昆明理工大学模拟电路第七章 信号产生电路

7.1正弦波振荡电路的振荡条件第七章信号产生电路7.2RC正弦波振荡电路7.3LC正弦波振荡电路7.4非正弦信号产生电路17.1正弦波振荡电路的振荡条件信号产生电路(振荡器—Oscillators)分类：正弦波振荡:非正弦波振荡：RC振荡器(1kHz~数百kHz)LC振荡器(几百kHz以上)石英晶体振荡器(频率稳定度高)方波、三角波、锯齿波等主要性要求能：输出信号的幅度准确稳定输出信号的频率准确稳定27.1正弦波振荡电路的振荡条件图中Xd＝Xi＋Xf

如果Xi＝0而且Xf，Xd幅度相等相位相同时，电路将输出一个稳定的正弦波。A+F×由此知，振荡条件为：Xf

＝Xd由以上方框图可得：Xf

＝FXoXo

＝AXd由此产生正弦波振荡的条件为：AF＝137.1正弦波振荡电路的振荡条件A+F×AF＝1微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。—

相位平衡条件n=0,1,2,••—

振幅平衡条件电路的回路增益等于1，相移为2π的整数倍，反馈网络必须时正反馈。••振荡电路达到并维持稳幅振荡的条件，满足这一条件并不能使电路起振。••起振条件47.1正弦波振荡电路的振荡条件A+F×起振条件••

1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu

>1Au

Fu

<1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf

起振稳幅57.1正弦波振荡电路的振荡条件振荡电路初始信号的由来电路中出现微小的扰动例如接通电源所产生的电流冲击，或者电子元件内部产生的噪声电压，都可以成为振荡电路的初始信号。这些扰动信号包含有限宽的频率成分，但只由f＝f0的频率满足相位平衡条件。振荡电路具有“选择频率”的特性。振荡电路的组成除了必须有放大，反馈两部分外，还必须有“选频网络”。67.1正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡器电路组成（1）放大电路：保证放大信号，并向电路提供能量。（2）反馈网络：引入正反馈，使之满足相位和幅度平衡条件。（3）选频网络：选择某一单一频率，满足起振条件，保证输出为单一频率的正弦波信号。（4）稳幅措施的电路：保证正弦波振荡器输出具有稳定幅度的正弦波信号。77.1正弦波振荡电路的振荡条件判断是否振荡的方法：（1）是否具有正弦波振荡电路的几个基本组成部分，是否满足相位条件，电路是否为正反馈。（2）放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作点是否合适。（3）是否满足幅度条件，检验|AF||AF|<1

不可能振荡|AF|>>1

能振荡，但输出波形明显失真。|AF|>1

能振荡，加上稳幅措施稳定后|AF|=1，振荡稳定，输出波形失真小。87.2RC正弦波振荡电路一、RC串并联电路的频率特性（1）当信号频率足够低时1/ωC1>>R1，1/ω

C2>>R2U2超前U1，电路近似等效为：（2）当信号频率足够高时1/ωC1<<R1，1/ω

C2<<R2U2滞后U1，电路近似等效为：结论：在高频与低频之间存在一个频率f0，其相位关系即不是超前也不是滞后，输出电压U2与输入电压U1相位一致。97.2RC正弦波振荡电路0Fu

.0f90-90RC

串并联选频网络式中:0=1/RC当=0

时Fu=1/3.=0º107.2RC正弦波振荡电路二、RC串并联桥式振荡电路其放大电路为同相比例电路。反馈网络和选频网络由串并联电路组成。起振条件n=0,1,2,相位条件117.2RC正弦波振荡电路三、振荡电路稳幅措施利用二极管和稳压管的非线性特性、场效应管的可变电阻特性及热敏电阻元件的非线性特性，自动的稳定振荡器输出的幅度。为使电Au

为非线性，起振时，应使Au>3，稳幅后Au=3。Au=Uo/Ui=1+Rf/R1Rf为负温度系数的热敏电阻RC振荡电路特点（1）振荡频率取决于RC乘积，要求振荡频率较高时，RC值必然很小。（2）普通集成运放带宽较窄，限制了振荡频率的提高。（3）工作频率低，在1MHz以下。127.3LC正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路是以LC谐振电路作为选频网络的振荡电路，常用来产生频率较高的振荡。一、LC并联电路的频率特性谐振时回路等效阻抗呈现纯阻抗性质，且达到最大值，称谐振阻抗ZLrCIs.L的等效损耗电阻ZQ值称为品质因数，它是LC并联电路的重要指标。137.3LC正弦波振荡电路Q表示谐振电路在工作过程中所储藏的能量（储藏在电抗中）与消耗的能量（消耗在电阻中）之比。损耗电阻R越小，Q值越大，Q的典型值约为几十到几百。LC并联回路谐振时的输入电流为流过电感L的电流为••通常Q>>1所以谐振时，LC并联回路的回路电流比输入电路大得多，此时谐振回路外界的影响可忽略。LrCI.L的等效损耗电阻Z147.3LC正弦波振荡电路0Z

Z0Q大Q

小0f90º-90ºQ

增大幅频特性相频特性结论：谐振时|Z|值最大，

=0。Q值越大，|Z|曲线越尖，曲线在ωo附件越陡，选频特性越好，组成振荡器时，频率稳定性越好。157.3LC正弦波振荡电路二、变压器反馈式振荡电路振荡电路的放大环节采用特征频率高的分立的晶体管来实现，避免采用运放组件。产生频率较高的正弦波。变压器的原边绕组L1和副边绕组L2各有一端交流接地，其它两端的相位关系是：若互为同名端，则相位相同若互为异名端，则相位相反这个电路的反馈是通过L1和L2之间的变压器耦合来实现的。167.3LC正弦波振荡电路反馈极性的判断（1）在反馈信号的引入处假设一个输入信号的瞬时极性，将反馈先断开。如果反馈电压Uf的极性与假设输入信号的极性一致，则为正反馈，而且满足相位条件的要求。如果不满足，可十分方便的改变变压器同名端的连接，使之满足振荡器的相位条件。（2）依次判别出电路各处的电压极性。起振的振幅条件|Uf|>|Ui|只要变压器的匝数比设计恰当，一般都可满足振荡频率177.3LC正弦波振荡电路三、三点式LC振荡电路把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC回路就有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形成了LC三点式正弦波发生电路。它们又分为电感三点式和电容三点式两类。LC三点式正弦波发生电路图a）电感三点式b）电容三点式187.3LC正弦波振荡电路1、电感三点式振荡电路电感三点式正弦波振荡电路中，电感的首端、中间抽头、尾端三点中通常有一点交流接地，因此对于并联谐振频率而言，电感三个端点的相位关系有以下两种情况。分析相位条件（1）若电感的中间抽头交流接地，则首端与尾端的相位相反。（2）若电感的首端或尾端交流接地，则则电感其他两个端点的相位相同。197.3LC正弦波振荡电路1、电感三点式振荡电路电感三点式正弦波振荡电路幅值条件很容易满足，只要满足相位条件，即可起振。幅值条件是谐振回路的等效电感M是绕组N1与N2之间的互感正弦波振荡电路振荡频率为振荡条件207.3LC正弦波振荡电路2、电容三点式振荡电路反馈是从电容C2的下端（1端）接回到基极中去的，所以成为电容三点式振荡电路，也叫考毕兹电路。由瞬时极性法判断满足相位条件相位条件电路参数合适，便可满足幅值条件幅值条件振荡频率217.3LC正弦波振荡电路（1）电容三点式电路由于其反馈电压取自电容C2，反馈电压中高次谐波分量较小，从而输出波形较好。（2）电容三点式电路的反馈系数决定于两个电容容抗的比值（F=XC2/XC1），调节振荡频率，电容三点式电路反馈系数就会随着频率改变而改变。电感三点式则没有这个问题。改变C3，可改变电路的振荡频率。但不影响C1和C2的比值，不影响反馈系数。改进电路电路特点这个电路的频率调节范围较小。227.3LC正弦波振荡电路（1）首先通过直流通路检查LC振荡电路，确保晶体管正常工作所必需的直流工作条件。（3）用瞬时极性法判断是否满足相位平衡条件，判断各点在同一瞬时对地的极性。LC正弦波振荡电路注意问题：（2）把谐振回路中电容与作为耦合或旁路的电容区分开（4）振幅平衡条件，只要放大器有一定的放大倍数，通常可以满足的。237.3LC正弦波振荡电路石英晶体是一种各向异性的结晶体，化学成分是二氧化硅（SiO2）。从一块晶体上按一定的方位角切下的薄片称为晶片，在晶片的两个对应表面上涂敷银层，并装上一对金属板，就构成石英晶体产品，用金属或玻璃壳封装。四、石英晶体(Crystal)振荡电路1.结构和符号化学成分

SiO2结构晶片涂银层焊点符号247.3LC正弦波振荡电路压电效应：在石英晶片两级加一电压，晶片就会产生机械变形。相反，在晶片上施加机械压力，则在晶片相应方向上会产生一定的电压。2、石英晶体的电压效应及等效电路形变形变机械振动外力压电谐振：外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。257.3LC正弦波振荡电路等效电路rqC0CqLqLq—晶体的动态电感(10-3~102H)(大)Cq

—晶体的动态电容(<0.1pF)(小)rq

—等效摩擦损耗电阻(小)Co—晶片静态电容(几~几十pF)电路中L、C、R和C0等参数决定于晶片的几何尺寸和切割方式。故电路的谐振频率十分稳定。267.3LC正弦波振荡电路振荡频率RC0CL石英晶体有两个振荡频率，当L、C、R支路发生谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。串联谐振频率为：当频率高于fs时，电路中L、C、R支路呈感性，可与电容C0发生并联谐振，并联谐振频率为：fXfPfS电抗－频率特性曲线图当f在fs和fp之间时，石英晶体呈感性，其余频率成容性277.3LC正弦波振荡电路3、石英晶体振荡电路石英晶体的阻抗呈电感性，与外接电容器构成并联谐振，振荡频率在fs和fp之间。振荡频率由谐振回路的参数C1，C2，Cs和石英晶体的等效电感Leq决定。由于C1>>Cs，C2>>Cs，所以振荡频率主要取决于石英晶体与Cs的谐振频率，谐振频率很稳定。287.3LC正弦波振荡电路3、石英晶体振荡电路石英晶体的阻抗呈电阻性，与外接电容器构成串联谐振，振荡频率为fs。297.4非正弦信号产生电路一、方波发生器二、方波－三角波发生器三、锯齿波发射器四、压控振荡器306.4电压比较器二、回滞比较器UREFuoAuiVDz电路图R2R1RRFOui+Uz-Uzuo传输特性DZ是两个反相串联的稳压管，用来钳制输出的高低电平R是限流电阻UB是基准电压，随输出电压变化316.4电压比较器Oui+Uz-Uzuo传输特性uotUz-UzOtuiOUT+UT-门限宽度（回差）327.4非正弦信号产生电路一、方波发生器工作原理Uo经RfC电路后，利用uC与同相端门限电压uB比较，使比较器的输出不断发生转换，从而形成自激振荡。336.1