信号发生电路课件.ppt

1、第第8章章 信号发生电路信号发生电路8.1 8.1 引言引言8.2 8.2 正弦波振荡电路组成及振荡条件正弦波振荡电路组成及振荡条件8.3 RC8.3 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.4 LC8.4 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.5 8.5 非正弦波发生电路非正弦波发生电路8.6 8.6 函数发生器函数发生器8.1 8.1 引言引言在测量、控制和通信领域，常需要正弦波、矩形波、三角波和锯齿波作为测试和控制信号。信号发生电路能够产生这些信号。分类：正弦波信号发生电路 非正弦波信号发生电路本章首先介绍正弦波振荡电路，包括RC正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路；然后

2、介绍非正弦波信号发生电路，包括矩形波发生电路、三角波发生电路和锯齿波发生电路；最后介绍既能产生正弦波又能产生非正弦波的函数发生器。1.正弦波振荡的条件正弦波振荡的条件 无外加输入信号，输出单一频率固定幅值的正弦波信号。无外加输入信号，输出单一频率固定幅值的正弦波信号。与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。在电扰动下，对于某一特定频率在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：的信号形成正反馈：oioXXX 由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最由于半导

3、体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。8.2 正弦波振荡电路组成及振荡条件正弦波振荡电路组成及振荡条件 要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在，且在合闸通电时对于合闸通电时对于f=f0信号有从小到大直至稳幅的过程，信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。即满足起振条件。一旦产生稳定的振荡，则一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即电路的输出量自维持，即ooXFAX幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件211FAnFAFA起振条件：起振条件：1FA2.2.基本组

4、成部分基本组成部分1)放大电路：放大作用放大电路：放大作用2)正反馈网络：满足相位条件正反馈网络：满足相位条件3)选频网络：确定选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡，保证电路产生正弦波振荡4)稳幅环节（稳幅环节（非线性环节非线性环节）：稳幅）：稳幅常合二为一常合二为一1)是否存在主要组成部分；是否存在主要组成部分；2)放大电路能否正常工作，即是否有合适的放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是点，信号是 否可能正常传递，没有被短路或断路否可能正常传递，没有被短路或断路；3)是否满足相位条件，即是否存在是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡，是否可能振荡；4)是否满足幅值

5、条件，即是否一定振荡。是否满足幅值条件，即是否一定振荡。3 3、分析方法、分析方法相位条件的判断方法：瞬时极性法相位条件的判断方法：瞬时极性法断开反馈，在断开处给放大电路加断开反馈，在断开处给放大电路加 ff0的信号的信号Ui，且规，且规定其极性，然后根据定其极性，然后根据 Ui的极性的极性 Uo的极性的极性 Uf的极性的极性若若Uf与与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。可能产生自激振荡。在多数正弦波振荡电路在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。反馈量均为电压量。iU极性？极

6、性？4.4.分类分类常用选频网络所用元件分类。常用选频网络所用元件分类。1)RC正弦波振荡电路：几百正弦波振荡电路：几百千赫千赫以下以下2)LC正弦波振荡电路：几百正弦波振荡电路：几百千赫千赫几百几百兆赫兆赫3)石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定8.3 RC8.3 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 1.电路组成RC文氏桥正弦波振荡电路 2 RC串并联网络的选频特性 RC串并联网络)j1/(j1222111CRZCRZ2f22o1212121/j11+/jjRUZCFUZZRRCC通常取R1=R2=R，C1=C2=C。令RC10 0013j()F00122f

7、RC2f 0013j()Fffff220013()ffffF00Farctan3ffff f90900FF0f31f0f(a)幅频特性 (b)相频特性RC串并联网络的频率特性3.振荡的建立与稳定 o3f413URAUR 342RR4 稳幅电路 利用反并联二极管作为稳幅环节的RC文氏桥正弦波振荡电路CCRR1122o.+f+RR34RpUUD1D2OUIABCDp3Dp4/=1+RRrARR 8.4 LC8.4 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路采用LC并联谐振回路作为选频网络。LC正弦波振荡电路的振荡频率较高，一般在几百 以上。按照正反馈引回方式的不同，将LC正弦振荡电路包括

8、变压器反馈式正弦振荡电路、三点式LC正弦振荡电路和石英晶体正弦振荡电路。kHz LCLC并联谐振回路的频率特性并联谐振回路的频率特性 LC并联谐振电路1jjYCRL2222j()()RLCRLRL20200)(LRLC令并联谐振的角频率为0 0220111111()1RLCLCLQRLQ0LC10012fLCCLRQ122000()1RLZYRCLLR202)(RCLZ0LC+.IRIL.ff0QQ12ZOQ1Q2Q1Q2ff0+90O-90O(大）(小）U（a）幅频特性 （b）相频特性LC并联谐振回路阻抗的频率特性222000()1RLZRQ RYR2000QZQ RQLC1Q2000QZQ

9、 RQLCC00L0IUZ ILICQIIILC变压器反馈式正弦波振荡电路变压器反馈式正弦波振荡电路 构成正弦波构成正弦波振荡电路最简振荡电路最简单的做法是通单的做法是通过变压器引入过变压器引入反馈。反馈。附加相移附加相移LC选频放大电路选频放大电路正弦波振荡电路正弦波振荡电路 当当f=f0时，时，电压放大倍电压放大倍数的数值最数的数值最大，且附加大，且附加相移为相移为0。放大电路放大电路反馈网络反馈网络Uo特点：特点：易振，波形较好；耦合不紧密，易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。损耗大，频率稳定性不高。分析电路是否可能产生正弦分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：波振荡的步

10、骤：1)是否存在组成部分是否存在组成部分2)放大电路是否能正常工作放大电路是否能正常工作3)是否满足相位条件是否满足相位条件 为为使使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。式电路。L1L2RLTrVTReCOU+-+VCC-L3+Rb2Rb1CeCbA电感三点式正弦波振荡电路电感三点式正弦波振荡电路*CouL2L1R2R1Rf*123PA01212(2)fLLM C特点：耦合紧密，易振，振幅大，特点：耦合紧密，易振，振幅大，C 用可调用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。常含

11、有高次谐波。电容三点式正弦波振荡电路电容三点式正弦波振荡电路L+ouC2C1R2R1Rf+123A0121212fC CLCC特点：特点：波形好，振荡频率调整范围小，波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。适于频率固定的场合。【例8.4.1】图8.4.8(a)和(b)为电感三点式振荡电路，试判断是否满足相位平衡条件。CC2R3R2R1C1+VCC+R2R1+VCCC1CL1+R3C2(a)(b)+L 石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路(a)符号 (b)等效电路 (c)电抗曲线 石英晶体的等效电路和电抗频率特性曲线C0LCRfsfpfX感性容性容性s12fLCps000112C

12、ffCCCLCCspff1.石英晶体的特性及等效电路2 石英晶体正弦波振荡电路 串联型石英晶体正弦波振荡电路并联型石英晶体正弦波振荡电路【例8.4.2】试用相位平衡条件判断图8.4.11中两个电路是否可能产生正弦振荡？如能振荡，石英晶体相当于什么性质的电抗性元件？并求图8.4.11(b)电路满足起振的幅值条件？ARfR1R2500kHzCs7pFC1C2300pF100pFk10uoARfR1R2R2500kHzCs30pFuoPP8.5 非正弦波发生电路非正弦波发生电路矩形波发生电路矩形波发生电路 占空比可调的矩形波发生电路占空比可调的矩形波发生电路 三角波发生电路三角波发生电路三角波发生电路的输出信号波形实用三角波发生电路