第7章波形发生电路

1、(1-1)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-1)第七章第七章波形的发生电路波形的发生电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1-2)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-2)7.1 7.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路的分析方法的分析方法7.2 RC7.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路7.3 7.3 LCLC正弦波振荡电路正弦波振荡电路7.4 7.4 非正弦波发生电路非正弦波发生电路第七章波形的发生和第七章波形的发生和变换电路变换电路(1-3)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-3)fidXXX改成正反馈改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有

2、正反馈电路才能产生自激振荡。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+dXoXfX7.1正弦波振荡电路的分析方法正弦波振荡电路的分析方法(1-4)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-4)如果：如果：,ifXX则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FdXoXfX反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+dXoXfX(1-5)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-5)一、产生正弦波振荡的条件一、产生正弦波振荡的条件fidofdooXX

3、XXFXXAXFAAXXAooioF1基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+dXoXfX(1-6)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-6)FAo=1自激振荡的条件自激振荡的条件基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FdXoXfXoffdXFXXX,oodooXFAXAX(1-7)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-7)FAAAooF1如果：如果：FoAFA:01则(1)正反馈足够强正反馈足够强,输入信号为输入信号为0时仍有信号输出，时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。这就是产生了自激振荡。(2)要获得非正弦自激振荡要获得非正弦自激振荡,反馈回路

4、中必须有反馈回路中必须有RC积分电路。例如：前面介绍的方波发生积分电路。例如：前面介绍的方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器等。器、三角波发生器、锯齿波发生器等。)()(FA、(3)要获得正弦自激振荡要获得正弦自激振荡,反馈回路中必须有选频反馈回路中必须有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：(1-8)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-8)自激振荡的条件：自激振荡的条件：1)()(FA因为：因为：AAA|)(FFF|)(所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振幅条件：）振幅条件：1|AF（2）相位条件：）相位条

5、件：nFA2n是整数是整数相位条件相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。可以通过调整放大电路的放大倍数达到。(1-9)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-9)问题问题1：如何启振？如何启振？Uo是振荡器的电压输出幅度，是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅是要求输出的幅度。起振时度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时，达到稳定振荡时Uo=B。放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。分量。选

6、频网络：选频网络：把把fo分量选出，把其他频率的分量分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：衰减掉。这时，只要：|AF|1，且，且 A+ B=2n ，即可起振。即可起振。振荡器起振过振荡器起振过程程仿真仿真(1-10)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-10)问题问题2：如何稳幅？如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若时若|AF|仍大于仍大于1，则输出将会饱和失真。，则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数调整为达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。即可稳幅。具体方法将在后面具体电路中介绍。具体方法将在

7、后面具体电路中介绍。起振并能稳定振荡的条件：起振并能稳定振荡的条件：111AFBUAFBUAFBUooo时，时，时，(1-11)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-11)二、正弦波振荡电路的组成及分类二、正弦波振荡电路的组成及分类(1)放大电路放大电路:保证电路能够有从起振到动态平衡的保证电路能够有从起振到动态平衡的过程过程,使电路获得一定幅值的输出量使电路获得一定幅值的输出量,实现能量的控实现能量的控制。制。1.正弦波振荡电路必须由以下四个部分组成正弦波振荡电路必须由以下四个部分组成:(2)选频网络选频网络:确定电路的振荡频率确定电路的振荡频率,使电路产生使电路产生单一频率的振

8、荡单一频率的振荡,即保证电路产生正弦波振荡。即保证电路产生正弦波振荡。(3)正反馈网络正反馈网络:引人正反馈引人正反馈,使放大电路的输入信使放大电路的输入信号等于反馈信号号等于反馈信号。(1-12)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-12)(4)稳幅环节稳幅环节:也就是非线性环节也就是非线性环节,作用是使输出作用是使输出信号幅值稳定。信号幅值稳定。2.正弦波振荡电路正弦波振荡电路的分类的分类:正弦波振荡电路常用正弦波振荡电路常用选频网络选频网络所用元件来命所用元件来命名名,分为分为RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路和和石英晶体正弦波振荡电路石英晶体

9、正弦波振荡电路三种类型。三种类型。RC正弦波振荡电路的振荡频率较低正弦波振荡电路的振荡频率较低,一般在一般在1MHz以下以下;LC正弦波振荡电路的振荡频率多在正弦波振荡电路的振荡频率多在1MHz以上以上;石英晶体正弦波振荡电路也可等效为石英晶体正弦波振荡电路也可等效为LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路,其特点是振荡频率非常稳定。其特点是振荡频率非常稳定。(1-13)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-13)(1)观察电路是否包含了放大电路、选频网络、观察电路是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。三、判断电路是否可能产生正弦

10、波振荡的三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤方法和步骤(3)利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件。荡的相位条件。(2)判断放大电路是否能够正常工作判断放大电路是否能够正常工作,即是否有合即是否有合适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输出适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输出和放大。和放大。(4)判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件,即是即是否满足起振条件。否满足起振条件。(1-14)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-14)7. 2 RC正弦波振荡正弦波振荡电路电路用用RC电路

11、构成选频网络的振荡电路即所谓的电路构成选频网络的振荡电路即所谓的RC振振荡电路，可选用的荡电路，可选用的RC选频网络有多种，这里只介选频网络有多种，这里只介绍绍文氏桥选频电路文氏桥选频电路。R1C1R2C2iUoU一、一、RC串并联选频网络串并联选频网络(1-15)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-15)1()1(112211221CRCRjCCRRUUio 1221212CRfCRfoo 时，相移为时，相移为0 0。R1C1R2C2iUoU(1-16)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-16)212121CCRRfo如果：如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则

12、：，则：RCfo21)(31ffffjUUooio )(ffffarctgoo 31 22)(31ffffUUooio 传递函数：传递函数：相频特性：相频特性：幅频特性：幅频特性：fofioUU31+90 90 f0(1-17)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-17)二、二、RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路0A所以，要满足相位所以，要满足相位条件，只有在条件，只有在fo处处0F因为：因为：1AF122RR uo_+ + R2RCRCR1121RRA31112FRRA(1-18)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-18)能自行启动的电路（能自行启动的电路（1

13、）uotRTA半导体半导体热敏电阻热敏电阻起振时，起振时，RT略大于略大于2R1，使使|AF|1，以便起振；，以便起振；_+ + RTRCRCR1t uo起振后，起振后，uo逐渐增大则逐渐增大则RT逐渐减小，使得输出逐渐减小，使得输出uo为某值时，为某值时，|AF|=1，从而稳幅。从而稳幅。(1-19)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-19)能自行启动的电路（能自行启动的电路（2）R22为一小电阻，为一小电阻，使使(R21+R22)略大于略大于2R1，|AF|1，以，以便起振；便起振；_+ + R21RCCR1R22D1D2随着随着uo的增加，的增加，R22逐渐被短接，逐渐被短

14、接，A自动自动下降到使下降到使|AF|=1，使，使得输出得输出uo稳定在某值。稳定在某值。(1-20)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-20)输出频率的调整：输出频率的调整：RCfo21通过调整通过调整R或或/和和C来调整频率。来调整频率。_+ + RFuoRCCRKKR1R1R2R2R3R3C：双联可调电双联可调电容，改变容，改变C，用于细调振用于细调振荡频率。荡频率。K：双联波段开：双联波段开关，切换关，切换R，用于粗调振用于粗调振荡频率。荡频率。三、振荡频率可调的三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路(1-21)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路

15、结束(8-21)电子琴的振荡电路：电子琴的振荡电路：2121RRCfo_+ + RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21(1-22)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-22)四、用分立元件组成的四、用分立元件组成的RC振荡器（振荡器（补充介绍补充介绍）RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+ube RC网络正反馈，网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。合适的参数则可产生振荡。(1-23)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-23)7. 3

16、LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分立元件组成放大电路。本节只对以一般用分立元件组成放大电路。本节只对LC振振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。一、一、LC谐振回路的频率特性谐振回路的频率特性(1-24)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-24)LCo1RCLZoiCLQIIIRLQoLCfo21谐振时回路电流谐振时回路电流比总电流大的多，比总电流大的多，外界对谐

17、振回路外界对谐振回路的影响可以忽略！的影响可以忽略！CLRiUILI(1-25)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-25)由由LC谐振回路构成的选频放大电路：谐振回路构成的选频放大电路：(1-26)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-26)二、变压器反馈式振荡电路二、变压器反馈式振荡电路1.工作原理工作原理图7.1.13 在选频放大电路中引正反馈(1-27)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-27)变压器反馈式振荡电路：变压器反馈式振荡电路：图7.1.14 变压器反馈式振荡电路(1-28)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-28)变压器反

18、馈式振荡电路的交流通路：变压器反馈式振荡电路的交流通路：图7.1.15 变压器反馈式振荡 电路的交流通路(1-29)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-29)2.振荡频率及起振条件振荡频率及起振条件变压器反馈式振荡电路的交流等效电路：变压器反馈式振荡电路的交流等效电路：图7.1.16变压器反馈式振荡电路的交流等效电路(1-30)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-30)振荡频率及起振条件的分析：振荡频率及起振条件的分析：211)(IMjILjRUo 变压器原边变压器原边变压器副边变压器副边212LjRIMjIi 整理可得整理可得11)(ILjRUo 其中其中2222

19、22211222222LLRMLLRLRMRRiii (1-31)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-31)其品质因数其品质因数CLRQ11 当当Q1时，振荡频率为时，振荡频率为CLf1021 beibcrUQIQIQI 1iiiffRLjRIMjRIU 2010 iRL 20 beifrUMQIMU 010 (1-32)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-32)根据根据1 ifofioUUUUUUFAMQrbe0 得得MCRrbe 3.优缺点优缺点（1）易于起振）易于起振（2）输出电压失真小）输出电压失真小（3）应用范围广）应用范围广（4）耦合不紧、损耗大、振荡频

20、率稳定性不高）耦合不紧、损耗大、振荡频率稳定性不高(1-33)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-33)三、电感反馈式振荡电路三、电感反馈式振荡电路1.电路组成电路组成图图7.1.17电感反馈式振荡电路电感反馈式振荡电路2.工作原理工作原理(1-34)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-34)图图7.1.18电感反馈式振荡电路的交流通路电感反馈式振荡电路的交流通路(1-35)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-35)例：例：正反馈正反馈频率由频率由C、L1、L2谐振网谐振网络决定。络决定。+UCCCC1L1L2C2uL1uL2uC设设uB uC uD

21、uB uL2 ube uL1 D(1-36)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-36)3.振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件图图7.1.19电感反馈式振荡电路的交流等效电路电感反馈式振荡电路的交流等效电路(1-37)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-37)CMLLf)2(21210 振荡频率振荡频率反馈系数反馈系数MLMLMjLjMjLjUUFof 1212 2FRRii iLLRRR /beLurRA (1-38)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-38)根据根据1FA得起振条件得起振条件LbeRrMLML21通常应通过实验确定通常应通过实验确定

22、N2与与N1的比值，一般在的比值，一般在1/81/4之间。之间。4.优缺点优缺点（1）耦合紧、振幅大；）耦合紧、振幅大；（2）频率调节范围宽；）频率调节范围宽；（3）输出波形中含有高次谐波。）输出波形中含有高次谐波。(1-39)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-39)四、电容反馈式振荡电路四、电容反馈式振荡电路1.电路组成电路组成2.工作原理工作原理图7.1.20电容反馈式振荡电路(1-40)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-40)正反馈正反馈设设uB uC uC1 uC2 uB 频率由频率由L、C1、C2组成的谐振网络决定。组成的谐振网络决定。+UCCC1LC

23、2ABC+uLuC1 dtduCdtduCiCC2211uC1减小时，减小时，uC2如何变化？如何变化？设设L、C1、C2组成的谐振网组成的谐振网络中的电流为络中的电流为i，则，则ii(1-41)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-41)3.振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件2121021CCCCLf 振荡频率振荡频率反馈系数反馈系数21CCUUFof 电压放大倍数电压放大倍数beLiourRUUA 2/FRRRicL (1-42)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-42)起振条件起振条件LbeRrCC12优缺点优缺点（1）输出波形中高次谐波少，波形好；）输出波形

24、中高次谐波少，波形好；（2）频率调节不太方便；）频率调节不太方便；（3）频率稳定度受极间电容影响较大。）频率稳定度受极间电容影响较大。(1-43)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-43)4.稳定振荡频率的措施稳定振荡频率的措施（1）克拉泼）克拉泼(Clapp)振荡器振荡器图7.1.22电容反馈式振荡电路的改进(1-44)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-44)回路总电容回路总电容(C3C1，C3C2)332111111CCCCC振荡器的振荡频率为振荡器的振荡频率为302121LCLCf振荡频率高于振荡频率高于100MHz时，应采用时，应采用共基放大电路共基放大电

25、路(1-45)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-45)图7.1.23采用共基放大电路的电容反馈式振荡电路(1-46)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-46)（2）席勒）席勒(Siler)振荡器振荡器(1-47)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-47)4343211111CCCCCCC)(2121430CCLLCf振荡器的振荡频率为振荡器的振荡频率为回路总电容回路总电容(1-48)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-48)1、石英晶体的特点、石英晶体的特点五、石英晶体正弦波振荡电路五、石英晶体正弦波振荡电路(1-49)第第7 7章章

26、波形发生电路波形发生电路结束(8-49)(1-50)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-50)压电效应当晶体受外力作用而形变（如伸缩、压电效应当晶体受外力作用而形变（如伸缩、切变、扭曲等）时，就在它对应的表面上产生正、切变、扭曲等）时，就在它对应的表面上产生正、负电荷，呈现出电压。负电荷，呈现出电压。b.石英晶体的等效电路和振荡频率石英晶体的等效电路和振荡频率反压电效应当在晶体两端面加电压时，晶体反压电效应当在晶体两端面加电压时，晶体又会产生机械形变。若电压为交变电压，则晶体又会产生机械形变。若电压为交变电压，则晶体就会发生周期性的振动（且具有一固有谐振频就会发生周期性的振动（且

27、具有一固有谐振频率），同时会有电流流过晶体。率），同时会有电流流过晶体。a.压电效应和压电振荡压电效应和压电振荡(1-51)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-51)(a)谐振频率附近的等效电路谐振频率附近的等效电路;(b)频率特性曲线频率特性曲线图图7.1.28石英晶体的等效电路及其频率特性石英晶体的等效电路及其频率特性(1-52)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-52)000011212121CCfCCLCCCCCLfLCfSpS6410101CLRQ品质因数为品质因数为频率稳定度频率稳定度111086010101010或ff串联谐振频率和并联谐振频率为串联谐

28、振频率和并联谐振频率为(1-53)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-53)2.并联型石英晶体正弦波振荡电路并联型石英晶体正弦波振荡电路图7.1.29并联型石英晶体振荡电路(1-54)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-54)3.串联型石英晶体振荡电路串联型石英晶体振荡电路图7.1.30串联型石英晶体振荡电路(1-55)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-55)7.4 非正弦波发生电路非正弦波发生电路图7.4.1 几种常见的非正弦波(1-56)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-56)一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理ZTURRRU211ZTURRRU211上下阈值电压：上下阈值电压：反相输入的滞回比较反相输入的滞回比较器，输出经积分电路器，输出经积分电路再输入到此比较器的再输入到此比较器的反相输入端。反相输入端。7.4.17.4.1矩形波发生电路矩形波发生电路(1-57)第第7 7章章 波形发生电路波形发生电路结束(8-57)二、波形分析及主要参数二、波形分析及主要参数1.设设uo=+UZ此时，输出给此时，输出给C充电充电!则：则：uP=+UT0tuo+UZ