信号产生电路课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 信号产生电路,第七章 信号产生电路,引 言,信号产生电路通常也称,振荡器,，用于产生一定频率和幅度的信号。,按输出信号波形分类,正弦波振荡电路,非正弦波振荡电路,RC,振荡电路,(1,k,Hz,数百,kHz),LC,振荡电路,(,几百,kHz,以上,),石英晶体振荡电路,(,频率稳定度高,),方波振荡电路,三角波振荡电路,锯齿波振荡电路,引 言 信号产生电路通常也称振荡器，用于产生一定频率和幅,振荡电路的性能指标主要有两个：,1.,要求输出信号的幅度要准确而且稳定；,2.,要求输出信号的频率要准确而且稳定。,一般来讲准确度比稳定度容易做到，而幅度稳定比频率稳定容易实现。此外输出波形的失真度、输出功率和效率也是较重要的指标。,自激振荡：,无输入,v,i,，自动产生输出,v,o,(,正弦、方波、三角波,),正反馈的自激振荡,振荡电路的性能指标主要有两个：自激振荡：无输入vi，自动产,自激振荡,基本放大,电路,A,o,反馈电路,F,+,改成正反馈,正反馈电路才能产生自激振荡,一、产生自激振荡的条件,自激振荡基本放大反馈电路+改成正反馈正反馈电路才能产生自,如果：,k,闭合,去掉,仍有信号输出。,基本放大,电路,A,o,反馈电路,F,+,+,k,如果：k闭合,去掉仍有信号输出。基本放大反馈电路+k,基本放大,电路,A,o,反馈电路,F,反馈信号代替了放大电路的输入信号,自激振荡条件,基本放大反馈电路反馈信号代替了放大电路的输入信号自激振荡条件,自激振荡的正弦波频率必须一定，也就是说在放大、反馈回路中应该有选频作用，将不要的频率抑制。,所以将放大倍数和反馈系数写成：,自激振荡条件可以写成：,（,1,）振幅条件：,（,2,）相位条件：,n,是整数,相位条件,意味着振荡电路是正反馈，,振幅条件,可以通过调整放大电路的放大倍数达到。,自激振荡的正弦波频率必须一定，也就是说在放大、反馈回路中应该,7.1,正弦波振荡电路,7.1.1,正弦波振荡电路工作原理,正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。,正弦波发生电路,:,也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。,7.1 正弦波振荡电路 7.1.1 正弦波振荡电路工作原理,1,正弦波振荡器与正反馈,从结构上看，正弦波振荡器就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。在放大电路中，采用负反馈来改善放大电路的性能；在信号产生电路中，利用正反馈来实现振荡信号的输出，所以正弦波振荡器的工作原理与反馈的概念密切相关。,一、振荡产生的基本原理,1正弦波振荡器与正反馈一、振荡产生的基本原理,2.,电路的工作原理,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.电路的工作原理为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈,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。正弦波发生电路的组成如下：,放大电路,正反馈网络,选频网络,稳幅电路,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,负反馈,正反馈,比较环节,闭环增益,振荡,条件,起振条件,二、振荡的平衡条件和起振条件,负反馈正反馈比较环节闭环增益振荡起振条件二、振荡的平衡条件和,特点：,闭合环路，,无输入，有输出,。,如何分析？,若环路增益,去掉 ，闭合环路，,仍有稳定的输出，形成振荡。,振荡平衡条件：,振幅平衡条件,相位平衡条件,特点：如何分析？若环路增益去掉 ，闭合环路，仍有,2,个,问题？,如何自行建立振荡（起振）？,如何保证输出信号频率？,应有选频网络,RC,正弦波振荡电路,LC,正弦波振荡电路,2个问题？如何自行建立振荡（起振）？如何保证输出信号,起振和稳幅,起振原因：,电路器件内部噪声,电源接通时的阶跃,起振条件：,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：,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。,稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅条件从 回到,起振和稳幅起振原因：电路器件内部噪声电源接通时的阶跃起振条件,振荡电路基本组成部分,放大电路（包括负反馈放大电路）,反馈网络（构成正反馈的）,选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率）,常用的选频网络有,RC,选频,和,LC,选频,稳幅环节,振荡电路基本组成部分放大电路（包括负反馈放大电路）反馈网络（,7.1.2 RC,振荡电路,采用,RC,选频网络构成的,RC,振荡电路，一般用于产生,1Hz,1MHz,的低频信号，因此它适用于低频振荡。因为对于,RC,振荡电路来说，增大电阻,R,即可降低振荡频率，而增大电阻是无需增加成本的。,RC,桥式振荡电路,RC,振荡电路,RC,移相振荡电路,7.1.2 RC振荡电路 采用RC选频网络构成的RC,RC,桥式正弦波振荡电路一般用来产生,1Hz,到数百千赫兹的低频信号，常用低频信号源大多采用这种电路形式。,一、,RC,桥式正弦波振荡电路,_,+,+,R,F,u,o,R,C,R,C,R,1,RC,选频网络,同相比例运算电路,如下图所示为,RC,桥式正弦波振荡电路的组成框图，由放大器,A,和同时具有正反馈作用的,RC,串并联选频网络,F,构成。,RC桥式正弦波振荡电路一般用来产生1Hz到数百千,1.RC,串并联选频网络,(,文氏桥选频电路,),R,1,C,1,串联阻抗：,R,2,C,2,并联阻抗：,RC,串并联网络的电路如图所示。,RC,串联臂的阻抗用,Z,1,表示，,RC,并联臂的阻抗用,Z,2,表示。其频率响应如下,:,1.RC 串并联选频网络(文氏桥选频电路)R1C1 串联阻,反馈系数,的表达式为,反馈系数 的表达式为,RC,串并联选频网络,幅频特性,相频特性,幅频响应有最大值：,相频响应：,RC串并联选频网络幅频特性幅频响应有最大值：相频响应：,2.RC,桥氏振荡电路,电路：,8,C,R,1,R,f,R,C,R,正反馈回路：,RC,串并联选频网络接在运算放大器的输出端和同相输入端之间。,负反馈回路,:R,F,、,R,1,接在运算放大器的输出端和反相输入端之间。,正反馈电路和负反馈电路构成文氏电桥电路。,2.RC 桥氏振荡电路电路：8CR1RfRCR正反馈,电路形变：,8,C,R,1,R,f,R,C,R,变形,_,+,+,R,T,u,o,R,C,R,C,R,1,t,变,形,A,=2,n,F,=0,同相,放大器,运算放大器的输入端和输出端分别跨接在电桥的对角线上，所以，把这种振荡电路称为,RC,桥式振荡电路。,电路形变：8CR1RfRCR变形_+RTuoRC,满足相位平衡条件？,满足振幅平衡条件？,(+),(+),(+),(+),只对,f,0,为正反馈！,此时若,则,电路可以输出正弦波，频率为,（,频率低于,1 MHz,）,满足相位平衡条件？满足振幅平衡条件？(+)(+)(,稳幅措施,稳幅原理：,起振时：,A,V,3,稳幅,采用非线性元件,热敏电阻,场效应管,二极管,热敏电阻,-,+,稳幅措施稳幅原理：起振时：AV 3稳幅采用非线性元,3.,稳幅措施,利用二极管和稳压管的非线性特性、场效应管的可变电阻特性及热敏电阻元件的非线性特性，自动地稳定振荡器输出的幅度。,两种使用热敏电阻的方法：,1.,选择负温度系数的热敏电阻作为反馈电阻,R,f,，,R,f,功耗增大,它的温度上升,R,f,阻值下降,放大倍数下降,输出电压,下降。,2.,选择正温度系数的热敏电阻作为反馈电阻,R,f,，,RC,振荡电路形式,(1),串并联网络式,(2),移相式,(3),双,T,网络式,RC,振荡电路特点,1.,振荡频率取决于,RC,乘积，要求振荡频率,较高时，,RC,值必然很小。,2.,普通集成运放带宽较窄，限制了振荡,频率的提高。,3.,工作频率低，在,1MHz,以下。,幅值增加,3.稳幅措施 利用二极管和稳压管的非线性特性、场,9.4,非正弦波振荡电路,9.4.1,比较器,9.4.3,锯齿波产生电路,9.4.2,方波产生电路,单门限电压比较器,迟滞比较器,9.4 非正弦波振荡电路9.4.1 比较器9.4.3 锯,9.4.1,比较器,1.,单门限电压比较器,特点：,开环,，,运放工作在,非线性状态,下,工作原理：,传输特性：,直观,逻辑,1,（高电平）,逻辑,0,（低电平）,其他电路：,9.4.1 比较器1.单门限电压比较器 特点,其他电路：,9.4.1,比较器,1.,单门限电压比较器,同相比较,反相比较,同相过零比较器,反相过零比较器,同,(c),图（虚断）,分析任务及方法,求传输特性,方向,输出电平,V,OH,、,V,OL,门限电压,V,th,其他电路：9.4.1 比较器1.单门限电压比较器 同相比,分析任务及方法,9.4.1,比较器,1.,单门限电压比较器,求传输特性,方向,输出电平,V,OH,、,V,OL,门限电压,V,th,同相,和,反相,V,om,(,运放线性范围,=V,CC,-,V,CES,),V,om,=,V,CC,(,忽略饱和压降,),V,om,=,V,Z,(,稳压电路,),另,1,种稳压电路见,习题,9.4.3,；,9.4.6,输出,v,O,翻转,时相应的,输入电压,显然当,v,P,v,N,时状态翻转，可用,虚短、虚断,分析任务及方法9.4.1 比较器1.单门限电压比较器,分析举例,1,习题,9.4.4,设运放是理想的，,且,V,REF,=,-,1V,V,Z,=5V,，,试求门限电压,V,th,，画出传输特性,解,:,求门限电压,V,th,利用,虚短,、,虚断,画传输特性,由稳压管电路，得：,V,O,=,V,Z,=,5V,。,v,I,反相端,反相电压比较器,分析举例1习题9.4.4 设运放是理想的，且VREF,比较器的应用,9.4.1,比较器,1.,单门限电压比较器,基本应用,判断电压大小，如安全监控等,获取周期,T,过零比较器,波形整形,比较器的应用9.4.1 比较器1.单门限电压比较器 基,波形整形,比较器的应用,9.4.1,比较器,1.,单门限电压比较器,应为高电平,错误电平,单门限比较器的抗干扰能力差,波形整形比较器的应用9.4.1 比较器1.单门限电压,分析举例,2,画传输特性,解：,(1)A,1,A,2,开环,单门限比较器,(2)D,1,D,2,和三极管,或非门逻辑电路,则,D,1,D,2,和三极管,都截止,则,D,1,D,2,有,1,个导通,三极管,Je,正偏,所以,三极管饱和,v,O,=0V,窗口比较器,分析举例2画传输特性解：(1)A1,A2开环单门限比,分析举例,3,电路如图,9.4.2a,所示，当输入信号如图,c,所示的,正弦波时，定性画出,解：,（,1,）,A,构成过零比较器,（,2,）,RC,为微分电路，,RC,+,6V,）,v,I,居中（,-,6V,v,I,+,6V,）,v,I,最小（,v,I,v,F,时,v,O,v,O,=,V,Z,R,C,反向充电,v,C,v,F,=,-,F,V,Z,当,v,C,v,F,时,v,O,周而复始，形成振荡,2.工作原理9.4.2 方波产生电路设vO=+VZ（,3.,波形,9.4.2,方波产生电路,4.,计算周期,问题：,能否调整占空比，产生矩形波？,3.波形9.4.2 方波产生电路4.计算周期问题：能否调,5.,占空比可变的方波产生电路,9.4.2,方波产生电路,问题：,能否同时产生方波和三角波？,end,