模拟电子技术基础 课件 第7章 信号产生电路

第7章信号产生电路一

正弦波振荡电路的分析方法二

RC正弦波振荡电路三

LC

正弦波振荡电路四

石英晶体振荡器五

非正弦波发生电路本章讨论的问题：1、什么是正弦波振荡，正弦波振荡和负反馈放大电路中产生的自激振荡有区别吗？为什么正弦波振荡电路中必须有选频网络？选频网络由哪些元件组成？2、产生正弦波振荡电路的条件是什么？正弦波振荡电路的组成?如何判断电路是否是正弦波电路？3、为什么矩形波发生电路是产生其他非正弦波电路的基础?为什么非正弦波发生电路中几乎都含有电压比较器？4、如何组成矩形波、三角波和锯齿波发生电路？正弦波振荡电路●无外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡而产生一定频率一定幅值的输出信号。●与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。一、正弦波振荡的条件和电路的组成1.正弦波振荡的条件

在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：

由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。。

正弦波振荡的条件（续）

一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即幅值平衡条件相位平衡条件起振条件：

要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电时对于f=f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。2.

正弦波振荡电路的振荡频率

振荡频率是由相位平衡条件所决定。这就要求电路只有一个频率满足振荡条件，才能产生单一频率的正弦波。为此必须在环路中包含一个选频网络。选频网络可以设置在放大电路中，也可设置在反馈网络中，在很多正弦波振荡电路中选频网络和反馈网络合二为一，既有选频作用，又起反馈作用，这样正弦波振荡电路的振荡频率也就取决于选频网络的参数。3.正弦波振荡电路的振荡频率的分类：按其选频网络的类型可分为：1)RC正弦波振荡电路：几百千赫以下2)LC正弦波振荡电路：几百千赫～几百兆赫3)石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定4、基本组成部分1)基本放大电路：放大作用2)正反馈网络：满足相位条件3)选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡4)稳幅环节：稳幅1)是否存在主要组成部分；2)放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路；3)是否满足相位条件，即是否存在f0，是否可能振荡

；4)是否满足幅值条件，即是否一定振荡。常合二为一5、分析正弦波振荡电路能否振荡的方法相位条件的判断方法：瞬时极性法

断开反馈，在断开处给放大电路加f＝f0的信号Ui，且规定其极性，然后根据

Ui的极性→Uo的极性→Uf的极性若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生正弦波振荡；否则电路不可能产生正弦波振荡。

在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。极性？二、RC正弦波振荡电路1.RC串并联选频网络低频段高频段

在频率从0～∞中必有一个频率f0，φF＝0º。

RC串并联选频网络的频率响应当ω=ωo=1/RC或f=f0

时，不但φ=0，且最大,为1/3。1)是否可用共射放大电路？2)是否可用共集放大电路？3)是否可用共基放大电路？4)是否可用两级共射放大电路？2.

电路组成

应为RC串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。不符合相位条件不符合相位条件输入电阻小、输出电阻大，影响f0

可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于3，且Ri大、Ro小，对f0影响小3.RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）

由RC串并联网络的选频特性得知,在ω=ωo=1/RC时,其相移φF=0,为了使振荡电路满足相位条件

为了使电路能振荡,还应满足起振条件,即要求要求放大器的相移φA也为0°(或360°)。

而右图所示的反馈系数就是RC串并联网络的传输系数,即放大器的放大倍数当ω=ωo时,,因而按起振要求即频率可调的文氏桥振荡器：

改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。

加稳压管可以限制输出电压的峰-峰值。同轴电位器

为了提高频率，必须减小R和C的值。然而，一方面，R减小到一定程度时，同相比例器的输出电阻将影响选频特性：另一方面，当C减小到一定程度时，晶体管的极间电容和电路的分布电容将影响选频特性；因此，f0高到一定程度，应选LC正弦波振荡电路。4.稳幅方法

因同相比例运算电路有非常好的线性度，故反馈电阻RF采用负温度系数的热敏电阻，或R1采用正温度系数的热敏电阻（如图1），或加二极管作为非线性环节（如图2）均可实现自动稳幅。图1图2稳幅的其它措施利用场效应管的非线性特性

讨论一：判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？讨论一：判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？RC移项式电路问:RC移相电路有几级才可能产生正弦波振荡？讨论二：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路讨论三：设电路已产生稳幅正弦波振荡，当输出电压达到正弦波峰值时，二极管的正向压降为0.6V，试粗略估算输出电压达到正弦波峰值Uom；三、LC

正弦波振荡电路

1.LC并联网络的选频特性

理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。谐振频率为实际的LC并联网络总是有损耗的，等效为R,在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗LC并联网络的选频特性损耗LC并联网络的选频特性

在f＝f0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？

构成正弦波振荡电路最简单的做法是通过引入正反馈并用反馈电压取代输入电压。附加相移2、LC选频放大电路→正弦波振荡电路

当f=f0时，电压放大倍数的数值最大，且附加相移为0。1）变压器反馈式电路特点：易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：1)是否存在组成部分2)放大电路是否能正常工作3)是否满足相位条件

为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成三点式电感反馈式电路。必须有合适的同铭端！2）

电感反馈式(电感三点式)电路反馈电压取自哪个线圈？反馈电压的极性？必要吗？

电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三点式电路。

电感三点式正弦波振荡电路又称哈特莱振荡电路，其电路如图所示。它的特点是把谐振回路的电感分成L1和L2两个部分，利用L2上的电压直接作为反馈信号，不需要用变压器。

电感三点式正弦波振荡电路（a）共基极接法的电感三点式（b）共射极接法的电感三点式电感反馈式(电感三点式)电路

电感反馈式电路特点：耦合紧密，易振，振幅大，C用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。

由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。

电感三点式正弦波振荡电路的振荡频率基本上等于LC并联电路的谐振频率,即其中L′是谐振回路的等效电感,即3）电容反馈式（电容三点式）电路

若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当电容减小到一定程度时，晶体管的极间电容将并联在C1和C2上，影响振荡频率。特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。与放大电路参数无关电容三点式正弦波振荡电路的特点是用C1和C2两个电容作为谐振回路电容，利用电容C2上的电压直接作为反馈信号。电容反馈式（电容三点式）电路电容三点式正弦波振荡电路（a）共基极接法的电容三点式（b）共射极接法的电容三点式四、石英晶体正弦波振荡电路

1.石英晶体的特点SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。1）压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。当交变电场的频率为某一特定值时，振荡会骤然增大，产生共振。加交变电场产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场。容性感性阻性2）石英晶体的等效电路和振荡频率当等效电路的R、L、C支路产生串联谐振，该支路成纯电阻性谐振频率下总阻抗等于R和C0的并联阻抗，因,故近似认为石英晶体也成纯电阻性，等效电阻为R。R<<ωoC

一般LC选频网络的Q为几百，石英晶体的Q可达104～106；前者Δf/f为10－5，后者可达10－10～10－11。2.电路①石英晶体工作在哪个区？②是哪种典型的正弦波振荡电路？①石英晶体工作在哪个区？②两级放大电路分别为哪种基本接法？③C1的作用？（1）并联型电路（2）串联型电路旁路电容讨论一同铭端？能产生正弦波振荡吗？注意事项：1.放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；2.断开反馈，在断开处加f=f0的输入电压；3.找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。一、常见的非正弦波二、矩形波发生电路三、三角波发生电路四、锯齿波发生电路五、波形变换电路非正弦波振荡电路一、常见的非正弦波矩形波三角波锯齿波尖顶波阶梯波矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。二、矩形波发生电路

输出无稳态，有两个暂态；若输出为高电平时定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。1.基本组成部分（1）开关电路：输出只有高电平和低电平两种情况，称为两种状态；因而采用电压比较器。（2）反馈网络：因为产生振荡，就要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路应引入反馈。（3）延迟环节：输出状态按一定的时间间隔交替变化，所以电路要有延迟环节来确定每种状态的维持的时间，决定振荡频率。利用RC电路实现。2.

电路组成正向充电：

uO（+UZ）→R→C→地反向充电：地→C→R→uO（－UZ）RC回路滞回比较器滞回比较器：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：UZ、R3。（稳幅环节）

由反相输入滞回电压比较器和RC电路组成。RC电路既作为延迟环节又作为反馈网络，通过RC的充放电实现输出状态的自动转换。设t=0时，uC=

0，uO=+UZ则tOuCOuOt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=-UZ3.

工作原理：上述过程周而复始，电路产生振荡。

振荡周期电容的充放电规律：对于放电，所以:t1t2tOuCOuOtt3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。当时代入上式得：

解之得

则方波的振荡频率

t1t2tOuCOuOtt3脉冲宽度4.

波形分析

正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。5.

占空比可调电路电容C的充、放电时间分别为：1RC延迟电路RC积分电路合二为一三、三角波发生电路

将RC电路和积分电路“合二为一”，即去掉方波发生电路中的RC电路，使积分电路既作为延迟环节又作为方波变三角波电路，滞回比较器和积分运算电路的输出互为另一个电路的输入即构成方波-三角波电路。求滞回比较器的电压传输特性：三要素

UOH

、UOL

，UT，uI过UT时曲线的跃变方向。2.

电路组成设t=0时，合闸通电，通常C上电压为0。uO1=+uZ→C充电(uc↑而

uo↓

)→

u1+↓

=0→

uO1

＝-UZ（翻转）→

C放电(uc↓而

uo↑

)→

u1+↑=0→

uO1从-UZ跃变为+UZ（翻转）。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。

2.

工作原理+-uC3.计算(1)uo幅值计算。当时,对应的uo值为输出三角波的幅值Uom,即解得：(2)振荡周期的计算由A2的积分电路可求出振荡周期,其输出电压uo从-Uom上升到+Uom所需时间为T/2,所以得将幅值代入,可得4.