1、第六章第六章 波形产生与整形电路波形产生与整形电路信号产生电路信号产生电路(振荡器振荡器Oscillators)分类：分类：正弦波振荡正弦波振荡:非正弦波振荡：非正弦波振荡：RC 振荡器振荡器(1 kHz 数百数百 kHz)LC 振荡器振荡器(几百几百 kHz 以上以上)石英晶体振荡器石英晶体振荡器(频率稳定度高频率稳定度高)方波、方波、三角波、三角波、锯齿波等锯齿波等主要性主要性要求能：要求能：输出信号的输出信号的幅度准确稳定幅度准确稳定输出信号的输出信号的频率准确稳定频率准确稳定(1-2)第六章第六章 波形产生与整形电路波形产生与整形电路 6.1 正弦波振荡电路的基本概念正弦波振荡电路的基
2、本概念 6.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路 6.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 6.3 波形整形电路波形整形电路(1-3)正反馈放大电正反馈放大电路如图示。（注意路如图示。（注意与负反馈方框图的与负反馈方框图的差别）差别）1.振荡条件振荡条件fiaXXX 若环路增益若环路增益1 FA则则，faXX 去掉去掉，iXoX仍有稳定的输出仍有稳定的输出又又fafa AFFAFA所以振荡条件为所以振荡条件为1)()(FA振幅平衡条件振幅平衡条件 n2)()(fa 相位平衡条件相位平衡条件 6.1 6.1 正弦波振荡电路的基本概念正弦波振荡电路的基本概念一、正弦波振荡器的振荡条件一、正弦波振荡器的
3、振荡条件(1-4)起振条件起振条件2.起振过程起振过程电路器件内部噪声电路器件内部噪声1)()(FA n2)()(fa 当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。加，否则波形将出现失真。噪声中，满足相位平衡条件的某一频率噪声中，满足相位平衡条件的某一频率 0的噪声信号被的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。放大，成为振荡电路的输出信号。稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从使振幅平衡条件从 回到回到1 AF。1 AF 6.1 6.1 正弦波
4、振荡电路的基本概念正弦波振荡电路的基本概念(1-5)起振条件起振条件 iouuAu ofuuFu 2AFn 放大器放大器Au反馈网络反馈网络FuUoUfUi 1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAu Fu 1Au Fu 3，稳幅后，稳幅后 Au=3。正温度系数正温度系数负温度系数负温度系数 )/1(1fuffRRART二极管稳幅二极管稳幅12.4 k R2 8.1 k 起振时信号小，起振时信号小，二极管电阻大二极管电阻大Au 1+(R2+R3)/R1 3R2 2R1 R3起振后二极管电阻逐渐减小，起振后二极管电阻逐渐减小，Au 1+R2/R1=3为使失真小：为使失真小：R2 2R1f0=1
5、.94 kHzRCf 210 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路4.3 k 8R1R2oUV1V2R38.2 k 6.2 k 22 k 0.01 F8.2 k 0.01 F(1-11)类型：类型：变压器反馈式变压器反馈式、电感三点式、电感三点式、电容三点式电容三点式LrCIs.L 的的等效等效损耗损耗电阻电阻)L(rLC(j)L(rrZ12222(一一)LC 并联回路的特性并联回路的特性Z 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路二、二、LC三点式振荡电路三点式振荡电路0)L(rLC20200如如即即LCr1LC120则则Z为纯电阻特性为纯电阻特性因因r很小很小,故有故有LC10(1
6、-12)1.谐振频率谐振频率 f0 1 0，LC LCf210 2.谐振阻抗谐振阻抗 Z0rCLZ 03.回路品质因数回路品质因数 Q CLrCrrLQ1100 CQLQZ00 0 0 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路(1-13)4.频率特性频率特性)LC(rLjrCL2111)jQ(ZZ220011 0Z Z 0 Q 大大Q 小小 0 f90 90Q 增大增大幅频特性相频特性 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路)(1)(1LjrCjLjrCjZ当 时0(1-14)5.并联谐振的本质并联谐振的本质 电流谐振电流谐振L Lu uC Cr r+i ii iL Li iC C1)呈
7、纯阻呈纯阻2)2)形成形成环流环流，大小是总电流的，大小是总电流的 Q Q 倍倍 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路LQrCLZZ00IjQ)ILC(Q jIC00IjQ)IL(Q LjRIL001谐振时，谐振时，LCLC回路从外界吸取的电流极小，对外回路从外界吸取的电流极小，对外界的影响可以忽略。界的影响可以忽略。(1-15)(二二)变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路L LC C+VCCVRERB1RB2C CE EC CB B180 A 180 F 0 AF 2.相位平衡条件相位平衡条件LCf 210 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路1.电路结构电路结构(1-16)
8、6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 虽然波形出现了失真，但由于虽然波形出现了失真，但由于LC谐振电路的谐振电路的Q值很高，值很高，选频特性好，所以仍能选出选频特性好，所以仍能选出 0的正弦波信号。的正弦波信号。3.幅值平衡条件幅值平衡条件4.稳幅稳幅5.选频选频 通过选择高通过选择高 值的值的BJT和调整变压器的匝数比，可以满和调整变压器的匝数比，可以满足足1 FA，电路可以起振。，电路可以起振。BJT进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。达到稳幅目的。(1-17)6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路(三）三点式
9、三）三点式 LC 振荡电路振荡电路 把并联把并联LC回路中的回路中的C或或L分成两个，则分成两个，则LC回路就有三回路就有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形成了成了LC三点式正弦波发生电路。它们又分为电感三点式和三点式正弦波发生电路。它们又分为电感三点式和电容三点式两类。电容三点式两类。C首端首端尾端尾端中间端中间端L1L2电感三点式电感三点式C1C2首端首端尾端尾端中间端中间端L电容三点式电容三点式三点的相位关系三点的相位关系A.若中间点交流接地，则首端与尾端相位相反。若中间点交流接地，则首端与尾端相位相反。B.若首端或尾端
10、交流接地，则其他两若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。端相位相同。(1-18)1 1、电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路考毕兹振荡器考毕兹振荡器(Colpitts)LCCCCLCf212102121 +VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL LC C1 1C C2 2123oUiUfU 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路21111CjLjCjZ)1(2221LCCCj0122021LCCC如如即即212101CCCCL则则Z为纯电阻特性为纯电阻特性(1-19)3211111CCCC 212130LCLCf 为了提高频率为了提高频率稳定性，串联稳定性，串联小电容小电
11、容C3 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路C3+VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL LC C1 1C C2 2123L L(1-20)2 2、电感三点式电感三点式 振荡电路振荡电路C C+VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL L1 1L L2 2C C1 1M123oUiUfU 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路优点：优点：缺点：缺点：易起振易起振(L 间耦合紧间耦合紧)；易调节易调节(C 可调可调)。输出取自电感，对输出取自电感，对高次谐波阻抗大高次谐波阻抗大，输出波形差。输出波形差。)2(2121210CMLLLCf (1-21)四、石英晶体四
12、、石英晶体(Crystal)振荡电路振荡电路(一一)石英晶体谐振器的阻抗特性石英晶体谐振器的阻抗特性1.结构和符号结构和符号化学成分化学成分 SiO2结构结构晶片晶片涂银层涂银层焊点焊点符号符号 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路(1-22)2.压电效应压电效应形变形变形变形变机械振动机械振动压电谐振压电谐振外加交变外加交变电压的频率等电压的频率等于晶体固有频于晶体固有频率时，机械振率时，机械振动幅度急剧加动幅度急剧加大的现象。大的现象。6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路(1-23)3.等效电路等效电路rqC0CqLqLq 晶体的动态电感晶体的动态电感(10 3 102 H)(
13、大大)Cq 晶体的动态电容晶体的动态电容(0.1 pF)(小小)rq 等效摩擦损耗电阻等效摩擦损耗电阻(小小)Co 晶片静态电容晶片静态电容(几几 几十几十 pF)6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 1qqqCLrQ (1-24)4.频率特性和谐振频率频率特性和谐振频率fXfPfS容性容性感性 21 qqSCLf 21 q0q0qPCCCCLf 1 0qSCCf 6.26.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路5.使用注意使用注意2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停
14、振。1)要要接接一定的负载电容一定的负载电容 CL(微调微调)，以以达标称频率。达标称频率。(1-25)(二二)石英晶体谐振电路石英晶体谐振电路1.串联型串联型 f=fs，晶体，晶体呈纯阻呈纯阻+VCCVRERB1RB2C CB BL LC C2.并联型并联型fs f 11截止 uP 时，时，uO=UZ当当 uI uP 时，时，uO=+UZ212Z1REFT RRRURUUUP这时212Z1REFT RRRURUUUP这时 6.36.3 波形整形电路波形整形电路uIRR1UREFR2R3 UZuO(1-35)特点：特点：2)传输特性传输特性OuIuOUT+UT UZ UZ当当 uI 逐渐增大时
15、逐渐增大时 只要只要 uI UT+，则，则 uO=UZ当当 uI 逐渐减小时逐渐减小时只要只要 uI U T ，则，则 uO=UZ一旦一旦 uI UT ，则则 uO=UZ上门限下门限 U=UT+UT U回差电压uI 上升时与上门限比上升时与上门限比,uI 下降时与下门限比。下降时与下门限比。6.36.3 波形整形电路波形整形电路uIRR1UREFR2R3 UZuO(1-36)2.同相型同相型迟滞迟滞比较器比较器REFZIPURRRURuU 翻转时2121 若若 UREF=012ZT RRUU 则则12ZTRRUU 6.36.3 波形整形电路波形整形电路R1RuIUREFR2R3 UZuO(1-
16、37)传输特性传输特性OuIuOUT+UT UZ UZ U=UT+UT 12Z2RRU 6.36.3 波形整形电路波形整形电路(1-38)6.36.3 波形整形电路波形整形电路3.555定时器构成的施密特触发器电路定时器构成的施密特触发器电路CCVU31TCCVU32TCCVU31T不变时，；当时，；当时，当QVuVQVuQVuCCICCCCICCI3231 032 131(1-39)整整形形OuIUT+UT-OuOUOHUOL 6.36.3 波形整形电路波形整形电路应用应用整整形形及及抗抗干干扰扰OuIUT+UT-OuOUOHUOL(1-40)6.36.3 波形整形电路波形整形电路4.单稳态
17、触发器电路单稳态触发器电路11()()(0)()2(0)0,(),()3ln31.1tCCCCCCCCCCCutuuueuuVutVtRCRC /TRTHQ(1-41)一、矩形波振荡电路一、矩形波振荡电路1.用电压比较器构成的矩形波振荡电路用电压比较器构成的矩形波振荡电路 UZ uO uCtUT+UT-UZ 6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路 滞回比较器滞回比较器积分积分电路电路 UZR2CTR1R3uORT211ZTRRRUU211ZTRRRUU（1）工作原理）工作原理(1-42)（2）振荡频率）振荡频率 6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路(0),(),CCZTTuU
18、uUR C 12()()(0)()()2222ln(1)1tCCCCCTTutuuueTTtuURTR CRfT UZ uO uCtUT+UT-UZ(1-43)6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路2.2.占空比可调的矩形波振荡电路占空比可调的矩形波振荡电路要点要点：应改变应改变C C的充、放电时间常数的充、放电时间常数 C C放电时，放电电流放电时，放电电流经经R RT T、二极管、二极管VDVD2 2、电、电位器的下半部。位器的下半部。C C充电时，充电电流经充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管电位器的上半部、二极管V VD1D1、R RT T；(1-44)6.46.4 非正弦
19、波振荡电路非正弦波振荡电路3.3.单电源矩形波振荡电路单电源矩形波振荡电路(1-45)6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路4.4.用用555555构成的矩形波振荡电路构成的矩形波振荡电路(1)(1)电路结构及工作原理电路结构及工作原理不变时，；当时，；当时，当QVuVQVuQVuCCICCCCICCI3231 032 131(1-46)6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路(2)(2)振荡频率振荡频率1 1）充电过程）充电过程()()(0)()tCCCCutuuue 111211212(0),()33(),()0.69()CCCCCCCCCuVutVuVRR CtRR C 2
20、 2）放电过程）放电过程2221221(0),()33()0,0.69CCCCCCCuVutVuR CtR C 121211212120.69(2)2TttRR CtRRttRR占空比(1-47)二、三角形波振荡电路二、三角形波振荡电路 6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路（1）工作原理）工作原理A1比较器比较器 A2积分器积分器(1-48)6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路(2)(2)三角波的幅度与频率三角波的幅度与频率t0Z40t)dU(CR1uZ21OHURRUZ21OLURRU当当UREF=0时，上下门限电压：时，上下门限电压：21ZOmRRU2U又三角波的周期又三角波的周期T=4t1，在，在0t1时有时有1t0Z421ZOH10t dUCR1RRUU)t(u2411RCRRt 241RCRR4T(1-49)三、锯齿波振荡电路三、锯齿波振荡电路 6.46.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路（1）工作原理）工作原理要点要点：改变积分器的充、放电时间常数改变积分器的充、放电时间常数同三角波计算方法一样可得同三角波计算方法一样可得：2411RCRR2T 25412RC)R/R(R2T 21TTT电子技术电子技术第六章 结束模拟电路部分模拟电路部分
