实用模拟电子技术教程第16章电子课件.ppt

1、实用模拟电子技术教程，主编：徐，副主编：第三章模拟集成电路及其应用本文介绍了集成电路的基本知识及其分类、命名方法和封装方法。在此基础上，重点介绍了集成运算放大器电路、集成稳压电路、集成信号测量电路、集成仪表放大电路、集成功率放大电路和集成信号发生电路。通过介绍和讨论，要求掌握或理解相关集成电路的常用模型、形状、封装、功能、主要性能指标和典型应用电路。要求掌握常用模拟集成电路应用电路的设计方法。第十六章集成信号发生电路，第三章模拟集成电路及其应用，学习要求：掌握正弦波振荡电路的组成和启动条件；掌握正弦波振荡电路的分类以及各种振荡电路的优缺点；学习阅读变压器反馈、电感反馈和电容反馈振荡电路，分析瞬

2、时极性判别法形成正反馈的原理；正确找出各电路的选频环节；掌握应时振荡电路的工作原理；了解函数发生器电路ICL8038的主要性能，了解其典型应用电路。16.1正弦波发生器的组成和启动条件第16章集成信号发生电路在许多控制或测量电路中，信号的各种波形，如正弦波、方波、矩形波、三角波、锯齿波等。这些信号需要由特定的电路产生。能够产生这些波形信号的电路称为波形发生电路，也称为波形发生器。根据产生波形的不同，波形发生电路可以分为两类：正弦波发生器和非正弦波发生器，正弦波发生器又称为正弦波振荡器。让我们先讨论正弦波发生器。16.1.1正弦波振荡条件，16.1正弦波发生器的组成和启动条件，正弦波发生器是一种

3、无需外部输入信号而自行产生正弦波输出的电路。我们讨论了这种能自行输出正弦波信号的电路应满足的条件。首先，这个电路必须包含一个放大电路。对于放大电路，只要电路中有微弱的正弦波信号，它就可以被放大电路放大，产生正弦波信号输出，如图所示。16.1.1正弦波振荡条件，16.1正弦波发生器的组成和起动条件，2。必须有积极的反馈和反馈网络。显然，依靠放大电路，它不能形成正弦波发生器，因为只有当正弦波信号输入时，放大电路才会产生正弦波输出，而输入的正弦波正是我们需要产生的。如果电路中有正反馈，如下图所示，情况将会改变。图Xi代表正弦波输入信号，X0代表正弦波输出，a代表放大电路，f代表反馈网络，Xd代表放大

4、电路的净输入电压。16.1正弦波发生器的组成和启动条件，正反馈如何形成自激振荡？假设在初始时刻输入正弦波电压Xi，并且在放大之后，输出正弦波信号X0，并且输出信号通过反馈网络形成反馈信号Xf。通过正反馈，X0 XfXdX0Xd和Xd增加到一定程度，即使输入信号Xi被去除，电路仍然有正弦波信号输出。可以看出，引入正反馈后，只要存在初始正弦振荡，就可以通过正反馈在输出端输出正弦信号。电路中总会有一些干扰，这些干扰会成为初始振荡，但这种初始振荡不是正弦波。因此，我们需要一个“频率选择网络”，16.1正弦波发生器的组成和启动条件。3.必须包括频率选择网络的频率选择网络的功能是使正反馈过程仅对特定频率有

5、效。因此，只有这个频率的信号大多数信号发生电路将反馈网络和选频网络合二为一，使反馈网络具有选频功能，即反馈网络对某一频率信号只有最大的反馈系数，偏离该频率的信号的反馈系数大大降低。作为正反馈的结果，输出端输出正弦波信号。4.还必须有一个振幅稳定的环节。通常的做法是利用放大器电路的非线性。由于放大电路元件非线性的限制，当X0达到一定幅度时，电压放大系数A的值会减小，输出电压X0、反馈电压Xf和净输入电压Xd最终都会保持一个稳定值，电路将达到动态平衡。16.1正弦波发生器的组成和启动条件，启动条件可以证明当电路自激振荡达到动态平衡时，放大系数和反馈系数应满足关系式：上述公式包含两个含义：第一，放大

6、系数和反馈系数的乘积在平衡时等于1，第二，反馈信号和放大电路的输出信号同相(或2的整数倍)。为了使输出信号在电路接通时有一个从小到大直至达到平衡的过程，电路的启动条件如下：16.1.2正弦波振荡电路的组成和分类。根据以上分析，正弦波振荡电路的组成如下图所示。该电路由放大电路和反馈选频网络组成。在由分立元件组成的正弦波发生器中，放大电路中的晶体管依靠其非线性起稳幅作用，反馈选频网络起选频作用，产生正反馈信号形成电路的正反馈。16.1.2正弦波振荡电路的组成和分类：根据反馈和选频网络的不同，正弦波振荡电路可分为三类：1。反馈和选频网络由电阻和电容组成，称为RC正弦波振荡电路；2.反馈和选频网络由电

7、感和电容组成，称为LC振荡电路；3.应时晶体选择的频率称为应时晶体振荡电路。RC正弦波振荡电路的振荡频率相对较低，一般在1兆赫以下；LC正弦波振荡电路的振荡频率一般在1MHz以上；应时晶体振荡电路相当于液晶振荡电路。与液晶振荡电路相比，它的突出优点是振荡频率非常稳定。16.1.3读取正弦波振荡电路的方法和步骤。根据以上对正弦波振荡电路的组成和启动条件的讨论，可以看出，阅读一个特定的振荡电路应该包括以下几个方面：1 .检查电路是否包括放大电路、反馈、频率选择网络和幅度稳定。2.检查放大器电路的静态工作点设置，判断其是否能正常工作。3.用瞬时极性判别法检查是否能形成正反馈。4.确定是否满足AF1的

8、启动条件，并估计振荡频率。16.2 RC正弦振荡电路的解读最广泛使用的RC振荡电路是串并联网络振荡电路，也称为维恩桥振荡电路。1.RC串并联网络振荡电路结构该电路的典型结构如图所示。其放大电路采用集成运算放大器电路(也可使用晶体管放大电路)。反馈和选频网络由串联电阻和电容以及并联电阻和电容组成，因此称为串并联网络振荡电路。16.2 RC串并联网络振荡电路结构另一方面，R，C串联，R，C并联，电阻R1和射频正好形成一个电桥的四条腿(见图(b)，电路的输出端连接到电桥的两个顶点，放大电路的两个输入端连接到另外两个顶点，所以也叫放大电路图(1)中，运算放大电路是相连的，图1，图2，16.2正弦振荡电

9、路的读数，频率选择网络的频率特性RC串并联网络既是频率选择网络又是正反馈网络。首先，研究了该网络的频率特性，即当输入信号U0的频率从零逐渐变化到无穷大时，反馈系数f发生变化。频率特性包括两个方面：第一，当频率从零到无穷大逐渐变化时，反馈系数f的值随频率而变化，这就是RC串并联网络的幅频特性；其次，当频率从零逐渐变化到无穷大时，反馈电压UF和输入电压U0之间的相位差随频率而变化，这称为RC串并联网络的相频特性。图2，16.2 RC正弦波振荡电路读数，当f=f0时，反馈系数达到最大，最大值为F=1/3。图2，16.2 RC正弦波振荡电路读数，幅频特性：因此，幅频特性曲线呈尖峰状，如图(1)所示。钢

10、筋混凝土串并联网络的相频特性如下图所示。当输入信号频率接近零时，UF的相位将领先U0 90；当输入信号频率接近无穷大时，UF的相位将滞后U0 90；当输入信号频率为f=f0时，UF和U0之间没有相位差。16.2 RC正弦波振荡电路读数、相频特性：RC串并联网络的相频特性如下图所示。当输入信号频率接近零时，UF的相位将领先U0 90；当输入信号频率接近无穷大时，UF的相位将滞后U0 90；当输入信号频率f=f0时，UF和U0之间没有相位差。可以看出，对于频率为f0的信号，RC串并联网络的相移为零，这可以通过极性判别法证明形成正反馈。根据反馈网络的相频特性，频率偏离f0的其它信号不能形成正反馈，因

11、为相移不等于零。16.2 RC正弦波振荡电路读取、4，振荡频率的启动条件和启动条件是：今天F=1/3，所以只要A3，启动条件就可以满足。将运算放大器组成的放大电路的放大系数Av代入，振荡条件如下：16.2 RC正弦波振荡电路读数，摘要：1。串并联网络振荡电路(维恩桥振荡电路)的结构如图2所示。振荡条件为：3。振荡频率为：16.3LC。由于一般运算放大器电路的频率相对较低，而且LC正弦波振荡电路经常用来产生频率较高的正弦波，所以常用的LC正弦波振荡电路由分立元件组成，必要时也使用共基电路。有三种典型的LC正弦波振荡电路：变压器反馈振荡电路；电感反馈振荡电路；电容反馈振荡电路。16.3 LC正弦波

12、振荡电路读数，16.2.1变压器反馈型正弦波振荡电路，1。电路结构典型的变压器反馈式振荡电路如图所示，其中B1是一个具有三个绕组的变压器，绕组l连接到晶体管VT1的集电极，绕组L1用来产生反馈电压，第三绕组L2输出正弦波电压，而RL是负载。绕组中的两个黑点表示它们是两个同名绕组的末端，也就是说，当绕组被省略时，它们是“头”或“尾”。16.3 LC正弦波振荡电路读数、16.2.1变压器反馈正弦波振荡电路，2。放大电路右图所示振荡电路中使用的放大电路是由晶体管VT1组成的共发射极放大电路。在该电路中，电压被分压和偏置，Rb1和Rb2是基极电阻，re是发射极电阻，形成DC负反馈以稳定静态工作点。Ce

13、是一个旁路电容，它防止Re在交流信号上形成负反馈。不同于普通的共集电极放大电路，图中的放大电路采用LC并联网络作为集电极负载。16.3 LC正弦波振荡电路读数、3、反馈、频率选择网络特性电路frLC回路的幅频特性：如图所示。当输入信号频率等于谐振频率f0时，阻抗达到最大值，当它偏离该频率时，阻抗减小，频率趋于零或无穷大，阻抗趋于零。谐振频率f0等于：16.2.1变压器反馈正弦波振荡电路，16.3 LC正弦波振荡电路读数、和LC环路的相频特性如下图所示。当信号频率等于谐振频率f0时，电压和电流之间的相位差为零；当频率接近零时，相位差等于90 ;当频率接近无穷大时，相位差等于90。可以看出，以LC

14、并联电路作为集电极负载的放大电路具有频率选择特性。当信号频率等于LC环路的谐振频率时，环路具有最大阻抗，因此放大器电路在该频率下具有最大放大系数(共发射极放大器电路的放大系数与集电极阻抗成比例)，并且没有额外的相移。对于其他频率的信号，不仅放大系数降低，而且还会有额外的相移。16.2.1变压器反馈正弦波振荡电路、16.3 LC正弦波振荡电路读数、反馈电压极性分析：绕组L1给出反馈电压，反馈电压通过电容C1耦合到放大电路的基极。它是否构成正反馈取决于缠绕方向，这是可以区分的。根据图中所示的缠绕方向，它构成正反馈。用瞬时极性判别法，假设放大电路输入端的极性为“”，由于共发射极放大电路的反相效应，集

15、电极的极性为“”，带黑点的绕组L一端的极性为“”。绕组L1中黑点的极性与L中黑点的极性相同，也应该是“极性”，它通过电容C1耦合到输入端，与原来假设的极性相同，从而形成正反馈。16.2.1变压器反馈正弦波振荡电路、16.3 LC正弦波振荡电路读取、4，其启动条件和振荡频率可以证明，启动条件有：16.2.1变压器反馈正弦波振荡电路，其中晶体管VT1的电流放大倍数；Rbe是发射极结电阻；r是等效于LC谐振回路的等效损耗电阻，包括电感L的DC电阻；m是绕组l和L1之间的互感。从上述公式可以看出，选择高的晶体管和减小互感m有助于满足起动条件。16.3 LC正弦波振荡电路读数、汇总、16.2.1变压器反

16、馈正弦波振荡电路、1、LC正弦波振荡电路结构如图所示；2.起动条件如下：3 .振荡频率等于LC电路的谐振频率，等于：16.3 LC正弦波振荡电路读数、摘要：16.2.1变压器反馈正弦波振荡电路，变压器反馈振荡电路的优缺点：容易满足启动条件；振荡频率较高；输出波形失真小，适用范围广。缺点：使用变压器，体积和重量都比较大；输出电压和反馈电压通过磁路耦合，由于耦合不紧密，损耗较大；变压器铁芯容易产生电磁干扰；振荡频率稳定性不高。16.3 LC正弦波振荡电路读数、1、电路结构、16.2.2电感反馈正弦波振荡电路、电感反馈振荡电路如图所示。与变压器反馈电路相比，变压器在初级有一个抽头，在次级只有一个绕组，用于向负载输出。变压器初级绕组的三个端子分别连接到晶体管的三个极，上端子通过电容器C1连接到V