模拟电子技术 课件第七章 信号的产生和转换电路

模拟电子技术第七章信号的产生和转换电路7.1正弦波信号产生电路7.2非正弦信号产生电路7.3锁相环7.1.1正弦波信号产生电路概述电路构成：（1）放大电路；（2）选频网络；（3）正反馈网络；（4）稳幅环节选频网络和稳幅环节可以在放大器内部，也可以在反馈网络内部分类：7.1.1正弦波信号产生电路概述1.起振条件2.平衡条件7.1.2RC正弦波振荡电路选频：RC串并联引入了正反馈稳幅：R1、Rf和运放构成负反

馈稳幅电路7.1.2RC正弦波振荡电路当

时F的幅度最大输出电压与输入电压同相7.1.2RC正弦波振荡电路根据运放两输入端虚断、虚短

为满足起振条件，放大电路的电压放大倍数略大于3，即Rf略大于2R1只有频率

的信号通过选频网络传输到运放的输出端，才会使uo与ui同相，满足相位平衡条件【例7.1.1】图7.1.4为实用的RC桥式正弦波振荡电路。求：（1）输出信号频率；（2）说明二极管VD1、VD2和热敏电阻Rf的作用；（3）用Multisim研究Rf满足什么条件，电路才能起振。7.1.2RC正弦波振荡电路解：（1）振荡频率为（2）VD1、VD2用以改善输出电压波形，稳定输出幅度电路启振两二极管轮流导通

在负反馈支路中采用负温度系数的热敏电阻Rf和并联二极管，能够使RC桥式电路容易起振，同时具有很好的稳幅作用，振荡波形改善。7.1.2RC正弦波振荡电路7.1.2RC正弦波振荡电路（3）用Multisim研究Rf满足什么条件，电路才能起振电路启振当Rf>2R1时|Au|>3，产生严重限幅失真7.1.2LC正弦波振荡电路1.变压器反馈式LC振荡电路选频网络：电容C和变压器原边线圈L选频网络等效电路7.1.2LC正弦波振荡电路电路发生谐振最大，无附加相移

对其他频率的信号，Au不但数值减小，而且有附加相移，故电路具有选频作用Q值越大，幅频特性越陡，选频特性越好。变压器反馈式振荡电路起振容易，输出信号大，波形好。损耗大且笨重，振荡频率的稳定性不高。2.电感三点式LC振荡电路7.1.2LC正弦波振荡电路哈特莱振荡器（Hartleyoscillator）晶体管构成共发射极放大电路，电感L1、L2和电容C构成正反馈电路。三个端点1、2、3分别与晶体管的三个电极相连（CB、C1和CE在交流通路中视为短路）与发射极相连的是两个同性质电抗元件容易起振，输出信号振幅大，输出波形不好，常用于对波形要求不高的场合，比如高频加热器、接收机的本机振荡器中。2.电容三点式LC振荡电路7.1.2LC正弦波振荡电路科皮兹振荡器（Colpittsoscillator）晶体管构成共发射极放大电路，电感L和电容C1、C2构成正反馈电路。与发射极相连的是两个同性质电抗元件输出波形好，如产生信号频率100MHz以上，可采用共基放大电路。克拉泼电路（Clapposcillator）7.1.3石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路具有非常高的频率稳定度广泛应用于各种电子产品工作原理：交变电压使晶片产生机械振动，在某个特定频率振幅会明显加大，这就是压电谐振，可观看bilibili网站上的相关视频忽略R串联谐振频率并联谐振频率7.1.3石英晶体振荡电路fs<f<fp晶体等效为一个很大的电感，具有很高的Q值，有很强的稳频作用，石英晶体就工作在这个很窄的感性区域。1.并联型晶体振荡电路7.1.3石英晶体振荡电路石英晶体工作频率在fs和fp之间，在电路中相当于一个电感和2.串联联型晶体振荡电路7.1.3石英晶体振荡电路晶体串接在反馈支路中其振荡频率等于晶体的串联谐振频率当石英晶体呈纯阻性时，即发生串联谐振3.皮尔斯晶体振荡电路7.1.3石英晶体振荡电路

晶振电路接在8051单片机的18和19之间，为单片机提供数字时钟信号，晶振常选用6MHz、11.0592MHz和12MHz，采用串口时常使用11.0592MHz，电容C1和C2起着稳定振荡频率、快速起振的作用。振荡电路的频率就是晶体的固有频率。7.2非正弦信号产生电路

非正弦波产生电路指产生方波、三角波、锯齿波等非正弦波的电路，通常由电压比较器、积分电路和反馈电路等组成。7.2.1电压比较器7.2.2方波发生电路7.2.3三角波产生电路7.2.4锯齿波产生电路7.2.5压控振荡器7.2.6函数信号发生器7.2.1电压比较器1.单限电压比较器（1）过零比较器集成运放的理想电压传输特性电压比较器由运放构成，工作于非线性区7.2.1电压比较器1.单限电压比较器（2）一般单限比较器

通常把比较器输出电平发生跳变时的输入电压称为门限电压UT。信号从同相端输入称为同相单限电压比较器，从反相端输入的称为反相单限电压比较器。7.2.1电压比较器1.单限电压比较器（3）单限电压比较器的应用①

波形变换②自动控制

电压比较器可实现自动开关灯、火灾报警或自动灭火、机器人避障、自动感应门、自动喷灌控制等。7.2.1电压比较器1.单限电压比较器②自动控制

电压比较器可实现自动开关灯、火灾报警或自动灭火、机器人避障、自动感应门、自动喷灌控制等。R1可换成各种传感器7.2.1电压比较器2.迟滞电压比较器

单限电压比较器抗干扰能力差，输入电压在阈值附近出现任何微小干扰变化，都会导致输出电压的跃变，迟滞电压比较器（施密特触发器）ui增大，越过UTH;ui减小，越过UTL信号在单向变化过程中只跃变一次7.2.1电压比较器【例7.2.1】试求解图7.2.8所示电路的电压传输特性，画出电压传输特性波形。（a）

（b）解：图（a）运放输入端虚短和虚断，可得

i1+i2≈0，uN≈uP=07.2.1电压比较器（b）i1≈i2，uN≈uP=2V

7.2.1电压比较器（a）

（b）单限电压比较器（同低越门限变高；反高越门限变低）迟滞电压比较器（同低增大越上门限变高，减小越下门限变低；

反高增大越上门限变低，减小越下门限变高））A1输出高电平，VD1导通，A2输出低电平，VD2截止，VD3反向击穿，7.2.1电压比较器3．窗口电压比较器A1输出低电平，VD1截止，A2输出高电平，VD2导通，VD3反向击穿，A1和A2输出低电平，VD1、VD2截止7.2.1电压比较器3．窗口电压比较器

与迟滞电压比较器不同，当输入电压向单一方向变化时，迟滞电压比较器的输出电压只跃变一次，输入电压增大越过上门限电压，输入电压减小时越过下门限电压，而窗口电压比较器当输入电压向单一方向变化时其输出电压跃变两次。

汽车蓄电池电压监视电路一般汽车蓄电池正常工作电压范围为11.5V~14.5V，低于11.5V打不燃火；高于14.5V可能引发火灾，导致电池永久损伤。提醒驾驶员更换电池7.2.2方波产生电路由迟滞电压比较器和RC电路构成的方波发生电路通过R3和C充放电实现输出电压的自动转换。输出电压通过R1和R2反馈到同相输入端，引入正反馈，形成振荡。i1≈i2电容C充电电容C放电7.2.2方波产生电路7.2.2方波产生电路占空比可调的矩形波信号发生器7.2.3三角波产生电路