1、信號產生電路6.1.1 正弦波振蕩電路的基本概念一、振蕩條件放大器反饋網絡UiAuFuUoUfRL微弱的電擾動中，某一頻率成分通過正反饋逐漸放大，則產生正弦振蕩。;ioUUAu ;ofUUFu 1 uuFA 振幅平衡條件2 FAAFn 相位平衡條件n = 0, 1, 2, 1 uuFA振蕩條件二、起振條件起振條件 iouuAu ofuuFu 2AFn 放大器Au反饋網絡FuUoUfUi 1/FuAu = 1/FuOuiuoAuuoAu Fu 1Au Fu 1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf 起振穩幅1 AF 三、振蕩電路的組成1. 放大電路 Au2.

2、正反饋網絡 Fu3. 選頻率網絡 實現單一頻率的振蕩4. 穩幅環節 使振蕩穩定、波形好滿足振蕩條件放大器選頻正反饋網絡UoUfUi選頻放大器正反饋網絡UoUfUi四、振蕩電路的分析方法1. 檢查電路組成2.“Q”是否合適3. 用瞬時極性法判斷是否滿足起振條件6.1.2 RC 正弦波振蕩電路)j1/(j1Cj1/12CRCRRUUFu 一、RC 串并聯網絡的頻率特性)1( j31RCRC )( j3100 0Fu .310f9090令: 0 = 1/RC)( j3100ffff f0 = 1/2RC3/tan001Fffff 200)/(91 ffffFu 當 f = f0 時：6.1.2 RC

3、 正弦波振蕩電路一、RC 串并聯網絡的頻率特性0Fu .310f9090Fu= 1/3.f = 0當 f f0時：Fu 0.f 90二、 RC 串并聯式振蕩電路A = 2nF = 0 n2AF 2.振蕩頻率RCf 2103.振蕩條件21f RR1f2RR Rf 不能太大，否則正弦波將變成方波應使：同相放大器1 uuFA 31 F3 A1.電路組成8CR1RfRiUoUCRfURC 串并聯式振蕩電路4.穩幅措施(1) 熱敏電阻穩幅8CR1RfRiUoUCRfU為使 Au 為非線性，起振時，應使 Au 3，穩幅后 Au = 3。正溫度系數負溫度系數 )/1(1fuffRRART(2) 二極管穩幅3

4、d54f/1RrRRAu 正負半周總有一只二極管導通。起振時信號小，二極管正向電阻 rd大，Auf大易起振；電壓幅值增加，電流增大， rd減小，Auf下降，自動穩幅。4. 并聯諧振的本質 電流諧振LuCr +iiLiC1) Z = Z0 呈純阻2)形成環流，大小是總電流的 Q 倍IQILLQIZZIILLC 000CLII ICILUI2. 電感三點式 振蕩電路 )2(2121210CMLLLCf 優點：易起振(L 間耦合緊)；易調節(C 可調)。缺點：輸出取自電感，對高次諧波阻抗大，輸出波形差。3. 電容三點式振蕩電路考畢茲振蕩器(Colpitts)LCCCCLCf212102121 優點：

5、波形較好缺點：2) T 極間電容影響 f01) 調頻時易停振克拉潑振蕩器(Clapp) 0211111CCCC 01C 212100LCLCf +VCCTReR1R2CeCBLC1C2123LC0改進oUiUfUQ值越高，選頻特性越好，頻率越穩定。 石英晶體振蕩電路1. 頻率穩定問題頻率穩定度一般由 來衡量0ff 頻率偏移量。f 0f振蕩頻率。LC振蕩電路 Q 數百石英晶體振蕩電路 Q 10000 500000一. 石英晶體2. 基本特性1. 結構：極板間加電場極板間加機械力晶體機械變形晶體產生電場壓電效應交變電壓機械振動交變電壓機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關，穩定性高當交變電壓頻率 = 固

6、有頻率時，振幅最大 壓電諧振3. 石英晶體的等效電路與頻率特性等效電路：LCf 21s （1）串聯諧振頻率特性： 晶體等效阻抗為純阻性0p121CCLCf （2）并聯諧振通常0CC 0s1CCf 所以很很接接近近與與 psff實際使用時外接一小電容Cs則新的諧振頻率為s0s121CCCLCf 由于s0CCC s0s1CCCf 由此看出 )(21s0ssCCCff；時時， 0 pssffC sss ffC 時時，調整之之間間變變化化和和在在可可使使 psssfffC 二. 石英晶體振蕩電路利用石英晶體的高品質因數的特點，構成LC振蕩電路。1. 并聯型石英晶體振蕩器 石英晶體工作在fs與fp之間，

7、相當一個大電感，與C1、C2組成電容三點式振蕩器。由于石英晶體的Q值很高，可達到幾千以上，所示電路可以獲得很高的振蕩頻率穩定性。2. 并聯型石英晶體振蕩器 石英晶體工作在fs處，呈電阻性，且阻抗最小，正反饋最強。該電路為電感三點式振蕩器。 加入石英晶體是利用石英晶體的高Q值，提高振蕩頻率的穩定性。例：分析下圖的振蕩電路能否產生振蕩，若產生振蕩,石英晶體處于何種狀態？ (a) (b) 6.2 6.2 電壓比較器電壓比較器 將一個模擬電壓信號與一參考電壓相比較，輸出一定的高低電平。功能：特性：運放組成的電路處于非線性狀態，輸出與輸入的關系uo=f(ui)是非線性函數。1. 運放工作在非線性狀態的判

8、定：電路開環或引入正反饋。運放工作在非線性狀態基本分析方法2. 運放工作在非線性狀態的分析方法： 若U+U- 則UO=+UOM； 若U+U- 則UO=-UOM。 虛斷（運放輸入端電流=0） 注意：此時不能用虛短！uoui0+UOM-UOM+uoui1. 過零比較器: （門限電平=0）+uouiuoui0+UOM-UOM一.單門限電壓比較器+uouituituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變為方波。2. 單門限比較器（與參考電壓比較）+uouiUREFuoui0+Uom-UomUREFUREF為參考電壓當ui UREF時 , uo = +Uom當ui UREF時 , uo = -

9、Uom 運放處于開環狀態+uouiUREFuoui0+Uom-UomUREF當ui UREF時 , uo = -Uom 若ui從反相端輸入+uiuoui0+UZ-UZ用穩壓管穩定輸出電壓uoUZuoui0+UOM-UOM+uoui忽略了UD3. 限幅電路使輸出電壓穩定穩幅電路的另一種形式：將雙向穩壓管接在負反饋回路上+uiuoUZR R_uoui0+UZ-UZR =R二. 遲滯比較器1.遲滯比較器特點:電路中使用正反饋。1、因為有正反饋，所以輸出飽和。2、當uo正飽和時(uo =+UOM) ：+om211+UURRRUT3、當uo負飽和時(uo =-UOM) ：-om211+UURRRUT+u

10、oRR2R1uiU+uoRR2R1uiU+遲滯比較器uoui0+Uom-UomUT+UT-設ui , 當ui = UT+, uo從+UOM -UOM傳輸特性uoui0+Uom-UomUT+UT-UT+上門限電壓UT-下門限電壓UT+- UT-稱為回差om211URRR+UTom211URRR -UTtuiUT+UT-tuoUom-Uom例:設輸入為正弦波, 畫出輸出的波形。+uoRR2R1uiU+REFZURRRURRRU212211TREFZURRRURRRU212211T加上參考電壓后的遲滯比較器：上下限：uoui0UT-UT+傳輸特性+UZ-UZ例題：R1=10k，R2=10k ，UZ=

11、6V， UR=10V。當輸入ui為如圖所示的波形時，畫 出輸出uo的波形。上下限：V8212211TRZURRRURRRUV3212211TRZURRRURRRU3V8Vuiuo+UZ-UZ6.2.4 窗口比較器 窗口比較器的電路如圖所示。電路由兩個幅度比較器和一些二極管與電阻構成。設R1 =R2，則有：DLHDCC212DCCL2=)2(21)2(=VVVVVRRRVVV 圖14.04 窗口比較器 窗口比較器的電壓傳 輸特性如下頁 圖 所示。 當vIVH時，vO1為高電平，D3導通；vO2為低電平, D4截止，vO= vO1。 當vI VL時，vO2為高電平，D4導通；vO1為低電平，D3截

12、止，vO= vO2。 當VH vI VL時，vO1為低電平，vO2為低電平，D3、D4截止，vO為 低電平。 圖14.05 窗口比較器的傳輸特性 信號的電位水平高于某規定值VH的情況，相當比較電路正飽和輸出。 信號的電位水平低于某規定值VL的情況，相當比較電路負飽和輸出。 該比較器有兩個閾值，傳輸特性曲線呈窗口狀，故稱為窗口比較器。6.2.4 比較器的應用 比較器主要用來對輸入波形進行整形，可以將不規則的輸入波形整形為方波輸出,其原理圖如圖所示。(a) 正弦波變換為矩形波 (b) 有干擾正弦波變換為方波 圖14.06 用比較器實現波形變換6.3.1 方波發生電路6.3.2 三角波發生電路6.3

13、.3 鋸齒波發生電路 6.3 非正弦波發生電路1.電路結構由滯回比較電路和RC定時電路構成的omURRRU211TomURRRU211T上下限:+RR1R2Cucuo矩形波發生電路2.工作原理：(1) 設 uo = + UOM , 此時，輸出給C 充電, uc 則：u+=UT+RR1R2C+ucuo0tuoUOM-UOMucUT+0t一旦 uc UT+ , 就有 u- u+ ,在 uc UT+ 時，u- u+ , uo 立即由UOM 變成UOM , 設uC初始值uC(0+)= 0方波發生器uo保持+UOM不變UOM此時，C 經輸出端放電,再反向充電(2) 當uo = -UOM 時，u+=UT-

14、uc達到UT-時，uo上翻+RR1R2C+ucuoUT+uctUT-當uo 重新回到UOM 以后，電路又進入另一個周期性的變化。動態演示-UOM0UT+uctUT-UOMuo0t- UOMT周期與頻率的計算：+RR1R2C+ucuo)21ln(221RRRCTf = 1/T此期間是分析問題時的假設,實際上用示波器觀察波形時看不到這段波形.周期與頻率的計算：+RR1R2C+ucuo0UT+uctUT-+UOM-UOMT1T2TT= T1 + T2 =2 T2， 因正反向充電條件一樣T1 = T2。 uc(t)=UC ()+ UC (0+) -UC () e ,=RC-tT2階段uc(t)的過渡過

15、程方程為:0UT+uctUT-+UOM-UOMT1T2Tuc(t)=UC ()+ UC (0+) -UC () e ,=RC-tUC (0+)=omURRRU211TUC ()=+UOMom211HURRRU t=T2時,uc(t =T2)=周期與頻率的計算：)21ln(21RRRCT2)21ln(221RRRCTeUURRRUURRRtomomomom)(211211(2)占空比可調的矩形波電路 顯然為了改變輸出方波的占空比，應改變電容器C的充電和放電時間常數。占空比可調的矩形波電路見圖。 C充電時，充電電流經電位器的上半部、二極管D1、Rf； C放電時，放電電流經Rf、二極管D2、電位器的

16、下半部。 圖14.09 占空比可調方波發生電路 占空比為：%100%1002111TTCRrRf1d w1 其中， 是電位器中點到上端電阻， 是二極管D1的導通電阻。 wR1drCRrRRf2d ww2 其中， 是二極管D2的導通電阻。即改變 的中點位置，占空比就可改變。wR2dr 圖14.08 方波發生器波形圖6.3.2 三角波發生器 三角波發生器的電路如圖所示。它是由滯回比較器和積分器閉環組合而成的。積分器的輸出反饋給滯回比較器，作為滯回比較器的 。REFV1.當vO1=+VZ時,則電容C 充電, 同時vO按線性逐 漸下降，當使A1的VP 略低于VN 時，vO1 從 +VZ跳變為-VZ。波形 圖參閱圖。 圖6.20 三角波發生器2. 在vO1=-VZ后，電容C開 始放電，vO按線性上升， 當使A1的VP略大于零時， vO1從-VZ跳