模拟电子技术第八章教材

8.1正弦波振荡电路8.1.1概述~放大电路反馈网络如果反馈电压uf

与原输入信号ui

完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号——自激振荡。(电路要引入正反馈)图

8.1.2正弦波振荡电路的方框图一、产生正弦波振荡的条件第八章

波形的发生和信号的转换由此知放大电路产生自激振荡的条件是：即：所以产生正弦波振荡的条件是：——幅度平衡条件——相位平衡条件电路起振的条件：

二、正弦波振荡电路的组成及分类

组成：放大电路：集成运放选频网络：确定电路的振荡频率反馈网络：引入正反馈稳幅环节：非线性环节，使输出信号幅值稳定分类：RC正弦波振荡电路，频率较低，在1MHz以下。LC正弦波振荡电路，频率较高，在1MHz以上。石英晶体振荡电路，频率较高，振荡频率非常稳定。三、判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤

1.检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分；

2.检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作；

3.分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件判断相位平衡条件的方法是：瞬时极性法。5.估算振荡频率和起振条件4.判断是否满足振幅平衡条件。8.1.2

RC正弦波振荡电路RC串并联网络振荡电路也称RC桥式正弦波振荡电路或称文氏振荡电路(Wien)电路组成：放大电路

——集成运放A；选频与正反馈网络——R、C串并联电路；稳幅环节——RF与R

组成的负反馈电路。图

8.1.4一、RC串并联选频网络Z1Z2取R1=R2=R，C1=C2=C，令

则：得RC串并联电路的幅频特性为：相频特性为：最大，

F=0。0

F01/3+90º-90º二、振荡频率与起振条件1.振荡频率2.起振条件f=f0时，由振荡条件知：所以起振条件为：同相比例运放的电压放大倍数为即要求：三、振荡电路中的负反馈(稳幅环节)引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。反馈系数改变RF，可改变反馈深度。增加负反馈深度，并且满足则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。图

8.1.7反馈电阻RF采用负温度系数的热敏电阻，采用正温度系数的热敏电阻，均可实现自动稳幅。稳幅的其它措施电流增大时，二极管动态电阻减小。电流减小时，动态电阻增大，加大非线性环节，从而使输出电压稳定。在RF回路中串联二个并联的二极管四、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路用双层波段开关接不同电容，作为振荡频率f0的粗调；用同轴电位器实现f0的微调。RC串、并联网络中，如何调节频率？8.1.3

LC

正弦波振荡电路

一、LC

谐振回路的频率特性当频率变化时，并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。并联电路的导纳：当电路发生并联谐振。图

8.1.10并联谐振角频率令：——谐振回路的品质因数当Q

>>1时谐振频率：回路等效阻抗：LC并联回路的阻抗：发生并联谐振时，在谐振频率附近，可见，Q值不同，回路的阻抗不同。不同Q

值时，LC并联电路的幅频特性：Z01Z02Q1

>Q2Q1Q2相频特性：

F+90º-90ºQ1Q2Q1

>Q2感性纯阻容性结论：

1.当f=f0

时，电路为纯电阻性，等效阻抗最大；当f

<

f0

时，电路为感性；当f

>

f0

时，电路为容性。所以LC并联电路具有选频特性。

2.电路的品质因数Q愈大，选频特性愈好。图

8.1.11二、变压器反馈式振荡电路1.工作原理用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。

-

2.振荡频率和起振条件振荡频率起振条件图

8.1.14变压器反馈式振荡电路三、电感反馈式振荡电路1.电路组成用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。-

--2.振荡频率和起振条件振荡频率起振条件四、电容反馈式振荡电路1.电路组成用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。2.振荡频率和起振条件振荡频率起振条件

图

8.1.20

--

-

-电容反馈式改进型振荡电路振荡频率选择C<<C1，C<<C2，则：减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于产生高频振荡。图

8.1.22名称变压器反馈式电感反馈式电容反馈式电容反馈式改进型电路形式振荡频率起振条件同左频率调节方法及范围频率可调，范围较宽。同左频率可调，范围较小。同左振荡波形一般较差好好频率稳定度可达10-4同左可达10-4~10-5可达10-5适用频率几千赫~几十兆赫同左几兆赫~一百兆赫同左各种LC

振荡电路的比较8.1.4石英晶体振荡器

石英晶体谐振器，简称石英晶体，具有非常稳定的固有频率。一、石英晶体的特点

压电效应：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，在晶片相应的方向上会产生一定的电场。

压电谐振：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。1.压电效应和压电振荡

2.等效电路和振荡频率符号：串联谐振频率并联谐振频率电抗频率特性OfXfsfp容性容性感性图

8.1.27图

8.1.28二、石英晶体正弦波振荡电路1.并联型石英晶体正弦波振荡电路交流等效电路振荡频率由于图

8.1.292.串联型石英晶体振荡电路图

8.1.30串联型石英晶体振荡电路当振荡频率等于fS

时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。振荡频率调节R

可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。8.2电压比较器1.电压比较器将一个模拟量输入电压与一个参考电压进行比较，输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。2.比较器中的集成运放一般工作在非线性区；处于开环状态或引入正反馈。3.分类：单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。8.2.1概述4.比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在测量、控制、D/A和A/D转换电路中应用广泛。一、电压比较器的传输特性1.电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系2.阈值电压：UT当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。3.电压传输特性的三要素(1)输出电压的高电平UOH和低电平UOL的数值。(2)阈值电压的数值UT。(3)当uI变化且经过UT时，uO跃变的方向。二、理想运放的非线性工作区+UOMuOuP-uNO-UOM集成运放的电压传输特性在电压比较器中，集成运放不是工作在开环状态，就是工作在正反馈。8.2.2单限比较器一、过零比较器由于理想运放的开环差模增益为无穷大，所以当uI<0时，uO=+

UOM；当uI>

0时，uO=-

UOM；过零比较器的传输特性为：uIuO+UOM-UOMO

UOM

为集成运放的最大输出电压。阈值电压：当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。图8.2.3利用稳压管限幅的过零比较器设任何一个稳压管被反向击穿时，两个稳压管两端总的的稳定电压为UZ

<UOMuIuO+UOM

-UOMO+UZ-UZ当uI<0时，不接稳压管时，uO=+

UOM，接入稳压管后，左边的稳压管被反向击穿，集成运放的反向输入端“虚地”，uO=+

UZ；

当uI>0时，右边的稳压管被反向击穿，uO=-

UZ；图8.2.6利用稳压管限幅的过零比较器(二)电路图传输特性uIuO+UOpp

-UOppO+UZ-UZ问题：如将输入信号加在“+”端，传输特性如何？问题：过零比较器如图所示，输入为正负对称的正弦波时，输出波形是怎样的？传输特性uIuO+UOpp

-UOppO+UZ-UZ将正弦波变为矩形波二、单限比较器单限比较器有一个门限电平，当输入电压等于此门限电平时，输出端的状态立即发生跳变。当输入电压uI变化，使反相输入端的电位为零时，输出端的状态将发生跳变，门限电平为：uIuO+UOM-UOMO+UZ-UZ过零比较器是门限电平为零的单限比较器。图8.2.7R1R2存在干扰时单限比较器的uI、uO

波形单限比较器的作用：检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。

缺点：抗干扰能力差。

解决办法：采用具有滞回传输特性的比较器。8.2.3滞回比较器一、从反相输入端输入的滞回比较器电路计算阈值电压UT电压传输特性uo从+UZ跃变到-UZ的

阈值电压为+UTuo从-UZ跃变到+UZ的

阈值电压为-UTuI在-UT与+UT之间增加或减小,uO不发生变化

UREF为参考电压；；uI

为输入电压；输出电压uO为+UZ或-UZ。当uP

=uN

时，输出电压的状态发生跳变。比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。

+UZuIuO-UZOUT-UT+图8.2.10滞回比较器二、加了参考电压的滞回比较器若uO=

UZ，当uI

逐渐减小时，使uO由

UZ

跳变为

UZ

所需的门限电平UT-

回差(门限宽度)

UT：若uO=

UZ，当uI

逐渐增大时，使uO由+UZ

跳变为-UZ

所需的门限电平UT+8.2.4窗口比较器参考电压UREF1>UREF2若uI

低于UREF2，运放A1输出低电平，A2输出高电平，二极管VD1

截止，VD2导通，输出电压uO为高电平；若uI

高于UREF1，运放A1输出高电平，A2输出低电平，二极管VD2

截止，VD1

导通，输出电压uO为高电平；图8.2.13双限比较器(a)前面的比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间。当uI

高于UREF2而低于UREF1时，运放A1、A2均输出低电平，二极管VD1、VD2

均截止，输出电压uO为低电平；

上门限电平UTH=UREF1；

下门限电平UTL

=UREF2。uIuOOUTHUTL综上所述，双限比较器在输入信号uI

<UREF2

或uI

>UREF1时，输出为高电平；而当UREF2<

uI<

UREF1时，输出为低电平。图8.2.13(b)8.3非正弦波发生电路非正弦波：矩形波、三角波、锯齿波和阶梯波等图8.3.1几种常见的非正弦波8.3.1矩形波发生电路一、电路组成RC

充放电回路滞回比较器图

8.3.2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）二、工作原理设t=0时，uC

=

0，uO=+UZ则tOuCOuOtu+u-当u-=uC

=u+

时，t1t2则当u-=uC

=u+

时，输出又一次跳变，uO=+UZ输出跳变，uO=-UZ图

8.3.4三、振荡周期电容的充放电规律：对于放电，解得：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。t1t2tOuCOuOtt3图

8.3.4振荡频率f=1/T四、占空比可调的矩形波发生电路图

8.3.5a使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。tOuCuOtOT1