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CHAP.6 Signal Generator

CHECKPOINT. CHAP.6 Signal Generator. 正弦波振荡的工作原理和组成。 画出 正弦波振荡器的振荡交流通路， 用相 位起振条件判断能否振荡。 电压比较器的工作原理、传输特性。 用 电压比较器组成矩形波、三角波、锯齿 波信号产生电路。. AMP. 电源. 电源. 方波 锯齿波 三角波. 方波. 非 正弦波 正弦波. 正弦波. 测量 通信、广播 自控、遥控 高频能源. 反馈式. 反馈式 负阻型. 信号波形. OSC. 用途. 工作原理. 净输入信号 X id. 基本放大器 A.

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  1. CHECKPOINT CHAP.6 Signal Generator • 正弦波振荡的工作原理和组成。 • 画出正弦波振荡器的振荡交流通路，用相 • 位起振条件判断能否振荡。 • 电压比较器的工作原理、传输特性。 • 用电压比较器组成矩形波、三角波、锯齿 • 波信号产生电路。

  2. AMP 电源 电源 方波 锯齿波 三角波 方波 非正弦波 正弦波 正弦波 测量 通信、广播 自控、遥控 高频能源 反馈式 反馈式 负阻型 信号波形 OSC 用途 工作原理

  3. 净输入信号Xid 基本放大器 A 输出信号Xo 输入信号Xi 反馈信号Xf 反馈网络 F §6.1 Sinusoidal Oscillator 6.1.1. Operating Principe of Feedback Oscillator 令T（j ω）=A(jω)F(jω)

  4. n=0,1,2.…… T(ωosc)=1 ΦT(ωosc) = Φa +Φf = 2nπ AF| ωOsc=1 AF| ωOSC>1 ΦT(ωosc)=0 Equilibrium Condition 振幅平衡条件 相位平衡条件 振幅平衡条件 ΦT(ωosc)=0 相位平衡条件 Start-Oscillation Condition 振幅起振条件 相位起振条件

  5. Steady Condition 不稳定 稳定

  6. EWB 仿真图

  7. 有源放大器 反馈网络 稳相电路 稳幅电路 组成 6.1.2 LC Oscillator • 主要特征：采用了LC振荡回路作为振荡器的选频 网络 • 频率范围：几百 KHZ 至几百 MHZ • 电路形式: 互感耦合型 LC 振荡器 三点式 LC 振荡器 • 差分对 LC 振荡器

  8. 特点 电压U与电流I同相；阻 抗 ， 其值最大，电流I最小； 品质因数 一. LC Resonant Circuit Parallel-Resonant Circuit 电感L、电容C、损耗电 阻r与交流电源u并联，当ωL=1/ωC时，电路呈电阻 性，称为并联谐振电路。

  9. 特点 Series- Resonant Circuit 电感L、电容C、损耗电阻r与交流电源u串联，当ωL=1/ ωC时，电路呈电阻性，称为串联谐振电路。 电压U与电流I同相； 阻抗Z=r，其值最小，电流I最大； 品质因数

  10. 二. Oscillator with Transformer 根据谐振回路接在集电极、基极或发射极，可 分为调集、调基以及调发振荡器等不同形式。 特点 易起振 调节频率方便 输出波形失真较大

  11. 共射调集型振荡器 (a) 振 荡 交 流 通 路 共射调基型振荡器

  12. (c) 共基调发型振荡器 共基调集型振荡器

  13. 振荡交流通路 三. Tapped LC Oscillator 组成原则 • 选频网络由三个基本电抗 元件构成。 • 选频网络的三个引出端分 别与晶体管的e、b、c 三 个电极相连。 • 与发射极相连接的 X1和X2应为同性质的电抗 元件，而X3 则为与它们性质相反的电抗元件。 若X1和X2为感性， X3为容性，称为电感 三点式，反之为电容三点式。

  14. Hartley Oscillator 容易起振 调节频率方便 输出波形较差 频率稳定度差 特点

  15. Colpitts Oscillator 特点 输出波形较好 振荡频率高 调节频率困难 频率稳定度高

  16. Clapp Oscillator

  17. C4 Seiler Oscillator

  18. Z(光)轴 石英片 电极 X(电)轴 Circuit Symbol Y(机械)轴 6.1.3 Quartz Oscillator 1. Quartz Resonator 利用晶体的压电效应作振 荡回路的元件，可提高振 荡器的频稳度。.

  19. 用石英谐振器控制和稳定振荡频率，频率稳定度高于10-5用石英谐振器控制和稳定振荡频率，频率稳定度高于10-5 石英谐振器的电特性 晶 片 金 属 板 压电效应： 外加交变电压晶体机械振荡 内部交变电场晶体共振（P） 表示符号 等效电路：用电参数来模拟晶体共振现象 C0：静态电容（晶体不共振时 , 几到几十PF） L：模拟晶体的惯性；(10-3 ~ 10-2 H） L C：模拟晶体的弹性；(0.0002 ~ 0.1 PF） C0 C R R：模拟晶体振荡时的摩擦损耗； 等效电路

  20. 电抗的频率特性： X () 2 LC - 1 X ()=  (C0 + C - 2 L C0 C ) S = 1 / LC (1) X= 0 : 回路发生串联谐振 p = S  1 + (C/ C0) (2) X= ∞ :回路发生并联谐振 X S P 0 

  21. 2. Equivalent Circuit Lq1、Cq1、Rq1： 等效晶体的基频谐振 特性参数 Lqn、Cqn、Rqn ：等效晶体n次泛音谐 振特性参数 C0 ：静态电容 • 石英晶体的物理化学性能十分稳定，等效电 路的标准性高。 特点 • Lq很大， Cq很小， Qq值很高。 • 有二个谐振频率。 • 温度系数高。 • 只提供一个稳定的工作频率。

  22. 3. Parallel-Mode Quartz Oscillator 并联型晶体振荡电路服从三点式电路 的构成原则.晶体在电路中等效为高Q 电感. 可构成电容三点式和电感三点式振荡器.按 照晶体在电路中的连接位置不同，有两种 常用的并联型晶体振荡电路，即皮尔斯电路 和密勒电路。 Circuit Features

  23. Miller Circuit Pierce Circuit

  24. 4. Series-Mode Quartz Oscillator 串联型晶体振荡电路中，当晶体谐振 器工作于串联谐振频率ωs时，晶体在电 路中作为高Q短路元件，此时正反馈最强， 从而在该频率上产生振荡。 Circuit Features

  25. T Tapped-Mode Quartz Oscillator

  26. V c c Rc1 Rc2 C2 C1 Rb1 Rb2 T2 T1 CT Feedback-Mode Quartz Oscillator

  27. RC导前 RC滞后 RC串并族 6.1.4 RC Oscillator RC振荡器是采用电阻和电容元件来构成选频反 馈网络，根据RC的移相来满足相位平衡条件，从而 实现的振荡器。 选频网络 RC串并族 Features 构造简单 频率稳定度较差. 频率范围为几十千赫兹或更低.

  28. C R R C + + + + _ _ _ _ 1. Selective Network 导前移相电路 滞后移相电路

  29. A(ω) 幅频特性 Φ（ω） 相频特性 串并联选频电路

  30. 特点 调节频率方便 RF改成Rt易起振，能稳幅 2. Wien Bridge Oscillator 振荡频率 起振条件

  31. §6.2Non-Sinusoidal Oscillator 方波信号发生器 常用电路 三角波信号发生器 锯齿波信号发生器

  32. 6.2.1　矩形波发生电路 一、电路组成 RC充放电回路 滞回 比较器 滞回比较器：集成运放、R1、R2； 充放电回路：R、C；（延迟环节、反馈网络） 钳位电路：VDZ、R3。（稳幅环节）

  33. uC O t uO O t 二、工作原理 u- 设 t = 0 时，uC =0，uO = + UZ u+ 则 当　　 u- = uC= u+时， t1 t2 输出跳变， uO = - UZ 则 　　当 u- = uC= u+时，输出又一次跳变， uO = + UZ

  34. uC O t1 t2 t3 t uO O t 三、振荡周期 　　电容的充放电规律： 对于放电， 解得： 振荡频率f=1/T 　　结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。

  35. 6.2.2　三角波发生电路 uo1 一、电路组成 uo2 电路分析 uO1为方波 uO2为三角波 uo1 uo2 采用波形变换的方法得到三角波

  36. R4 R3 uO +UZ uI -UT +UT -UZ 左边是同相输入滞回比较器右边为反向积分运算电路 二、工作原理 当 u+ = u-= 0 时，滞回比较器的输出发生跳变。 传输特性

  37. R4 R3 uO1 O t 二、工作原理 当 u+ = u-= 0 时，滞回比较器的输出发生跳变。 设t=0时， uO1 = +UZu0= 0 uO O t

  38. 三、输出幅度和振荡周期 当 u+ = u-= 0 时，uO1 跳变为 -UZ， uO达到最大值 Uom。 解得三角波的输出幅度 振荡周期 调节电路中的R1 、R2、R3阻值和C的容量，可改变振荡频率， 调节R1 、R2的阻值，可改变三角波的幅值。

  39. uO1 T2 T1 O t uO O t T 6.2.3 锯齿波发生电路 一、电路组成 二、输出幅度和振荡周期 正向积分时间常数远大于反向积分时间常数或者相反。

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