模拟电子技术第8章信号发生器

8信号发生器,发生器按产生的波形特点可分为,8.1.1正弦波自激振荡的基本原理,8.1正弦波信号发生器,正弦波信号发生器是按照自激振荡原理构成的。,信号发生器常称为振荡器。,1产生正弦波自激振荡的平衡条件,自激振荡原理方框图,放大环节,A,正反馈网络,F,可在输出端继续维持原有的输出信号,正反馈,工作原理,及,知电路产生自激振荡的平衡条件为,放大环节,A,正反馈网络,F,（1）幅度平衡条件,（2）相位平衡条件,上式可分解为,一个振荡器，只在振荡频率f0时满足相位平衡的条件。,平衡条件讨论,a.相位平衡条件,在电路中应包含选频网络,若则电路减幅振荡，最后停振荡。,若，电路增幅振荡。,b.幅度平衡条件,AF=1维持等幅振荡的唯一条件,2振荡的建立与稳定,振荡电路的起振条件,放大电路中还应包含稳幅环节,A,反馈特性,幅度特性,F太小,自激振荡电路的建立过程（线性反馈）,幅度特性,B,幅度特性,非线性反馈,非线性反馈,起振,维持振荡,自激振荡电路的建立过程,3正弦波信号发生器组成,放大环节,正反馈网络,选频网络,稳幅环节,4.正弦波信号发生器的分类,RC型振荡器,LC型振荡器,晶体振荡器,1文氏电桥振荡器,文氏电桥振荡电路,移相式振荡电路,双T网络式振荡电路,选频网络反馈网络,放大电路,8.1.2RC型正弦波信号发生器,2RC串并联网络的选频特性,图中,Z1,Z2,反馈系数,Z1,Z2,令,幅频特性,当0时，F0,当时,F0,当=0时,F=Fmax=1/3,相频特性,当0时，F90,当时,F90,当=0时,F0,相频特性曲线,幅频特性曲线,F=0，且反馈最强,可见，当=0时,3工作原理,（1）当f=时,（3）振荡频率,4稳幅措施,(1)利用二极管稳幅,Rt为负温度系数的热敏电阻,（2）利用非线性热敏电阻稳幅,a.用LC并联谐振回路作为选频网络。,8.1.3LC型正弦波信号发生器,b.主要用来产生1MHZ以上的高频信号。,主要特点:,c.频率稳定性好。,变压器反馈式,电感三点式,电容三点式,LC型正弦波信号发生器类型,1LC并联谐振回路,f0,f0,Q大,Q小,Q大,Q小,阻抗频率特性,相频特性,(1)谐振频率,(2)谐振时的等值电阻R0,(3)电路的品质因数,2选频放大电路,当f=f0（LC并联谐振频率）时,（1）输出电压幅值最大。,（2）输出与输入电压反相。,工作原理,放大电路只对谐振频率f0的信号有放大作用,LC并联谐振电路,3变压器反馈式LC振荡电路,正反馈的判断,(1)相位条件,判断的方法瞬时极性法,判断的步骤,b.断开反馈回路,a.假设谐振回路发生谐振,f.判断是否满足相位平衡条件,构成正反馈,满足相位平衡条件,（2）起振条件,因为,合理地选择电路参数，及变压器的变比，可使AF1,满足起振条件。,(3)振荡频率,L,L,(4)电路的特点,a.调节N2方便，起振容易。,g.受变压器分布参数的限制，振荡频率不能很高。,b.振荡频率高,c.电路的品质因数高,e.频率稳定性高,d.输出波形好,f.体积、重量大,4电感三点式正弦振荡电路,振荡电路的交流通路,忽略RB1/RB2,简化的的交流通路,(1)相位平衡条件的判断,b.断开反馈回路,a.假设谐振回路发生谐振,相量图,T,L1,L2,C,相量图,T,L1,L2,C,(2)幅度条件,M为线圈L1与L2之间的互感,(3)谐振频率,式中,(4)电路特点,a.线圈的三个端子分别与T的三个电极B、C、E相连接，故称之为电感三点式振荡电路。,b.容易起振。,c.输出波形中含有高次谐波，波形较差。,（5）电容三点式正弦波振荡电路,交流通路,简化的交流通路,b.断开反馈回路,a.假设谐振回路发生谐振,(1)相位平衡条件的判断,相量图,相量图,(2)幅度条件,Uf,T,L,(3)谐振频率,(4)电路特点,a.电容器的三个端子分别与T的三个电极相连接，故称之为电容三点式振荡电路。,b.容易起振。,c.输出波形中高次谐波少，波形好。,d.改变电容C2时，容易停振。,改进的电容三点式振荡电路,谐振频率,1.石英晶体的基本特性,（1）各向异性,（2）具有压电效应,在晶片的两侧施加压力，又会产生电场。,在晶片的两面之间加电场，就会产生机械变形。,8.1.4晶体振荡器,压电效应：,当交变电压的频率等于晶片的固有机械振动频率时，振幅急剧增加，这种现象称为压电谐振。,当在晶片的两电极之间加交变电压时，晶片就会产生机械变形振动。,压电谐振,石英晶体谐振器的结构,适当地切片,加装上外壳,电路符号,（2）等效电路和谐振频率,R等效晶片振动时内部的摩擦损耗,等效电路,C0两金属电极间构成的静电电容,L等效晶片振动时的惯性,C等效晶片振动时的弹性,电路特点：,a.L很大，C和R很小,b.Q很高，达104106,c.频率稳定度（f/f0）很高。,三种振荡电路的频率稳定度：,RC振荡器：10-2,LC振荡:10-310-4,石英晶体振荡：10-910-11,当忽略R时，电抗,串联谐振频率,当f0,电路呈感性,电路发生串联谐振,并联谐振频率,电路发生并联谐振,由于CC0,故,电抗频率特性,a.当fsf0时,电容C充电,ic,uO、uC波形图,uO=+Uz,b.当uC=FUZ时,UR=-FUz,uO=-Uz,-FUZ,+FUZ,ic,c.当uO=-Uz时,UR=-FUz,uC按指数规律下降,电容C放电,ic,d.当uC=-FUZ时,UR=FUz,uO=Uz,ic,e.当uO=+Uz时,UR=FUz,uC又按指数规律上升,电容C又充电,ic,uO、uC波形图,uO为方波,ic,根据三要素法,2.主要参数计算,如果选定时间起点为t2，那么,电容两端电压的变化规律,由此得电路的振荡周期,当t=T/2时,即,振荡频率：,如果将方波信号发生器中的电容C的充电和放电回路分开,使充电和放电的时间常数不相等，便可获得矩形波信号。,如何获得矩形波信号？,矩形波发生器,8.2.2三角波和锯齿波发生器,1电路组成,迟滞比较器,积分器,图中,2工作原理,(1)当时,输出电压,电容C充电,uO随时间线性下降,设uC(0-)=0,波形图,(2)当时,令,得,-UZ,(3)当uB3U+max-UOmax=6V,或UR3U+mim-UOmim=0V时,电路不能产生方波,例3图示电路为一压控振荡器。设输入电压0UI6V，运放A1、A2为理想器件；二极管D的正向压降为0.6V，稳压管DZ的稳定电压为6V，它们的其他性能理想。,（a）运算放大器A1、A2各组成什么电路？（b）画出uo1和uo波形；（c）写出振荡频率f0与输入电压uI的函数关系式。,解（a）A1构成反相输入积分电路，A2构成同相输入比较电压比较器。,（b）当uO6V时，二极管D截止，电容C充电，uO1随时间负向线性增大。,当运放A2的同相端电位u2+过零时，比较器翻转，uO2=-6V。,此时，D导通，uO2=0.6V。C迅速放电，uO1快速正向增大。,当u2+再次过零时，比较器再次翻转，uO2=6V，二极管再次截止