第9章信号产生电路

电子技术基础（模拟部分）兰州大学信息科学与工程学院2013年9.1正弦波振荡电路的振荡条件振荡器：不需要外加激励信号就能将直流信号转化为交流信号的电子设备。分类：正弦波振荡器；非正弦波振荡器一、条件

基本放大电路Ao反馈电路F自激振荡的条件：而即（为保证起振，通常要求）幅度条件：相位条件：

（n=0，±1，±2，±3，…）一、条件

基本放大电路Ao反馈电路F因为：所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振幅条件：（2）相位条件：n是整数相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。一、条件

基本放大电路Ao反馈电路F二、组成基本放大器；反馈网络；选频网络（为了获得单一频率）；稳幅环节（为了产生稳幅振荡）； 若选频网络由RC元件构成——RC正弦波振荡器； 若选频网络由RC元件构成——RC正弦波振荡器；一、条件

基本放大电路Ao反馈电路F三、分析方法1、判断能否产生振荡（1）检查电路是否具备振荡电路的组成部分；（2）检查放大电路的Q点是否能够保证放大器正常工作；（3）分析电路是否满足振荡条件。主要是分析相位条件，至于幅度条件一般容易满足。2、求振荡频率和起振条件 振荡频率由相位条件决定； 起振条件由幅度条件求得；二、组成1：如何起振？Uo

是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：|AF|>1，且A+B=2n，即可起振。四、说明基本放大电路Ao反馈电路F2：如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。四、说明基本放大电路Ao反馈电路F达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。具体方法将在后面具体电路中介绍。起振并能稳定振荡的条件：9.2RC正弦波振荡电路一、RC移相式振荡器1、电路组成+ECRb1

R

R

R

C

C

CRb2

Re

Ce实际电路CCCRRRuf=uiui

uoRb交流通道2、RC移相网络的特性相位图（电容两端的电压落后电流90o）CuouiR原理图一、RC移相式振荡器1、电路组成2、RC移相网络的特性相位图（电容两端的电压落后电流90o）CuouiR原理图与间的相位差结论：

超前

一定的角度——相位超前移相网络。与RC的大小有关，最大为90o，但为90o时，的幅度便为0。为了得到一定的输出电压幅度，每一小节的相移只能小于或等于60o，为了得到180o的相移，至少应选用三节RC移相网络。一、RC移相式振荡器3、振荡频率和起振条件CCCRRRuf=uiui

uoRb交流通道Rbhie

βIb

R

R

R

uiC

C

C

Ib

其中Ri≈hie令为R/nR

RRiRCCCβIbRI1I2

I3等效电路一、RC移相式振荡器3、振荡频率和起振条件其中Ri≈hie令为R/nR

RRiRCCCβIbRI1I2

I3按电路定理列方程组解得：一、RC移相式振荡器3、振荡频率和起振条件下式虚部为零，并可解得R

RRiRCCCβIbRI1I2

I3当ω=ω0=时振荡器要产生一定幅度的振荡，必须有即β≥29+当hie<<R即n>>1时：振荡条件

β≥30振荡频率一、RC移相式振荡器3、振荡频率和起振条件下式虚部为零，并可解得R

RRiRCCCβIbRI1I2

I3当ω=ω0=时振荡器要产生一定幅度的振荡，必须有即β≥29+当hie<<R即n>>1时：振荡条件

β≥30振荡频率4、结论（1）RC振荡器的振荡频率不是很高，一般为几kHz以下；（2）适用于产生频率不高的场合；二、相位落后的RC移相式振荡器+EC采用射极输出器提高负载电阻RCuiuo振荡频率起振条件三、RC文氏桥式振荡器R1C1R2C21、选频电路R1C1R2C2串—并联网络（1）幅度关系：当f0→0时f0↑→当f0→∞时即在f0由0增加到∞的过程中，必然有一个最大值。三、RC文氏桥式振荡器R1C1R2C21、选频电路R1C1R2C2串—并联网络（2）相位关系：当f0→0时f0↑→当f0→∞时即在f0由0增加到∞的过程中，必然有一个0值。相当于一个RC电路，且取自R两端，

超前

一定角度，当f→0时，→900。相当于一个RC电路，且取自C两端，

滞后

一定角度，当f→0时，→-900。三、RC文氏桥式振荡器1、选频电路R1C1R2C2（3）计算：时，相移为0。如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：fof+90–90f2、用运放组成的RC振荡器所以，要满足相位条件，只有在fo

处因为：三、RC文氏桥式振荡器uo_+R2RCRCR1能自行启动的电路（1）uotRtA半导体热敏电阻起振时，RT略大于2R1，使|AF|>1，以便起振；起振后，uo逐渐增大则RT逐渐减小，使得输出uo为某值时，|AF|=1，从而稳幅。_+RTRCRCR1tuo2、用运放组成的RC振荡器三、RC文氏桥式振荡器R22为一小电阻，使(R21+R22)略大于2R1，|AF|>1，以便起振；随着uo的增加，R22逐渐被短接，A自动下降到使|AF|=1，使得输出uo稳定在某值。_+R21RCCR1R22D1D2能自行启动的电路（3）2、用运放组成的RC振荡器三、RC文氏桥式振荡器输出频率的调整：通过调整R或/和C来调整频率。C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。_+RFuoRCCRKKR1R1R2R2R3R32、用运放组成的RC振荡器三、RC文氏桥式振荡器电子琴的振荡电路电路：_+RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R212、用运放组成的RC振荡器三、RC文氏桥式振荡器功率放大器3、用分立元件组成的RC振荡器RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF++++++––ubeRC网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。负反馈使电路工作稳定。三、RC文氏桥式振荡器9.3调谐放大器I、LC并联谐振回路一、谐振频率与谐振电阻1、谐振的概念：AB间的阻抗最大，且呈纯电阻的状态——谐振状态。2、谐振频率：当时呈谐振状态，此时或ABCLrI、LC并联谐振回路一、谐振频率与谐振电阻3、谐振电阻4、理想电路CLR0L、C为理想电抗件R0体现了损耗ABCLrI、LC并联谐振回路一、谐振频率与谐振电阻ABCLr5、特点（1）谐振频率：（2）谐振时总的容抗等于感抗：两端呈纯电阻。（3）谐振时总电流与总电压同相，支路电流比总电流大。电感支路：电容支路：I、LC并联谐振回路二、谐振回路的品质因数ABCLr定义：谐振时电路的电抗（ω0L或）与等效损耗电阻r之比。Q0的大小标志着谐振质量的优劣。Q0↑→损耗越小。Q0通常在30~200之间。I、LC并联谐振回路三、谐振曲线ABCLr1、谐振曲线fof+90–90fR02、通用谐振方程I、LC并联谐振回路三、谐振曲线ABCLr2、通用谐振方程或在f=f0±△f的情况下：则其中——相对失谐量，描述了f偏离f0的程度。I、LC并联谐振回路三、谐振曲线ABCLr3、通频带当时，相减得可见Q0愈大，通频带愈窄。I、LC并联谐振回路ABCLr四、信号源和负载与并联谐振回路的连接CLR0IsRsRL令则而∴结论：Rs和RL的接入，使回路的损耗增加，通频带变宽。I、LC并联谐振回路ABCLrBBACL2L1rCBCL2CL1r五、改变并联谐振回路阻抗的办法1、电感中间抽头谐振频率谐振阻抗忽略两线圈间的互感和R的影响I、LC并联谐振回路ABCLrBCArLC2C1CBrLC2C1五、改变并联谐振回路阻抗的办法忽略r的影响2、电容中间抽头谐振频率谐振阻抗I、LC并联谐振回路ABCLr五、改变并联谐振回路阻抗的办法3、结论谐振频率仅仅决定于回路的总电感L和总电容C，与抽头位置无关。谐振阻抗与抽头的位置有关。Ⅱ、LC串联谐振回路RLC谐振频率：或谐振阻抗：Z=R（此时阻抗很小）品质因数：Ⅲ、LC调谐放大器一、单调谐放大器+ECCLRLR0CL

RL即的频率特性在形式上与并联谐振回路相似，在表明调谐放大器具有良好的选频特性。二、采用部分接入的LC调谐放大器1、减小了集电极电容对谐振频率的影响；2、使阻抗得到匹配；Ⅲ、LC调谐放大器一、单调谐放大器+ECCLRLR0CL

RL三、双调谐放大器1、为使频率特性接近于矩形，采用双调谐放大器。2、双调谐放大器的耦合，可采用电容耦合或电感耦合。3、耦合系数——电感耦合——电容耦合f9.4LC振荡电路LC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，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对LC振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。电容电路：电流超前电压90o电感电路：电压超前电流90o一、电感三点式振荡电路1、电路组成C+ECL1L2RL2、相位条件L1L2CufuoL1L2CRhieRb电路满足相位条件。3、振荡频率和起振条件振荡频率：起振条件：为总的损耗电阻得∴具体的L2/L1最好通过实验来调整。一、电感三点式振荡电路4、特点（1）由于L1和L2耦合很紧，因此很容易起振；（2）调节频率方便，通常采用可变电容；（3）一般用于产生几十MHz以下的频率；（4）由于Uf取自L2（电感），输出波形中有高次谐波，故波形较差。C+ECL1L2RLL1L2CufuoL1L2CRhieRb二、电容三点式振荡电路1、电路组成2、相位条件C1LC2ufuo电路满足相位条件。3、振荡频率和起振条件振荡频率：起振条件：为总的损耗电阻得∴+ECC1LRLC24、特点（1）晶体管的极间电容对振荡频率有一定的影响；（2）调节频率不方便，适用于产生固定频率；（3）一般用于产生几百MHz以上的频率，很高；（4）由于Uf取自C2（电容），故波形较好。C1LC2ufuo+ECC1LRLC2若为三点式振荡器，可用“射同基反”的原则，判断相位条件：“射同”—振荡电路与T的发射极相连的两个电抗性质相同；“基反”—振荡电路与T的基极相连的两个电抗性质相反；二、电容三点式振荡电路例1：正反馈频率由C、L1、

L2谐振网络决定。+UCCCC1L1L2C2uL1uL2uC设uB

uC

uD

uB

uL2

ube

uL1

D三、三点式振荡电路举例+UCCCC1L1L2例2：+––++正反馈–反相+振荡频率:M为两线圈的互感(L+L+2M)Cfp210»12uo三、三点式振荡电路举例+UCCC1C1LC2+––+反相例3：正反馈振荡频率:其中：C=C1C2C1+C2三、三点式振荡电路举例例4：–+UCCC1C2+–ubeube增加正反馈–++–三、三点式振荡电路举例1234磁棒初级线圈次级线圈同极性端1234+–+–四、变压器耦合振荡电路

1、变压器同极性端的问题四、变压器耦合振荡电路

2、变压器耦合振荡电路+ECRLC

L振荡频率：起振条件：优点：易于起振调节频率方便缺点：输出波形不好例1：++–+正反馈判断是否是正反馈:用瞬时极性法判断振荡频率:–+UCCCC1Luo利用1：晶体管共射极放大器，集电极电位变化与基极反相，发射极与基极同相。利用2：互感线圈的同极性端电位变化相位相同。四、变压器耦合振荡电路

2、变压器耦合振荡电路五、实例分析

收音机的本机振荡电路C7C6C5L2L1+ECL3C4R3R1R2C354321L1C5L3L2共基极放大，发射极调谐式电路C3——高频旁路电容，使基极对地交流短路。L1、C5、C6、C7——振荡回路，完成选频任务，其中C5为垫整电容，C6为补偿电容，C7为振荡电容，调节C7可调节振荡频率。L3、L1+L2——组成变压器，L2为反馈线圈。C4——耦合电容。T的发射极接1，为部分接入，这是因为共基电路的输入阻抗很小（约为100Ω），而振荡回路与Ri并联，若直接将发射极接至5，将使振荡回路的Q降低，使振荡减弱，波形变坏。9.5石英晶体振荡电路2、影响振荡频率不稳定的因素 温度的变化、电源电压的波动、元件参数的变化等3、由于LC回路的Q值不能做得很高，所以LC振荡器的频率不可能达到很高。频率稳定度=1、对于振荡器的振荡频率，要求具有较高的稳定性。一、石英晶体的物理特性极其等效电路石英晶体是SiO2的一种结晶体，具有各向异性的物理特性。在石英晶体上按一定方位切下的薄片——晶片。1、基本特性（1）石英振荡器在电路中之所以能够代替LC谐振回路是具有压电效应。石英振荡器中，正负压电效应同时存在、互为因果。当晶体上有外加电场时，晶片发生形变，形变又引起电荷和电场的产生，由于晶体的机械限制，最后达到稳定的平衡状态。金属极板敷银层晶片一、石英晶体的物理特性极其等效电路1、基本特性（2）若在晶片上外加交变电压，由于压电效应，从外电路来看，相当于有交流通过晶片。外加电压频率<石英晶体的固有机械谐振频率时，压电电流超前外加电压外加电压频率>石英晶体的固有机械谐振频率时，压电电流滞后外加电