正弦波信号产生电路

1、1 9.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 9.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 9.4 石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路 9.1 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件29.1 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件1. 1. 振荡条件振荡条件2. 2. 起振和稳幅起振和稳幅3. 3. 振荡电路基本结论振荡电路基本结论3正弦波振荡器正弦波振荡器（或称正弦波信号发生器）分（或称正弦波信号发生器）分RCRC、LCLC和石英和石英晶体正弦波振荡电路三种类型晶体正弦波振荡电路三种类型: :RCRC：输出频率较低输出频率较低 1HZ1HZ1MHZ1MHZ 低频信号

2、低频信号; ;LCLC：输出频率较高输出频率较高 一般产生一般产生1MHZ1MHZ以上高频信号以上高频信号; ;石英晶体石英晶体正弦波振荡电路正弦波振荡电路ff非常稳定非常稳定; ;1. 振荡条件振荡条件自激振荡自激振荡放大电路输入端不接外接信号，而在输放大电路输入端不接外接信号，而在输出端仍有一定频率和幅度的信号输出的现象。出端仍有一定频率和幅度的信号输出的现象。4自激振荡在放大电路中并非好事，它将使自激振荡在放大电路中并非好事，它将使放大电路放大电路不能正常工作，因此要采用消振电路来破坏不能正常工作，因此要采用消振电路来破坏产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件但在振荡电路中则不然，它正是利

3、用自激但在振荡电路中则不然，它正是利用自激振荡而工作。振荡而工作。振荡器与放大器的区别：前者不加输入信振荡器与放大器的区别：前者不加输入信号就有输出信号，而后者的输入端要接信号源。号就有输出信号，而后者的输入端要接信号源。5 正反馈放大电正反馈放大电路如图示。（注意路如图示。（注意与负反馈方框图的与负反馈方框图的差别）差别）fiaXXX 若环路增益若环路增益1 FA则则， faXX 去掉去掉， iXoX仍有稳定的输出仍有稳定的输出又又fafa AFFAFA所以振荡条件为所以振荡条件为1)()( FA振幅平衡条件振幅平衡条件 n2)()(fa 相位平衡条件相位平衡条件FAAAF 1则称电路发生则

4、称电路发生自激振荡自激振荡62. 2. 起振和稳幅起振和稳幅起振条件起振条件1)()( FA n2)()(fa 当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。加，否则波形将出现失真。 噪声中，满足相位平衡条件的某一频率噪声中，满足相位平衡条件的某一频率 0的信号被放大，的信号被放大，成为振荡电路的输出信号。成为振荡电路的输出信号。 稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时， 使振幅平衡条件从使振幅平衡条件从 回到回到1 AF。 1 AF73. 3. 基本结论基本结论正

5、弦波持续振荡的两个条件是：正弦波持续振荡的两个条件是：振幅平衡条件（幅值条件）振幅平衡条件（幅值条件） AF=1相位平衡条件相位平衡条件 n2)()(fa 从电路结构上来看，一个振荡电路必须满足三个条件：从电路结构上来看，一个振荡电路必须满足三个条件：放大电路放大电路正反馈正反馈选频网络（只对某一固定频率发生振荡）选频网络（只对某一固定频率发生振荡）欲使振荡电路自行建立振荡，则必需满足欲使振荡电路自行建立振荡，则必需满足1 FA到的条件1FA89.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1. 1. 电路组成电路组成2. 2. RCRC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性3. 3. 振荡

6、电路工作原理振荡电路工作原理4. 4. 稳幅措施稳幅措施91. 1. 电路组成电路组成 又称又称文氏电桥文氏电桥振荡电路振荡电路 反馈网络兼做选频网络反馈网络兼做选频网络102. 2. RCRC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性反馈系数反馈系数)()()(ofsVsVsFV 212ZZZ 2)(31sCRsCRsCR 又又 j s且令且令RC10 则则)( j3100 VF幅频响应幅频响应2002)(31 VF相频响应相频响应3)(arctg00f 112. RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性当当2002)(31 VF幅频响应有最大值幅频响应有最大值3)(arc

7、tg00f RCffRC 21 100 或或31max VF相频响应相频响应0f 123. 振荡电路工作原理振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为此时若放大电路的电压增益为 用瞬时极性法判断可知，电用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件路满足相位平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件0f 当当RC10 时，时， n2fa (+)(+)(+)(+)Av311f RRAV1313 VVFA电路可以输出频率为电路可以输出频率为 的正弦波的正弦波RCf 210 RCRC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 1 MHz 的正弦波的

8、正弦波13采用非线性元件采用非线性元件4. 稳幅措施稳幅措施4热敏元件热敏元件热敏电阻热敏电阻起振时，起振时，311f RRAV即即1 VVFA热敏电阻的作用热敏电阻的作用 oV oI 功功耗耗 fR 温度温度 fR 阻阻值值 fR3 VA1 VVFA稳幅稳幅 VA具有负温度系数14采用非线性元件采用非线性元件4. 稳幅措施稳幅措施4场效应管（场效应管（JFET）31DS3p3 RRRAV稳幅原理稳幅原理 oV )(GS负负值值V DSR3 VA1 VVFA稳幅稳幅 VA34 CRD、整流滤波整流滤波T 压控电阻压控电阻 15（3）采用非线性元件）采用非线性元件二极管二极管end169.3 L

9、C正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.3.1 LC并联谐振回路选频特性并联谐振回路选频特性9.3.2 变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路9.3.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路171. 等效阻抗等效阻抗9.3.1 LC并联谐振回路选频特性并联谐振回路选频特性LRCLRCZ jj1)j(j1 等效损耗电阻等效损耗电阻)1j(CLRCLZ 一般有一般有LR 则则CQLQRCLZ000 当当 时，时，LC10 电路谐振。电路谐振。LC10 为谐振频率为谐振频率谐振时谐振时阻抗最大，且为纯阻性阻抗最大，且为纯阻性其中其中CLRRCRLQ1100 为品质因数为品质因数同时有同时有IQII LL

10、即即III LL182. 频率响应频率响应9.3.1 LC并联谐振回路选频特性并联谐振回路选频特性19 虽然波形出现了失真，但由于虽然波形出现了失真，但由于LC谐振电路的谐振电路的Q值很高，选值很高，选频特性好，所以仍能选出频特性好，所以仍能选出 0的正弦波信号。的正弦波信号。9.3.2 变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路1. 电路结构电路结构2. 相位平衡条件相位平衡条件3. 幅值平衡条件幅值平衡条件4. 稳幅稳幅5. 选频选频 通过选择高通过选择高 值的值的BJT和和调整变压器的匝数比，可以调整变压器的匝数比，可以满足满足1 FA，电路可以起振。，电路可以起振。 BJT进入非线性

11、区，波形进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。（定性分析）（定性分析）20VCCRb1ReRb2C1CeMLCcbeTvo(+)(-)(+)(+)VCCRb1ReRb2C1MLCcbeT(-)(-)(+)(+)9.3.2 变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路反馈反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件反馈反馈(-)21仍然由仍然由LC并联谐振电路构成选频网络并联谐振电路构成选频网络A. 若中间点交流接地，则首端与尾端若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。相位相反。9.3.3 三点式三点式LC

12、振荡电路振荡电路1. 三点式三点式LC并联电路并联电路C1C2首端首端尾端尾端中间端中间端L电容三点式电容三点式C首端首端尾端尾端中间端中间端L1L2电感三点式电感三点式 中间端的瞬时电位一定在首、尾端中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。电位之间。三点的相位关系三点的相位关系B. 若首端或尾端交流接地，则其他两若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。端相位相同。229.3.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路2. 电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路239.3.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路3. 电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路24品质因数品质因数 Q Q 值越高，选频特性越

13、好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。9.4 石英晶体石英晶体振荡电路振荡电路 频率稳定问题频率稳定问题频率稳定度一般由频率稳定度一般由 来衡量来衡量0ff 频率偏移量。频率偏移量。f 0f振荡频率。振荡频率。LC振荡电路振荡电路 Q 数百数百石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 Q 104 10625石英晶体的基本特性和等效电路石英晶体的基本特性和等效电路一、基本特性一、基本特性压电效应压电效应：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产生机械变形；若在晶片上施加机械压力，在晶片相应的生机械变形；若在晶片上施加机械压力，在晶片相应的方向上会产生一定的电场。

14、方向上会产生一定的电场。压电谐振压电谐振：晶片上外加交变电压的频率为某一特定：晶片上外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅突然增加。频率时，振幅突然增加。26二、等效电路二、等效电路符号：符号：串联谐振频率串联谐振频率LCf 21s并联谐振频率并联谐振频率0sp1CCff电抗频率特性电抗频率特性OfXfsfp容性容性容性容性感性感性通常通常0CC 所以所以很很接接近近与与 psff27实际使用时外接一小电容实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为则新的谐振频率为s0s121CCCLCf s0s1CCCf 由此看出由此看出；时，时， 0 pssffC sss ffC 时，时，调整调整之之间间

15、变变化化和和在在可可使使 psssfffC 28 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路end相当于电容三点式相当于电容三点式LC振荡电路振荡电路29 Rd VCC R T1 C Re2 R1 C R T2 (+)(-)(-)(-)(-)(a)负反馈，不能振荡负反馈，不能振荡习题习题 1 130 C vO R2 C R 灯灯 + A R R1 N P (+)(+)(+)(b)正反馈，能振荡正反馈，能振荡习题习题 2 231 D1 0.01 F C vO RP R2 0.01 F C R R1 2k + A 10k R 10k 4.5k D2 （1）放大电路增益）放大电路增益RP在在05k 内可调。稳幅后内可调。稳幅后rd=500 ，求（，求（1）RP的值；（的值；（2）振荡频）振荡频率率。12dPV)/(1RRrRA 解：解：3V A稳幅时稳幅时得得 k55. 3)/(22d1PRrRR RCf 21o（2）振荡频率）振荡频率习题习题 3 332（1）极性）极性3112PV RRRA解：解： vO R1