模拟电子技术基础第三版 9波形发生器 学习资料

第九章波形发生器9.1

正弦波振荡电路的分析方法9.2

RC正弦波振荡电路9.3LC正弦波振荡电路9.4石英晶体正弦波振荡器9.5非正弦波发生电路1正弦波振荡器

无线电发送设备需要高频载波，无线电接收设备需要本振信号，很多电子设备中都需要使用正弦波振荡信号，它们都是由正弦波振荡器所产生。振荡器（oscillator）和放大器一样，也是一种能量转换电路，所不同的是振荡器无需外加输入信号，本身就能自动地将直流电能转换为特定频率、波形、幅度的交变电能输出。2振荡器分类：振荡器分类正弦振荡非正弦波振荡器低频正弦振荡器高频正弦振荡器微波振荡器矩形波振荡器三角波振荡器锯齿波振荡器3主要技术指标：

1.振荡频率f及频率范围

2.频率稳定度

3.振荡的幅度和稳定度4简单的正弦波电信号如常见的50Hz工频交流电，是通过发电机转子励磁产生交变磁场，将机械旋转变为交流电信号。1903年，查尔斯.斯坦梅茨发明“高频机械交流发电机”以产生无线电信号载波。1905年，[加拿大]雷金纳德.费森登利用“高频机械交流发电机”发明了连续波语音发射机。现代电信号发生器为电子式，即通过电子电路产生。正弦波振荡器就是模拟产生正弦波电信号的电子电路。分类：反馈振荡器：利用正反馈原理，应用最广；负阻振荡器：利用负阻器件负电阻效应，微波。5应用范围：在发射机、接收机、测量仪器（信号发生器）、计算机、医疗、仪器乃至电子手表等许多方面振荡器都有着广泛的应用。发射机中的载波信号；超外差式接收机中的本地（本机）振荡信号；电子测量仪器中的正弦波信号源；数字电路系统中的时钟信号源等；工业高频感应加热设备的正弦交变能源；医用电疗仪器中的正弦交变能源，等等。正弦波振荡器的电路特点：

无输入信号，自输出信号。

性能要求振荡频率和振幅准确性和稳定性大功率和高效率69.1.1产生正弦波振荡的条件S放大电路反馈网络12反馈放大电路产生自激振荡的条件1、振荡条件的物理意义+9.1

正弦波振荡电路的分析方法7正反馈幅度平衡条件相位平衡条件起振条件：82、正弦波振荡与负反馈放大电路自激振荡的比较+-负反馈放大电路++正反馈放大电路99.1.2正弦波振荡电路的组成和分析步骤正弦波振荡电路的组成放大电路反馈网络选频网络稳幅环节10一、判断能否产生正弦波振荡1、检查电路是否具有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条件。相位条件幅度条件11二、估算正弦波振荡和起振条件起振条件由幅度平衡条件求得振荡频率由相位平衡条件决定（n=0,1,2，……）即:

A+F=±2n129.2

RC正弦波振荡电路9.1.1RC串并联网络振荡电路RRRFR'CC-A+文氏电桥振荡电路放大电路选频网络反馈网络

A=00稳幅环节13一、RC串并联网络的选频特性Z2Z1+-RCRC+-+-RC+-低频+-CR+-高频14Z2Z1+-RCRC+-15令得：16相频特性幅频特性17相频特性幅频特性当

=0时，,F=00

F18二、振荡频率与起振条件2、起振条件1、振荡频率当f=f0时，因为则RRRFR'CC-A+19三、振荡电路中的负反馈RRRFR'CC-A+t°RT作用:稳幅电压串联负反馈20四、振荡频率的调节C1C2C3C1C2C3RRRWRW波段开关粗调同轴电位器细调21特点:可连续调解振荡频率,

便于加负反馈来稳幅振荡波形良好频率范围为几Hz~几十KHz229.2.2其他形式的RC振荡电路一、移相式振荡电路RRRFR'CC-A+C

A=1800

F(00~2700)23f

270°180°90°0振荡频率起振条件RF>12Rf024缺点:选频特性差,频率调节不方便,输出幅度不够稳定,输出波形较差.优点:电路结构简单,经济.应用:振荡频率固定,且稳定性要求不高的场合,频率范围为几Hz~几十KHz特点:25二、双T选频网络振荡电路R3RRFR'C-A+CR2C

A=1800

F(00~2700)26振荡频率起振条件R3<R/2特点:优点:选频特性好,频率稳定性较高,输出波形的非线性失真较小应用:广泛,振荡频率固定的场合.频率范围为几Hz~几十KHz缺点:频率调节困难27三种RC振荡电路的比较名称RC串并联网络振荡电路移相式振荡电路双T型选频网络振荡电路电路形式振荡频率起振条件电路特点应用场合连续调节频率负反馈稳幅振荡波形良好电路简单，经济方便适用于对波形要求不高的场合选频特性好，适用于产生单一频率振荡波形RF>12RR3<R/2R3RRFR'C-A+CR2CRRRFR'CC-A+CRRRFR'CC-A+28作业:P3819-3、9-4

29+A-RR'RFRCC判断下面的电路能否产生正弦波振荡不能30-A+RRCC不能31-A+RR'RFRCC不能32-A+RRFRCCCRR1不能33+VccVT1VT2RCR1R-VEERCC能34+VccVTRCReRRCCRb不能35-A+RRFRCC-A+R1RF能36+VccVT1RC1Re1RRCeCRb1Re2VT2不能379.3LC正弦波振荡电路9.3.1LC并联电路的特性+-CLR时，产生并联谐振38得并联谐振角频率品质因数当Q》1时，或39谐振时的等效阻抗LC并联电路的阻抗的一般表达式：+-CLR40Q1>Q2Q1Q2Q2Q1Q1>Q2结论：（1）LC并联电路具有选频特性。

f=f0时，纯阻性f>f0时，电容性f<f0时，电感性41（2）

f0的数值与电路参数有关。当Q》1时，Q1>Q2Q1Q2Q2Q1Q1>Q242（3）

越大，幅频特性越尖锐，选频特性越好，Z0也越大。Q1>Q2Q1Q2Q2Q1Q1>Q243谐振时的电流电容电流输入电流则当Q》1时，+-CLR44LC正弦波振荡电路放大网络三极管放大电路选频网络LC并联电路反馈网络变压器反馈式电感三点式电容三点式正反馈45反馈电路+-CN2N1ML+-9.3.2变压器反馈式振荡电路46一、电路组成Rb2Rb1CCeRLN3N2N1M+VccLRea++-+Cb选频网络放大网络反馈网络47二、振荡频率和起振条件谐振频率起振条件48三、振荡频率的调节CL499.3.3电感三点式振荡电路反馈电路CL1L212350一、电路组成Rb2Rb1CCeRLL1+VccL2Rea++Cb12351二、振荡频率和起振条件振荡频率起振条件其中52电感三点式振荡电路的特点：1、线圈L1和L2之间耦合紧密，易起振。2、调解频率方便。3、用于产生几十兆赫以下的频率。4、由于电感对高次谐波的阻抗较大，不能滤去高次谐波，输出波形中含有较大的高次谐波，波形较差。5、由于波形较差，频率稳定度不高，常用于要求不高的设备中。CL2L153反馈电路9.3.4电容三点式振荡电路C1L123C254一、电路组成Rb2Rb1C1CeRL+VccLRea++Cb123C2Rc55振荡频率起振条件二、振荡条件和起振条件56CLC1C23、可调解频率，但频率的调解范围窄。2、电容C1、C2的电容值可以很小，振荡频率较高，可产生100兆赫以上的频率。1、由于电容对高次谐波的阻抗很小，反馈电压中高次谐波分量小，输出波形较好。电容三点式振荡电路的特点：57频率稳定度低。电容三点式振荡电路的缺点：Rb2Rb1C1CeRL+VccLRea++Cb123C2Rc589.3.5改进型电容三点式振荡电路一、电路组成Rb2Rb1C1CeRL+VccLRea++Cb123C2RcC59振荡频率二、振荡条件和起振条件起振条件60三、振荡频率的调节C1LCC2613、可调解频率，但频率的调解范围窄。2、振荡频率取决于C和L，基本与C1、C2无关，可产生100兆赫以上的频率。1、由于电容对高次谐波的阻抗很小，反馈电压中高次谐波分量小，输出波形较好。改进型电容三点式振荡电路的特点：4、振荡频率稳定性高，10-4-10-5。62判断下面的电路能否产生正弦波振荡Rb2Rb1RL+VccN1Re+C1C2N2共基放大电路63Rb2Rb1+VccRe+C1C2C364Rb2Rb1+VccReC2C3-+65+Vcc+C1R2R1RLN3N1N2能66+Vcc+C1R2R1RLN3N1N2R3C2+C3能67作业:P3819-1、9-6、9-7

689.4石英晶体正弦波振荡器

LC正弦振荡电路：有限制。Q最高可达数百。频率稳定度高于10-5

石英晶体正弦振荡电路：L/C值比较高。Q值比较高(10000

500000)。频率稳定度可达10-6

10-8或更小。Q1>Q2Q1Q2Q2Q1Q1>Q2频率稳定度一般由来衡量——频率偏移量。——振荡频率。699.4.1石英晶体的基本特性和等效电路一、基本特性压电效应在外加交变电压的频率为某一特定频率——压电谐振固有频率（谐振频率）极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场石英晶体——石英谐振器70二、等效电路符号C0CRL等效电路C0:当晶片不振动时，相当于一个平板电容器，数值与晶片的几何尺寸和电极面积有关；C:振动时，用来描写振动的弹性；L:振动时，用来描写振动的惯性；R:用来描写振动时的摩擦损耗。71由于C<<C0,fs和fp接近0Xffsfp感性容性容性石英谐振器的电抗-频率特性72串联谐振频率：并联谐振频率：0Xffsfp感性容性容性等效为纯电阻等效为电感739.4.2石英晶体振荡电路一、并联型石英晶体振荡电路C2C1CeRb2Rb1RcRe晶体+Vcc74C1C2RbRcRe晶体C0CRL交流等效电路C<<C0+C'所以谐振频率其中改进型电容三点式振荡电路75二、串联型石英晶体振荡电路CRb2Rb1RcRe1晶体+VccR+-76集成正弦波振荡器集成正弦波振荡器如CA3005、E1648等，只要外接LC谐振回路，就可以构成集成LC正弦波振荡器了。77确定振荡频率f0的LC谐振回路。E1648简介集成电路振荡器

E1648是产生高频正弦波振荡的专用集成块。只需接入简单的外围元件，即可产生稳定的高频正弦波。E1648构成的高频振荡器

E1648的振荡频率由下式计算+5VE164813578101214L1C1C40.1μFC30.1μFRL1kΩvo1

E1648的最高振荡频率可达200MHz。C3是滤波电容。C4是滤波电容。f0=————2π1L1C178f0=————2π1L1C1E1648增加输出幅度的接法集成电路振荡器E1648构成的高频振荡器0.1μF+9VL2C2R+5VE164813578101214L1C1C40.1μFC30.1μFRL1kΩuo1uo2

E1648的振荡频率由下式计算

E1648的最高振荡频率可达200MHz。

一般，振荡器从3脚输出振荡信号uo1。但有时为了提高输出幅度，也可以从1脚输出振荡信号uo2

。通常振荡信号从IC的3脚输出。有时，为了增加输出的幅度，也可从IC的1脚输出振荡信号。

E1648是产生高频正弦波振荡的专用集成块。只需接入简单的外围元件，即可产生稳定的高频正弦波。在1脚输出时，应接上一谐振频率与fo相同的LC回路并接入电源，才能增加输出幅度。799.5非正弦波发生电路9.5.1矩形波发生电路一、电路组成RC充放电回路滞回比较器矩形波发生器的一般组成80矩形波发生电路-A+RR3R2R1Cuouc滞回比较器81-A+R3R2R1uoucOuI+UZuo-UZ传输特性82二、工作原理假设t=0时，uc=0，uo=+UZ输出电压通过R向电容充电uc=u-

。当u-=u+时,滞回比较器的输出端发生跳变，使uo=-UZ则电容通过R放电。uc

。当u-=u+时,滞回比较器的输出端发生跳变，使uo=+UZ-A+RR3R2R1Cuouc83ucuoUZ-UZttt1t2电容充电电容放电84三、振荡周期uc从下降到所需的时间为则ucuoUZ-UZttt1t285矩形波的振荡周期为电容充放电时,uC的变化为ucuoUZ-UZttt1t2把t=2/T代入上式,得86占空比ucuoUZ-UZtt87四、占空比可调的矩形波发生电路VD1-A+RR3R2R1CuoucRWRW'RW"VD2通过VD1、VD2和RW调节电容的充电时间和放电时间。88-A+RR3R2R1CuoucRWRW'RW"VD2充电途径-----VD2和RW"VD1放电途径-----VD1和RW'=(R+RW")C=(R+RW')C89ucuottt1t2T1T2T占空比909.5.2三角波发生电路一、电路组成-A1+R4R3R2R1Cuo-A2+R4uo1u+滞回比较器积分器91二、工作原理假设t=0时，uo1=+UZ,uc(0)=0,uO(0)=0-A1+R4R3R2R1Cuo-A2+R4uo1u+uO越来越负u+随之减小92uo随时间向正向线性增长，u+随之增大。当u+=u_=0时，滞回比较器再次跳变，使uo1=+UZ，同时u+也跳变为正值。当u+=u_=0时，滞回比较器跳变，使uo1=-UZ-A1+R4R3R2R1Cuo-A2+R4uo1u+负值93uo1uoUZ-UZtt-UomUom94三、输出幅度和振荡周期三角波输出幅度：uo1uoUZ-UZtt-UomUom95uo1u