模拟电子技术项目化教程（第2版）课件 项目4 函数信号发生器

振荡产生的基本原理振荡产生的基本原理“振荡”（Oscillation），顾名思义其实就是指“往复运动”的意思。在电子学领域，电压、电流的来回波动，我们熟悉的正弦波就是一种振荡。微弱的电扰动中，某一频率成分的正弦波通过放大器放大输出，输出量再通过反馈网络输出，又作为放大器的输入，如此往复，进而产生正弦振荡。放大器反馈网络Ui•Au•Fu•Uo•Uf•RLS振荡产生的基本原理fidXXX-=负反馈框图在低频段，因为耦合电容、旁路电容的存在，AF将产生超前相移；在高频段，因为半导体元件极间电容的存在，AF将产生滞后相移；当某一频率的信号使AF的附加相移为180o时，从而使净输人量变为fidXXX+=振荡产生的基本原理fidXXX+=正反馈框图只有正反馈电路才能产生自激振荡。由于半导体器件的非线性特性，电路最终会达到动态平衡，即反馈信号维持着输出信号，而输出信号又维持着反馈信号，它们互相依存，则称电路产生了自激振荡，这也是振荡产生基本原理。结论：振荡的起振与稳幅条件主讲：许林振荡的起振与稳幅条件无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。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。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。。正弦波振荡的条件振荡的起振与稳幅条件

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。振荡的起振与稳幅条件电路如何从起振到稳幅？稳定的振幅非线性环节的必要性！谢谢！RC串并联选频网络主讲：许林RC串并联选频网络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2.RC串并联选频网络的频率响应当f=f0时，不但φ=0，且最大，为1/3。谢谢！RC桥式振荡电路主讲：许林RC桥式振荡电路RC串并联网络同相比例运算电路1、电路组成2、RC串并联网络RC桥式振荡电路RC桥式振荡电路3、RC文氏桥正弦波振荡电路工作原理RC桥式振荡电路4、热敏电阻稳幅电路RC桥式振荡电路5、二极管稳幅电路谢谢！LC谐振回路的频率特性主讲：许林LC谐振回路的频率特性1.LC并联的频率响应品质因数实部虚部谐振时呈纯阻性L的等效损耗电阻LC谐振回路的频率特性幅频特性相频特性结论：谢谢！变压器反馈式LC正弦波振荡电路主讲：许林变压器反馈式LC正弦波振荡电路分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：是否存在四个组成部分2)放大电路是否能正常工作3)是否满足相位条件4)是否可能满足幅值条件变压器反馈式LC正弦波振荡电路步骤1

：是否存在四个组成部分？放大电路选频网络正反馈网络非线性环节变压器反馈式LC正弦波振荡电路步骤2：放大电路是否能正常工作？图中放大电路是典型的三极管静态工作点稳定电路；电路的交流通路如下图所示，交流信号传递过程中无开路或短路现象，电路可以正常放大。变压器反馈式LC正弦波振荡电路步骤3：是否满足相位条件？相位条件的判断方法：瞬时极性法变压器反馈式LC正弦波振荡电路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。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，然后判断Uf与Ui极性是否相同？Ui的极性若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡，否则电路不可能产生自激振荡相位条件的判断方法：瞬时极性法极性？→Uo的极性→Uf的极性变压器反馈式LC正弦波振荡电路问题？C1是必要的吗？为什么用分离元件放大电路？必须有合适的同名端！特点：

易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。

为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。谢谢！电感三点式振荡电路主讲：许林电感三点式振荡电路变压器反馈式LC正弦波振荡电路特点：易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。电感反馈式电路电感三点式振荡电路1、电路结构克服变压器反馈式振荡电路中变压器一次线圈和二次线圈耦合不紧密的缺点。将N1和N2合并为一个线圈。将线圈N1接电源的一端和N2接地的一端相连，作为中间抽头。增强谐振效果将电容C跨接在整个线圈两端。电感三点式振荡电路分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：是否存在四个组成部分2)放大电路是否能正常工作3)是否满足相位条件4)是否可能满足幅值条件2、正弦波振荡电路的判断电感三点式振荡电路步骤1

：是否存在四个组成部分？放大电路选频网络正反馈网络非线性环节电路中包含放大电路、选频网络、正反馈网络，并用晶体管的非线性特性所实现的稳幅环节四部分。2、正弦波振荡电路的判断电感三点式振荡电路步骤2：放大电路是否能正常工作？图中放大电路也是典型的三极管静态工作点稳定电路；电路的交流通路如下图所示，交流信号传递过程中无开路或短路现象，电路可以正常放大。

电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故也称之为电感三点式振荡电路。2、正弦波振荡电路的判断电感三点式振荡电路步骤3：是否满足相位条件？反馈是否为正反馈相位条件的判断方法：瞬时极性法2、正弦波振荡电路的判断电感三点式振荡电路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，并且规定其极性，然后判断Uf与Ui极性是否相同？若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡，否则电路不可能产生自激振荡特点：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。谢谢！电容三点式振荡电路主讲：许林电容三点式振荡电路1、电路结构为获得较好的输出电压波形，将电感反馈式振荡电路改进为电容反馈式。电感反馈式振荡电路电容反馈式振荡电路增加集电极电阻RC电感换成电容电容换成电感两个电容的公共端接地电容三点式振荡电路2、正弦波振荡电路的判断分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：是否存在四个组成部分2)放大电路是否能正常工作3)是否满足相位条件4)是否可能满足幅值条件电容三点式振荡电路步骤1

：是否存在四个组成部分？放大电路选频网络正反馈网络非线性环节电路中包含放大电路、选频网络、正反馈网络，并用晶体管的非线性特性所实现的稳幅环节四部分。2、正弦波振荡电路的判断电容三点式振荡电路步骤2：放大电路是否能正常工作？图中放大电路也是典型的三极管静态工作点稳定电路；电路的交流通路如下图所示，交流信号传递过程中无开路或短路现象，电路可以正常放大。

电容的三个端分别接晶体管的三个极，故也称之为电容三点式振荡电路。2、正弦波振荡电路的判断电容三点式振荡电路步骤3：是否满足相位条件？反馈是否为正反馈相位条件的判断方法：瞬时极性法2、正弦波振荡电路的判断电容三点式振荡电路

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作用？2、正弦波振荡电路的判断谢谢！石英晶体振荡电路主讲：许林石英晶体振荡电路将二氧化硅（SiO2）结晶体，并按一定方向切割成很薄的晶片，再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层，并在两个极引出引脚，加以封装，就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体。1、石英晶体谐振器晶片涂银层引脚引脚对于振荡频率的稳定性要求高的电路，应选用石英晶体作为选频网络。石英晶体谐振器具有非常稳定的固有频率结构符号石英晶体振荡电路2、压电效应与压电振荡在石英晶体的两个引脚加交变电场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种振动又会产生交变电场，上述物理现象称为压电效应。一般情况下，机械振动的振幅非常小，交变电场的振幅也非常小。当交变电场的频率为某一特定频率时，机械振动的振幅骤然增大产生共振，称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称为谐振频率。固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。石英晶体振荡电路3、石英晶体等效电路机械振动的惯性等效为电感L其值约为几毫亨到几十毫享晶片的弹性等效为电容C。“其值仅为0.01~0.1pF，因此

C<<C0晶片的摩擦损耗等效为电阻R。其值约为100Ω，理想情况下R=0。当石英晶体不振动时，可等效为一个平板电容C0其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积，一般约为几皮法到几十皮法静态等效动态等效石英晶体振荡电路4、振荡频率L、C、R构成LC串联谐振网络，串联谐振频率：当f<fs时，电容C起主导作用，支路呈容性;当f=fs时，电路呈纯阻性，等效电阻为R；当f>fs时，电感L起主导作用，支路呈感性。石英晶体振荡电路L、C、R支路呈感性（即f>fs）时，整体构成LC并联谐振网络。并联谐振频率为：显然fp>fs，但由于C<C0，所以fp≈fs，①当f<fs时，C和C0起主导作用，石英晶体呈容性；②当f=fs时，R和C0并联，由于R<<ωsC0，石英晶体呈纯阻性；③当fs<f<fp时，石英晶体呈感性；④当f=fp时，石英晶体呈纯阻性，等效电阻非常大；③当f>fp时，石英晶体呈容性。4、振荡频率石英晶体振荡电路当R=0时，石英晶体电抗的频率特性如下图所示：串联谐振频率fs为：串联谐振时，石英晶体的阻抗为零。并联谐振频率fp为:只有在fs<f<fp

的情况下，石英晶体才呈感性；且C和C0的容量相差越悬殊，fs和fp越接近，石英晶体呈感性的频带越狭窄。并联谐振时，石英晶体的阻抗无穷大。4、振荡频率石英晶体振荡电路5、选频特性用品质因素和振荡频率稳定度△f/f0来描述选频网络的选频特性。品质因素Q石英晶体的C和R的数值很小，L的数值很大，所以Q值高达104~106。最好的LC振荡电路，Q值只能达到几百。振荡频率稳定度石英晶体振荡频率几乎仅决定于晶片的尺寸，所以其稳定度可达10-8~10-6，一些产品甚至高达10-11～10-10。最好的LC振荡电路，振荡频率稳定度只能达到10-5。石英晶体的选频特性是其他选频网络无法比拟的。石英晶体振荡电路①石英晶体工作在哪个区？6、并联型应用型电路②是哪种典型的正弦波振荡电路？fs<f<fp电容三点式正弦波振荡电路石英晶体振荡电路①石英晶体工作在哪个区？7、串联型应用型电路②两级放大电路分别为哪种基本接法？f=fs前一级是共基极放大电路后一级是共集电极放大电路谢谢！矩形波信号发生电路主讲：许林矩形波信号发生电路

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，，即两种暂态；因而采用电压比较器。（2）延迟环节：使得两个暂态均维持一定的时间，即利用RC环节实现，决定振荡频率。（2）反馈网络：在输出为某一状态时孕育翻转成另一状态的条件，即电路的输出反馈到电路的输入，从而控制输出状态的转换。矩形波信号发生电路2.工作过程正向充电：

uO（+UZ）→R→C→地反向充电：地→C→R

→uO（－UZ）RC回路滞回比较器矩形波信号发生电路3.工作原理：分析方法方法一：

设电路已振荡，且在某一暂态，看是否能自动翻转为另一暂态，并能再回到原暂态。方法二：

电路合闸通电，分析电路是否有两个暂态，而无稳态。

设合闸通电时，电容上电压为0，uO上升，则产生正反馈过程为：

uO↑→uP↑→uO↑↑，直至uO＝UZ，uP＝+UT，第一暂态。矩形波信号发生电路

电容正向充电，t↑→uN↑，t→∞，uN→UZ；但当uN＝+UT时，再增大，uO从+UZ跃变为-UZ，uP＝－UT，电路进入第二暂态。

电容反向充电，t↑→uN↓，t→∞，uN→-UZ；但当uN＝－UT时，再减小，uO从-UZ跃变为+UZ，uP＝+UT，电路返回第一暂态。第一暂态：uO＝UZ，uP＝+UT。3.工作原理：分析矩形波信号发生电路脉冲宽度4.波形分析根据电路求解三要素法，即知道起始值、终止值、时间常数，可求出矩形波信号发生电路

正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。5.占空比可调电路为了占空比调节范围大，R3应如何取值？谢谢！三角波发生电路主讲：许林三角波发生电路

1.电路组成用积分运算电路可将方波变为三角波。实际电路将两个RC环节合二为一为什么采用同相输入的滞回比较器？uO要取代uC，必须改变输入端。集成运放应用电路的分析方法：化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算两个RC环节三角波发生电路滞回比较器积分运算电路求滞回比较器的电压传输特性：

UOH

=

-UOL=UZuI作用于集成运放的同向输入端，由叠加定理：

2.电路工作原理三角波发生电路合闸通电，通常C上电压为0。设uO1↑→uP1↑→uO1↑↑，直至uO1

＝UZ（第一暂态）；积分电路反向积分，t↑→uO↓，一旦uO过－UT，uO1从＋UZ跃变为－UZ（第二暂态）

。积分电路正向积分，t↑→uO↑，一旦uO过＋UT，uO1从－UZ跃变为＋UZ，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。

2.电路工作原理三角波发生电路3.波形分析

如何调整三角波的幅值和频率？谢谢！锯齿波发生电路锯齿波发生电路1、锯齿波发生电路锯齿波发生电路通过改变积分运算电路正向、反向积分的时间常数，进而改变输出电压Uo上升和下降的斜率，获得锯齿波。时间常数相等上升斜率=下降斜率上升时间=下降时间时间常数不相等如：上升斜率<<下降斜率则有：上升时间>>下降时s间锯齿波发生电路2