味着振荡电路在 频率 f0下 必须是 正反馈 ； 正弦波振荡电路只在一个频率 (f0)下满足 相位平衡条件。 所以 正弦波振荡电路必须有一个 选频网络 。 选频网络 可设在 中或 中。 FA 选频网络 由 RC元件或 LC元件组成 。 9.2 RC正弦波 振荡电路 电路原理 (1) 电路的构成 RC 串并联网络是 正反馈网络， Rf 和 R1 为 负反馈网络。 RC串并联网络与 Rf、 R1负反馈支路正好构成一个桥 路，称为 桥式 。 （ 2） RC串并联选频网络的选频特性 21 2 o f ZZ Z V VF V RRCjCjR R 11 RC RCj 13 1 RCjRCjR RCjR 1/)/1( 1/ ）（ 令 0=1/RC 0 0 3 1 j F V )j/1(1 CRZ )j/1/(2 CRZ RC R j1 反馈系数 0 0 3 1 j F V =0=1/RC 或 f = f0 =1/2RC FVmax=1/3 0 f RC串并联网络的频率特性曲线 当 f=f0 时的反 馈系数 FVmax=1/3。此时 的相角 f =0。改变 RC 可调节谐振频率 稳定振荡条件 AuF = 1 ， | F |= 1/ 3，则 起振条件 AuF 1 ，因为 | F |=1/ 3，则 31 1 u R RA F 考虑到起振条件 AuF 1, 一般应选取 RF 略大 2R1。 如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重非线性 失真。 31 1 u R RA F 由运放构成的 RC串并联正弦波振荡电路要通过在 外部引入负反馈来达到稳幅的目的。 (3)振荡的建立与稳定 (4) 振荡频率与振荡波形 因为 A = 0，而仅在 f 0处 F = 0 ，满足相位平衡条件， 所以振荡频率 f 0= 1 2RC。 改变 R、 C可改变振荡频率 RC振荡电路的振荡频率一般在 200KHz以下。 振荡频率由相位平衡条件决定。 振荡频率为单一频率 f 0，故 振荡波形是正弦波 (5) 稳幅措施 振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻 R1实现的。 R1是正温度 系数热敏电阻，当输出电压升高， R1上所加的电压升高，即 温度升高， R1的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反 之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在 Rf 的 位置。 + + RF R C C uO + S S R1 R2 R3 R3 R2 R1 改变开关 K的位置可改变选频 网络的电阻，实现频率粗调； 改变电容 C 的大小可实现频率 的细调。 RCf 2 1 o 振荡频率 振荡频率的调整： 例 1 ： . 试分析 D1、 D2自动稳幅原理； . 估算输出电压 V0m； (VD=0.6V) . 若 R2短路时，试画出 V0的波形； . 若 R2开路时，试画出 V0的波形； 解： .稳幅原理 当 v0幅值很小时， D1、 D2接近 开路， R3=2.7K。 3.3/ 1132 RRRRA V 当 v0幅值较大时 ， D1或 D2 导通， R3减小， AV下降。 V0 幅值趋与稳定 。 起振。 .估算输出电压 V0m (设 VD=0.6V) 31.5/1.51.9 3 KKRKA V稳幅时： KR 1.13 I K VI 1.1 6.0 KKK VI m 1.91.51.1 0 1 K VKV m 1.1 6.03.15 0 V35.8 1II I1 .若 R2短路时 (4). 若 R2开路时，输出电压 V0的波形 AV UN时 , uo = +Uom 当 uP UR时 , uo = +Uom 当 ui UR时 , uo = -Uom 特点 :运放处于开环状态 9.4.1 比较器 一、单门限电压比较器 + + u o ui UR uo ui 0 +Uom -Uom UR 当 ui UR时 , uo = -Uom 若 ui从反相端输入 uo ui 0 +UOM -UOM + + u o ui 过零比较器 : 当 UR =0时 + + u o u i uo ui 0 +UOM -UOM + + u o ui t ui t uo +Uom -Uom 例题：利用电压比 较器将正弦波变为 方波。 电压比较器应用举例： vi vo vo1 电路分析： 传输特性： 输入输出波形 1.迟滞比较器 (下行 ) 特点 :电路中使用正反馈 , 运放处于非线性状态 1、因为有正反馈，所以输 出饱和。 2、当 uo正饱和时 (uo =+UOM) ： + om 2 1 1 P U U R R R U T 3、当 uo负饱和时 (uo =-UOM) ： - om 2 1 1 P U U R R R U T + + uo R R2 R1 ui U+ 二、迟滞比较器 + + uo R R2 R1 ui U+ 迟滞比较器 (续 ) uo ui 0 +Uom -Uom UT+ UT- 设 ui , 当 ui = UT+ , uo从 +UOM -UOM 传输特性 uo ui 0 +Uom -Uom UT+ UT- UT+上门限电压 UT-下门限电压 UT+ - UT-称为回差 om 2 1 1 U R R R + U T om 2 1 1 U R R R - U T t ui UT+ UT- t uo Uom -Uom 例 :设输入为正弦波 , 画出输出的波形。 + + uo R R2 R1 ui UP RomT URR RU RR RU 21 2 21 1 RomT URR RU RR RU 21 2 21 1 加上参考电压后的迟滞比较器 (下行 ) ： + + uo R R2 R1 ui UR 上下限： uo ui 0 UT+ UT- 传输特性 +UOM -UOM 例题： R1=10k， R2=20k ， UOM=12V， UR=9V当 输入 ui为如图所示的波形时，画 出输出 uo的波形。 u o ui 0 UT+ UT- + + uo R R2 R1 ui UR 传输特性 上下限： RomT URR RU RR RU 21 2 21 1 =10V RomT URR RU RR RU 21 2 21 1 =2V 2V 10V ui uo +UOM -UOM uo ui 0 10 2 传输特性 +UOM -UOM + + uo R R2 R1 ui UR + + uo R R2 R1 ui UR uo ui 0 UT+ UT- + + uo R R2 R1 ui U+ uo ui 0 +Uom -Uom UT+ UT- 迟滞比较器两种电路 传输特性 的比较 : 1.电路结构 迟滞比较器，输出经积分电路 再输入到此比较器的输入端。 omT URR RU 21 2 omT URR RU 21 2 上下限 : + + Rf R2 R1 C uc uo 9.4.2 方波发生器 2.工作原理： (1) 设 uo = + UOM , 此时，输出给 C 充电 , uc 则： u+=U+H + + R R1 R2 C + uc uo 0 t uo UOM -UOM uc U+H 0 t 一旦 uc U+H , 就有 u- u+ , 在 uc U+H 时， u- Rwc UOM uo 0 t - UOM 2 迟滞比较器（施密特比较器） 电路构成： 工作原理分析： 9.4.2 方波产生电路 基本电路构成： 工作原理分析： 加入双向限幅电路时的分析： 振荡周期频率的计算： 改变占空比的方法： 本章结束 石英晶体振荡电路举例
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