信号产生电路课件.ppt

1、自激振荡：自激振荡：无无输入输入vi，自动产生输出自动产生输出vo(正弦、方波、三角波正弦、方波、三角波)正反馈的自激振荡正反馈的自激振荡自激振荡自激振荡基本放大基本放大电路电路AodX oX 反馈电路反馈电路FfX iX+fidXXX 改成正反馈改成正反馈正反馈电路才能正反馈电路才能产生自激振荡产生自激振荡如果：如果：ifXX,Xi基本放大基本放大电路电路AodX oX 反馈电路反馈电路FfX iX+k基本放大基本放大电路电路AodX oX 反馈电路反馈电路FfX 反馈信号代替了放大电路的输入信号反馈信号代替了放大电路的输入信号dfXXOfXFX00dAXX1FA0自激振荡条件自激振荡条件)

2、(F)(A 、（1）振幅条件：）振幅条件：1AF （2）相位条件：）相位条件：n2FAn是整数是整数7.1.1 7.1.1 正弦波振荡电路工作原理正弦波振荡电路工作原理一、振荡产生的基本原理一、振荡产生的基本原理2.电路的工作原理电路的工作原理负负反反馈馈 Xf F Xo A Xi Xid +正正反反馈馈 Xf F Xo A Xi Xid+比较环节比较环节fiidXXX fiidXXX 闭环增益闭环增益FAAA 1FFAAA 1F振荡振荡条件条件1 FA1 FA1 FA)2(180fa n1 FA)2(0fa n 1 FA二、振荡的平衡条件和起振条件二、振荡的平衡条件和起振条件 Xf Xo A

3、 Xid F 特点：特点：闭合环路，闭合环路，无输入无输入，有输出有输出。如何分析？如何分析？Xf Xo A Xid F aX若环路增益若环路增益1 FAaf XX，则则去掉去掉 ，闭合环路，闭合环路，aX Xf Xo A Xid F oX仍有稳定的输出，形成振荡。仍有稳定的输出，形成振荡。1 FA1 FA)2(0fa n Xf Xo A Xid F 2个个问题？问题？如何自行建立振荡（起振）？如何自行建立振荡（起振）？1 FA 如何保证输出信号频率？如何保证输出信号频率？应有选频网络应有选频网络RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路起振原因：起振原因：电路器件内部噪

4、声电路器件内部噪声 Xf Xo A Xid F 电源接通时的阶跃电源接通时的阶跃起振条件：起振条件：1 AF)2(0fa n 噪声中，满足相位平衡条件的某一频率噪声中，满足相位平衡条件的某一频率 0 0的噪声信号被放大的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。，成为振荡电路的输出信号。稳幅：稳幅：当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续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。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，稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅条件从使振幅条件从 回到回到1 AF。1 AF Xf X

5、o A Xid F 4放大电路（包括负反馈放大电路）放大电路（包括负反馈放大电路）4反馈网络（构成正反馈的）反馈网络（构成正反馈的）4选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率）选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率）常用的选频网络有常用的选频网络有RC选频选频和和LC选频选频4稳幅环节稳幅环节7.1.2 RC7.1.2 RC振荡电路振荡电路 采用采用RC选频网络构成的选频网络构成的RC振荡电路，一般用于振荡电路，一般用于产生产生1Hz1MHz的低频信号，因此它适用于低频振的低频信号，因此它适用于低频振荡。因为对于荡。因为对于RC振荡电路来说，增大电阻振荡电路来说，增大电阻R即可降即可降低振荡

6、频率，而增大电阻是无需增加成本的。低振荡频率，而增大电阻是无需增加成本的。RC桥式正弦波振荡电路一般用来产生桥式正弦波振荡电路一般用来产生1Hz到数百千赫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。兹的低频信号，常用低频信号源大多采用这种电路形式。一、一、RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路_+RFuoRCRCR1RC选频网络选频网络同相比例运算电路同相比例运算电路 如下图所示为如下图所示为RC桥式正弦波振桥式正弦波振荡电路的组成框荡电路的组成框图，由放大器图，由放大器A和和同时具有正反馈同时具有正反馈作用的作用的RC串并联串并联选频网络选频网络F构成。构成。1.RC 串并

7、联选频网络串并联选频网络(文氏桥选频电路文氏桥选频电路)j/1(111CRZ 222222j1 )j/1/(CRRCRZ F2002)(31 uF3)(arctg00f RC10 当当RCff 21 0 或或幅频响应有最大值：幅频响应有最大值：31max VF相频响应：相频响应：0f 2.RC 桥氏振荡电路桥氏振荡电路8CR1RfRiUoUCRfU8CR1RfRiUoUCRfU_+RTuoRCRCR1t 同同相相放大器放大器 满足相位平衡条件？满足相位平衡条件？满足振幅平衡条件？满足振幅平衡条件？C vO Rf C R +A R R1(+)(+)0a(+)(+)只对只对f0为为正反馈正反馈！时

8、时只只有有振振荡荡频频率率RCff：21 0 0f)2(0fa n 此时若此时若311f RRAV则则1313 VVFA电路可以输出正弦波，频率为电路可以输出正弦波，频率为RCf 210（频率低于频率低于 1 MHz）1f2RR 1 AF若要起振若要起振1f2RR 稳幅措施稳幅措施稳幅原理：稳幅原理：起振时：起振时：AV 3 oV VA3 VA1 VVFA稳幅稳幅采用非线性元件采用非线性元件 热敏电阻热敏电阻 场效应管场效应管 二极管二极管 1f1RRAV 热敏电阻热敏电阻 oV oI 功功耗耗 温温度度1fRR)(f负负温温度度系系数数 R正正温温度度系系数数）(1 R VA-+AUoC1R

9、1C2R2RfR13.稳幅措施稳幅措施1.选择负温度系数的热敏电阻作为反馈电阻选择负温度系数的热敏电阻作为反馈电阻Rf，Rf功耗增大功耗增大oU它的温度上升它的温度上升Rf阻值下降阻值下降 放大倍数下降放大倍数下降 输出电压输出电压 oU下降。下降。2.选择正温度系数的热敏电阻作为反馈电阻选择正温度系数的热敏电阻作为反馈电阻Rf，(1)串并联网络式串并联网络式(2)移相式移相式(3)双双T网络式网络式 1.振荡频率取决于振荡频率取决于RC乘积，要求振荡频率乘积，要求振荡频率较高时，较高时，RC值必然很小。值必然很小。2.普通集成运放带宽较窄，限制了振荡普通集成运放带宽较窄，限制了振荡频率的提高

10、。频率的提高。3.工作频率低，在工作频率低，在1MHz以下。以下。幅值增加幅值增加9.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路9.4.1 比较器比较器9.4.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路9.4.2 方波产生电路方波产生电路单门限电压比较器单门限电压比较器迟滞比较器迟滞比较器 9.4.1 比较器比较器1.单门限电压比较器单门限电压比较器 vI vO-+A+VCC-VEE VREF 特点：特点：开环开环，)10(5VO A运放工作在运放工作在非线性状态非线性状态下下 工作原理：工作原理：)(REFIVOOVvAv REFIVv 0O v OvCCOHOVVv REFIVv 0O v OvEEOLO

11、VVv 传输特性：传输特性：直观直观 vO VOH VOL vI O VREF vO VOH VOL vI O VREF 逻辑逻辑1（高电平（高电平）NPvv 逻辑逻辑0（低电平（低电平）NPvv 其他电路：其他电路：其他电路：其他电路：9.4.1 比较器比较器1.单门限电压比较器单门限电压比较器 vI vO-+A+VCC-VEE VREF(a)vO VOH VOL vI O VREF vI vO-+A+VCC-VEE VREF(b)vO VOH VOL vI O VREF 同相比较同相比较 反相比较反相比较 vI vO-+A+VCC-VEE(c)vI vO-+A+VCC-VEE(d)vI v

12、O-+A+VCC-VEE(e)vO VOH VOL vI O vO VOH VOL vI O 同相过零比较器同相过零比较器 反相过零比较器反相过零比较器同同(c)图（虚断）图（虚断）分析任务及方法分析任务及方法求传输特性求传输特性 方向方向 输出电平输出电平VOH、VOL 门限电压门限电压Vth分析任务及方法分析任务及方法9.4.1 比较器比较器1.单门限电压比较器单门限电压比较器 求传输特性求传输特性 方向方向 输出电平输出电平VOH、VOL 门限电压门限电压Vth vI vO-+A+VCC-VEE VREF(a)vO VOH VOL vI O VREF 同相同相和和反相反相Vom (运放线

13、性范围运放线性范围=VCC-VCES)Vom=VCC (忽略饱和压降忽略饱和压降)Vom=VZ (稳压电路稳压电路)vI vO-+A+VCC-VEE VREF DZ1 DZ2 R 限流电阻限流电阻 另另1种稳压电路见种稳压电路见习题习题9.4.3；9.4.6 输出输出vO翻转翻转时相应的时相应的输入电压输入电压显然当显然当vP vN 时状态翻转，可用时状态翻转，可用虚短、虚断虚短、虚断分析举例分析举例1 vI vO-+A VREF VZ R3 2k 10k 10k R1 R2 习题习题9.4.4 设运放是理想的，设运放是理想的，且且VREF=-1V,VZ=5V，试求门限电压试求门限电压Vth，

14、画出传输特性画出传输特性解解:求门限电压求门限电压Vth 利用利用虚短虚短、虚断虚断0PN vvREF211I212NVRRRvRRRv 02121 REFIN VvvV1 REFIth可得：可得：VvV 画传输特性画传输特性由稳压管电路，得：由稳压管电路，得：VO=VZ=5V。vI反相端反相端 反相电压比较器反相电压比较器 vO+5V vI O-5V 1V 比较器的应用比较器的应用9.4.1 比较器比较器1.单门限电压比较器单门限电压比较器 基本应用基本应用 判断电压大小，如安全监控等判断电压大小，如安全监控等 获取周期获取周期T 过零比较器过零比较器 vI vO-+A+VCC-VEE(c)

15、vI vO-+A+VCC-VEE(d)vI O T 2 3 4 t t vO VOH O VOL vI O T 2 3 4 t t vO VOH O VOL 波形整形波形整形 波形整形波形整形比较器的应用比较器的应用9.4.1 比较器比较器1.单门限电压比较器单门限电压比较器 vI vO-+A+VCC-VEE VREF(a)vO VOH VOL vI O VREF vI O T 2 3 4 t t vO O VREF VOH VOL vI t Vth=VREF O vO VOH O t VOL 应为高电平应为高电平错误电平错误电平单门限比较器的抗干扰能力差单门限比较器的抗干扰能力差分析举例分析

16、举例2画传输特性画传输特性 vI vO1-+A1 5V vO-+A2+12V-12V+12V-12V 5V vO2+6V D1 D2 R1 R2 51k 5.1k =50 习习 9.4.1 解：解：(1)A1,A2开环开环单门限比较器单门限比较器5VI vV12O1 v5VI vV12O1 v5VI vV12O2 v5VI vV12O2 v(2)D1,D2和三极管和三极管或非门逻辑电路或非门逻辑电路时时，当当5V 5V I vV12O2O1 vv则则 D1,D2和三极管和三极管都截止都截止V6O v时时，或或当当5V 5V II vvV12V12O2O1 vv或或则则 D1,D2有有1 1个导

17、通个导通三极管三极管Je正偏正偏 5.1k6VmA6.1050k51V4.1V12CSBCIii 所以所以,三极管饱和三极管饱和 vO=0V vO+6V vI O-5V 5V 窗口比较器窗口比较器分析举例分析举例3电路如图电路如图9.4.2a所示，当输入信号如图所示，当输入信号如图c所示的所示的正弦波时，定性画出正弦波时，定性画出的的波波形形。及及、LOO vvv (a)vO vI+A C R RL D v O+vID vL vI(c)O T 2 3 4 t t vO VOH O VOL(d)t v O O(e)vL O(f)t 解：解：（1）A 构成过零比较器构成过零比较器（2）RC 为微分

18、电路，为微分电路，RC +6V）vI居中（居中（-6V vI +6V）vI最小（最小（vI vF时时vO vO=VZRC反向充电反向充电vC vF=-FVZ当当vC vF时时vO 周而复始，形成振荡周而复始，形成振荡3.波形波形9.4.2 方波产生电路方波产生电路 Rf vC C +A vO R1 R2 图图 9.4.7(b)vF R VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ v

19、C VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t T1 T2 O t FVZ FVZ VZ vC VZ 0+4.计算周期计算周期 tevvvtv )()0()()(CCCC根根据据：ZC)0(FVv ZC)(Vv Z1C)(FVTv RC 1 ZZZZTeVFVVFV )21ln(211ln22121RRRCFFTT 问题：问题：能否调整占

20、空比，产生矩形波？能否调整占空比，产生矩形波？5.占空比可变的方波产生电路占空比可变的方波产生电路9.4.2 方波产生电路方波产生电路 C +A vC R R1 R2 vO DZ1 VZ DZ2 +Rf2 Rf1 D2 D1 VZ vO O VZ t T1 T2 O t FVZ FVZ VZ vC VZ 0+问题：问题：能否同时产生方波和三角波？能否同时产生方波和三角波？end反相迟滞比较器反相迟滞比较器RC积分环节积分环节9.4.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路1.方波、三角波产生电路方波、三角波产生电路电路变换电路变换 Rf vC C +A vO R1 R2 图图 9.4.7(b)vF R

21、 C R vS vO1+A1 5.1k 0.047 F 反相积分电路反相积分电路 VZ DZ +vN vP vO2 R1 R2 R3 vI 2k 15k 5.1k A2 VZ=8V 同相迟滞比较器同相迟滞比较器习题习题9.4.9习题习题9.4.9求振荡频率；画出求振荡频率；画出vO1、vO的波形。的波形。C R vS vO1+A1 5.1k 0.047 F VZ DZ +vN vP vO2 R1 R2 R3 vI 2k 15k 5.1k A2 VZ=8V 反相积分电路反相积分电路同相迟滞比较器同相迟滞比较器)0(1O10SO1 VdtvRCvt)0(O1O2 VtRCV0N21I221O1P

22、vRRvRRRvRvV72.2ZO21Ith FVvRRvVtvO20vO10t习题习题9.4.9求振荡频率；画出求振荡频率；画出vO1、vO的波形。的波形。C R vS vO1+A1 5.1k 0.047 F VZ DZ +vN vP vO2 R1 R2 R3 vI 2k 15k 5.1k A2 VZ=8V)0()(O1O21O VtRCVtvZZZ1O)(2)2(FVFVTRCVTv ZZ4VFVRCT kHz3412 RCRRf9.4.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路同相输入同相输入 迟迟滞比较器滞比较器积分电路积分电路 +A1 vI R2 R3 vO1 VZ DZ R1 R4 vP1 vN11 C +A2 vI2 R7 vO R6 R5 D 充放电时间充放电时间 常常数不同数不同 vO1 VZ O t1 t3 t VZ t2 T1 T2 vO O t VT+=VZ R1 R2 VT=VZ R1 R2 end