模拟电路课件信号产生电路.ppt

9信号产生电路 9 1正弦波振荡电路的振荡条件 9 2RC正弦波振荡电路 9 3LC正弦波振荡电路 9 4非正弦信号产生电路 信号产生电路 振荡器 Oscillators 分类 正弦波振荡 非正弦波振荡 RC振荡器 1kHz 数百kHz LC振荡器 几百kHz以上 石英晶体振荡器 频率稳定度高 方波 三角波 锯齿波等 主要性能求 输出信号的幅度准确稳定 输出信号的频率准确稳定 引言 9 1正弦波振荡电路的振荡条件 正反馈放大电路框图 注意与负反馈方框图的差别 1 振荡条件 若环路增益 则 又 所以振荡条件为 振幅平衡条件 相位平衡条件 产生正弦波的条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似 只不过负反馈放大电路中是由于信号频率达到了通频带的两端 产生了足够的附加相移 从而使负反馈变成了正反馈 在振荡电路中加的就是正反馈 振荡建立后只是一种频率的信号 无所谓附加相移 9 1正弦波振荡电路的振荡条件 振荡条件幅度平衡条件相位平衡条件 AF A F 2n a 负反馈放大电路 b 正反馈振荡电路 图9 01振荡器的方框图 比较图9 01 a 和 b 就可以明显地看出负反馈放大电路和正反馈振荡电路的区别了 由于振荡电路的输入信号 所以 由于正 负号的改变 比较 起振条件 2 起振和稳幅 振荡电路是单口网络 无须输入信号就能起振 起振的信号源来自何处 电路器件内部噪声以及电源接通扰动 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 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 稳幅的作用就是 当输出信号幅值增加到一定程度时 使振幅平衡条件从回到 起振过程 起振条件 1 Fu Au 1 Fu O ui uo Au uo AuFu 1 AuFu 1 Ui1 Uo1 Uf1 Ui2 Uo2 Uf2 Ui3 Uo3 Uf2 Ui4 Uo4 uf 起振 稳幅 2 起振和稳幅 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 起振和稳幅 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 既然 起振后就要产生增幅振荡 需要靠三极管大信号运用时的非线性特性去限制幅度的增加 这样电路必然产生失真 这就要靠选频网络的作用 选出失真波形的基波分量作为输出信号 以获得正弦波输出 2 起振和稳幅 3 电路的组成和起振的判断 1 放大电路Au 2 正反馈网络Fu 3 选频率网络 实现单一频率的振荡 4 稳幅环节 使振荡稳定 波形好 满足振荡条件 组成 判断 1 检查电路组成 2 Q 是否合适 3 是否满足起振条件 3 电路的组成和起振的判断 起振过程 稳定振荡 9 2RC正弦波振荡电路 1 电路组成 2 RC串并联选频网络的选频特性 3 振荡电路工作原理 4 稳幅措施 1 电路组成 反馈网络兼做选频网络 RC桥式振荡电路 反馈系数 2 RC串并联选频网络的选频特性 幅频响应 又 且令 则 相频响应 2 RC串并联选频网络的选频特性 当 幅频响应有最大值 相频响应 3 振荡电路工作原理 此时若放大电路的电压增益为 用瞬时极性法判断可知 电路满足相位平衡条件 则振荡电路满足振幅平衡条件 电路可以输出频率为的正弦波 RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波 采用非线性元件 4 稳幅措施 热敏元件 热敏电阻 起振时 即 热敏电阻的作用 Rf不能太大 否则正弦波将变成方波 应使 采用非线性元件 4 稳幅措施 场效应管 JFET 稳幅原理 整流滤波 T压控电阻 采用非线性元件 二极管 稳幅原理 起振时 4 稳幅措施 利用二极管的正向伏安特性的非线性自动稳幅 例 RC移相式振荡电路 一节RC环节 移相 90 二节RC环节 移相 180 三节RC环节 移相 270 满足相位平衡条件 优点 结构简单 缺点 选频特性差 输出波形差 9 3LC正弦波振荡电路 9 3 2变压器反馈式LC振荡电路 9 3 3三点式LC振荡电路 9 3 4石英晶体振荡电路 9 3 1LC选频放大电路 9 3 1LC选频放大电路 等效损耗电阻 当时 电路谐振 为谐振频率 谐振时 阻抗最大 且为纯阻性 同时有 即 1 并联谐振回路 9 3 1LC选频放大电路 阻抗频率响应 a 幅频响应 b 相频响应 1 并联谐振回路 9 3 2变压器反馈式LC振荡电路 虽然波形出现了失真 但由于LC谐振电路的Q值很高 选频特性好 所以仍能选出 0的正弦波信号 1 电路结构 2 相位平衡条件 3 幅值平衡条件 4 稳幅 5 选频 定性分析 9 3 3三点式LC振荡电路 仍然由LC并联谐振电路构成选频网络 A 若中间点交流接地 则首端与尾端相位相反 1 三点式LC并联电路 中间端的瞬时电位一定在首 尾端电位之间 三点的相位关系 重要 B 若首端或尾端交流接地 则其他两端相位相同 M 9 3 3三点式LC振荡电路 2 电感三点式振荡电路 优点 缺点 易起振 L间耦合紧 易调节 C可调 输出取自电感 对高次谐波阻抗大 输出波形差 9 3 3三点式LC振荡电路 2 电感三点式振荡电路 C3 9 3 3三点式LC振荡电路 3 电容三点式振荡电路 优点 波形较好 缺点 9 3 3三点式LC振荡电路 3 电容三点式振荡电路 结论 在LC三点式正弦波发生电路中 为了满足产生振荡的相位平衡条件 同性质电抗的中间点必须接集成运放的同相输入端或BJT的发射极 重要 9 3 3三点式LC振荡电路 例 图示电路能否产生正弦波振荡 如果不能振荡 加以改正 解 直流电路合理 旁路电容CE将反馈信号旁路 即电路中不存在反馈 所以电路不能振荡 将CE开路 则电路可能产生振荡 反馈电压取自C1 正反馈 9 3 4石英晶体振荡电路 略 Q值越高 选频特性越好 频率越稳定 1 频率稳定问题 频率稳定度一般由来衡量 频率偏移量 振荡频率 LC振荡电路Q 数百 石英晶体振荡电路Q 10000 500000 9 3 4石英晶体振荡电路 2 石英晶体的基本特性与等效电路 结构 极板间加电场 极板间加机械力 压电效应 交变电压 机械振动的固有频率与晶片尺寸有关 稳定性高 当交变电压频率 固有频率时 振幅最大 压电谐振 等效电路 Lq 晶体的动态电感 10 3 102H 大 Cq 晶体的动态电容 0 1pF 小 rq 等效摩擦损耗电阻 小 Co 晶片静态电容 几 几十pF 9 3 4石英晶体振荡电路 2 石英晶体的基本特性与等效电路 大 小 小 大 容性 容性 感性 A 串联谐振 晶体等效阻抗为纯阻性 B 并联谐振 通常 所以 2 石英晶体的基本特性与等效电路 使用注意 2 要有合适的激励电平 过大会影响频率稳定度 振坏晶片 过小会使噪声影响大 还能停振 1 要接一