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1、,第九章 信 号 产 生 电 路,9.1 正弦波振荡器概述,1. 振荡条件,正弦波振荡器是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大器。,基本放大器,反馈网络,+,图 91,可得:,条件:,2. 振荡的建立:,合上直流电源,就会有微弱的噪声电压,经放大,正反馈,再放大,再正反馈 ,最后受非线性元件限制, 幅度稳定下来。,3. 选频网络:,噪声电压并非某一频率的正弦波,频谱分布很广,因此需一个选频网络,选取所需频率的信号,此频率称为“ 振荡频率f0”, RC选频网络:桥式,双T,移相, LC选频网络:变压器式,三点式,石英晶体; f0 1MHZ。,f0 = 1HZ1MHZ;,9.2 RC正弦波振荡
2、器,1. 电路原理图,RC选频网络正反馈网络。,Z1, Z2, R1, R2组成电桥文氏电桥。,图92,2. RC串联网络的选频特性,幅频响应:,相频响应:,图92,3. 振荡频率与振荡波形,当 时,Av值略大于3, Av Fv略大于1, a+ f = 0。电路产生振荡,输出频为f0正弦波。而其他频率的波幅值和相位条件都不满足,被抑制。,4. 稳幅措施, R2选具负温系数的热敏电阻, 用FET工作在可变电阻区的rds(漏源电阻)代替R1,+,R3,Rp2,R4,R5,Rp4,Rp3,R2,Rp1,R1,C13,C12,C11,C21,C22,C23,T,3DJ7F,100k,10k,C3,10
3、F,0.03F,0.3F,0.03F,0.003F,0.3F,27k,2.4k,2.4k,27k,1k,6.8k,D,2CP11,0.003F,图93,1k,当vDS比较小时,改变vGS可改变rds 。,二极管D半波整流。 R4 C3滤波。,R5 和Rp4上电压负得更多,vGS负得更多。,rds,9.3 LC正弦波振荡器,一、LC并联谐振回路,图 94,( LR,分子中R被忽略,但分母中R不能忽略),1. 频率特性:,0, Z= 0, +90 (C支路开路,电路呈感性), Z=0, 90 (L支路开路,电路呈容性),(电路呈电阻性,,产生并联揩振),(a),1,Z,结论:当频率为谐振频率时,即
4、,图95,2. 品质因素Q:, Q是用以评价回路损耗大小的指标,R越小,损耗越小,Q越大;, Q大,选频效果好;,二、变压器反馈式LC正弦波振荡器,图 95,1. 判断能否起振 (Cb, Ce对交流看成短路),相位:,幅度: 选 较大的管子;, 增加变压器原副边之耦合程度(一般都好满足),2. 求振荡频率,L:N1之电感,规律:对于反相放大器、ce电路、cs电路:, x1,x2为同类电抗, x3为异类电抗即能满足起振的相位条件, 由x1 +x2+ x3=0, 求得f0.,x1:输入和地之间所接电抗,x2:输出和地之间所接电抗,x3:输出和输入之间所接电抗,x为电感,取正值,如L,三、三点式正弦
5、波振荡器,对于同相放大器、cb电路, x1,x2为异类电抗。, 由x1 +x2+ x3=0, 求得 f0.,1. 电感三点式正弦波振荡器(哈脱莱振荡器),图96,Re,Cb1,Rb2,T,Ce,Rb1,Rc,L2,L1,C,Cb2,+VCC,(+),(+),(), 判断:,x1, x2为感抗, x3为容抗,满足相位条件。,AV较大,只要适当选取L2/L1的比值就可起振。,b. 也可用相位判别。,a., 求 f0:,x1 + x2 + x3 = 0,2. 电容三点式正弦波振荡器, 判断:,a. x1, x2为容抗, x3为感抗,满足相位条件。,只要值大一些,恰当选取C2/C1的比值就可起振。,b
6、. 相位判别, 求 f0:,x1 + x2 + x3 = 0,四、石英晶体振荡器,LC振荡器频率稳定度差,要求高频率稳定度场合用石英晶体振荡器。其频率稳定度 可达1011。,1. 结构符号,从一块晶体(sio2)上切下一薄片,在其表面涂银装上一对金属板,其符号如图98(a)。,2. 等效电路如图98(b),C0:几pF 几十 PF. 为金属与切片间电容,C:0.0002pF 0.01pF. 模拟晶体的弹性,L:模拟晶体的质量,R:损耗,图98, 当 x = 0,发生串联谐振。,串联谐振频率, 当 x = ,发生并联谐振。,并联谐振频率,3. 电抗频率响应特性如图98(c), 由于C0C, fs
7、和fp相差很近。, fs 0,晶体呈感性。, 谐振频率不能调节,往往加一可调电容Cs.,f fp ,晶体呈容性。,电路的阻抗,谐振频率f : fs f fp,4. 应用, 并联晶体振荡器,晶体起电感的作用,属于电容三点式LC振荡电路,振荡频率 fs f fp,图910, 串联晶体振荡器,a. 设某一时刻T1的e极电位为正,则T2e极也为正。, a=0,而当信号频率f 为石英晶体的串联谐振频率fs时,,b. 谐振频率 f = fs,例91 电路如图,(1) 用相位平衡条件判断哪些可能振荡?哪些不能?,(2) 判断它们是哪一类型的振荡器?,(3) 若能振荡,求出振荡频率。,(Ce1,Cb,Ce对交
8、流信号看作短路),T1,+VCC,T2,Re2,Re1,R,R,Re1,C,C,Ce1,解:(a)图 (1) 不能振 a = 180 , f = 0,(2) RC振荡器,(a),(+),(),a + f = 180,(),(),+,R,L2,R2,C,C,R,解:(b)图 (1) 可能振 a = 0, f = 0,(2) RC 振荡器,(b),(3),Re,Cb,Rb2,Rb1,C,L,T,Ce,解:(c)图 (1) 不能振 a = 180, f = 0,(c),(2) 变压器反馈式,+VCC,(),(+),(),Rb2,Rb1,C,L1,T,Ce,(d),+VCC,L2,Cb,Re,解:(d
9、)图 (1)可能振 a = 180, f =180,(2) 变压器反馈式,(3),(),(+),(+),+,C,Cb,L1,L3,(e),解:(e)图 (1)不能振 x1为感抗, x2为容抗, x1,x2不是同类电抗,(2) 电感三点式,(),(),(+),C,C,晶体,T,C,+VCC,(f),解:(f)图 (1)能振荡,晶体呈感抗, x1,x2为容抗, x3即晶体和C串联,呈感性。,(2) 电感三点式,(3) fs f fp,(),(+),(+),例92 下图为两种改进型电容三点式振荡电路。若Cb很大, C1 C3, C2 C3,求振荡频率的近似表达式。,解:(a),x1 + x2 + x
10、3 = 0, C1 C3, C2 C3,Re,Cb,Rb2,Rb1,T1,C1,+VCC,C2,L,C3,Rc,Re,Cb,Rb2,Rb1,T2,C1,+VCC,C2,L,C3,Rc,C4,(b),x1 + x2 + x3 = 0, C1 C3, C2 C3,94 非正弦信号发生器,例93 集成运放已实现调零,且已知其最大输入电压幅度为15V,在下列几种情况下,输出电压vo= ?,(1)m, n接通, vi=0, vo= _V,(2)m, n接通, vi=1v, vo= _V,0,1,(3)m, p接通, vi=1v, vo= _V,15,(4)m, p接通, vi= 1v, vo= _V,1
11、5,(5)m悬空, vi= 1v, vo= _ V,15,(6)m悬空, vi= 1v, vo= _V,15,一、比较器,1. 单门限比较器,图914,vi VREF,vi VREF,(正的最大输出电压),(负的最大输出电压),2. 迟滞比较器, 问题的提出:,一个过零比较器可把一个正弦波变为方波输出。,若vi在o的附近变化(其上迭加了干扰信号),则vo会反复由一个电平跳到另一个电平。,想法让比较器灵敏度差些,变迟钝些,引出迟滞比较器。,图915, 迟滞比较器的工作原理:,+,vi,vo,R2,R1,vi,10k,0.1k,VREF,1V,图916,单门限比较器+R1正反馈支路,当vo = +
12、5V时, vi =1.04V= V1 ,即当vi 1.04V, vo翻转成5V。,vo = 5V时, vi =0.94V= V1 ,即当vi 0.94V, vo翻转成 +5V。,传输特性如下图,t,t,vo(V),vo(V),t,5,5,5,+5,+5,+5,o,o,o,V1,图917,vo(V),V1:上限触发电平,此处为1.04V,下限触发电平,此处为0.94V,VH:门限宽度或回差电压,,比较器的特点:,1. 工作在开环或正反馈状态;,2. 输出与输入不成线性关系;,3. 输入是模拟量,输出电平是离散的。 (可作模拟电路与数字电路的过渡电路),设A为理想运放。其最大输出电压为15V,稳压
13、管DZ的双向稳压值VZ= 6V, R1= R2=15k, R3=30k。,+,vi,vo,R2,R3,A,R1,R2,DZ,画出该电路的电压传输特性。,例94 电路如下图,,解:在vo翻转时即临界时: v+= v, iI= 0仍成立。, R3两端电压即DZ两端电压。,而临界时,v+= v = 3V,临界时vO在 9V9V间,, DZ上电压绝对值不足6V。,vi= v = 3V,传输特性:,vO(V),9,9,3,3,vi(V),二、方波发生器,1. 电路组成,RC电路:由Rf ,C 组成,迟滞比较器:除Rf ,C 以外部分,,VZ1、VZ2:双向限幅;,R:限流电阻,2. 工作原理, 若合上电源, t=0时, vO= +VZ,VZ = VZ1 + VZ2, t , VZ经Rf向C充电, vC, vC略大于FVZ, 电路翻转, vO= VZ, V+= FVZ, 如图AB段.,t,t,vC,vO,图919,C,A,B,VZ,VZ, t , C经Rf 放电.,当vO=0, VZ经Rf向C反向充电, 如图920所示.,当vC略负于 FVZ , 电路又翻转. 如BC段.,3. 求T,看BC段,依三要素法,则,代入上式,解得,,适当选取R1、R2之值,使F = 0.47,,则 T = 2Rf C.,
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