1、模拟电子技术简明教程第三版第九章波形发生电路（优选）模拟电子技术简明教程第三版第九章波形发生电路一一、产生正弦波振荡的条件产生正弦波振荡的条件tUuiisin2)sin(2tUuiftUtUuiifsin2)sin(2一一、产生正弦波振荡的条件产生正弦波振荡的条件fiUU foiiUFUFAUU tUuuiifsin21 FA振幅平衡条件振幅平衡条件 n2FA 相位平衡条件相位平衡条件所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成：n是整数是整数相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。振幅条件可以通过调整放
2、大电路的放大倍数达到。自激振荡的条件：自激振荡的条件：1.FAAAA|因为：因为：FFF|.Xdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXX二、起振条件和稳幅原理二、起振条件和稳幅原理起振条件：起振条件：结果：产生增幅振荡结果：产生增幅振荡1|FA（略大于）（略大于）1 1、被动稳幅：器件非线性、被动稳幅：器件非线性2 2、主动稳幅：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，、主动稳幅：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益。用以调节放大电路的增益。稳幅过程：稳幅过程：起振时，起振时，1|FA稳定振荡时，稳定振荡时，1|FA稳幅措施：稳幅措施：起振过程起振过程Xdof基本放大器基本放
3、大器A反馈网络反馈网络FXX所以产生正弦波振荡的条件是而总的振荡周期不受影响。根据选频网络所用元件分类。当 f R111C R221C 其低频等效电路为：其低频等效电路为：其频率特性为：其频率特性为：当当=0时，时，uf=0，F=0 90F当当时，时，uf=，F F+fo-+R21u-uC+0|F|0 F90+Ru+-o-fu+12RC12C（2）当信号的频率很高时。）当信号的频率很高时。R111C R221C 其高频等效电路为：其高频等效电路为：其频率特性为：其频率特性为：当当=时，时，uf=0，F=0 90F当当时，时，uf=，F F+ou-f-u+2C+1R0|F|0 F-900=？Fm
4、ax=？由以上分析知：一定有一个频率由以上分析知：一定有一个频率0存在，存在，当当=0时，时，F最大，且最大，且 =0F0|F|0 F900|F|0 F-90频率很低频率很低频率很高频率很高2.定量分析定量分析)j/1(111CRZ 222222j1 )j/1/(CRRCRZ R1C1 串联阻抗：串联阻抗：R2C2 并联阻抗：并联阻抗：212ofZZZUUF +Ru+-o-fu+12RC12C)1j()1(1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRCRCRRF )1j()1(1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRCRCRRF 通常，取通常
5、，取R1R2R，C1C2C，则有：，则有：)j(3100 F式中：式中：RC10 可见：当可见：当 时，时，F最大，且最大，且 =0RC10F Fmax=1/3RC串并联网络完整的频率特性曲线：串并联网络完整的频率特性曲线：RC10 当当 时，时，F=Fmax=1/30FRC10RCf 210 Fo+90o|F|1/3RCf 210 Fo+90o|F|1/3二、二、RC 串并联网络振荡电路串并联网络振荡电路 满足相位平衡条件处正反馈00F0Af；，振荡电路的工作原理动画RC振荡电路的几种工作状态动画+RC 串并联网络振荡电路由于此电路的输出波形较差，且频率稳定度不高，又因加工精度很高，所以能获
6、得很高的频率稳定度。式中R为折合到管子集电极和发射极间的等效并联总损耗电阻。谐振时的阻抗值 Z0 也愈大。RC 串并联网络振荡电路2)正反馈网络：满足相位条件由于线圈之间耦合很紧，较易起振。RC 串并联网络振荡电路并联谐振频率（阻抗最大）串联谐振频率（阻抗最小）uO1将跳变为uO1=-UZ，一般LC选频网络的Q为几百，石英晶体的Q可达104106；所以产生正弦波振荡的条件是RC 串并联振荡电路特点:LC振荡电路的选频特性由Q决定1、被动稳幅：器件非线性并联型石英晶体振荡电路而电感对高次谐波的阻抗较大，谐振时的阻抗值 Z0 也愈大。+j C-同时u+将跳变为一个负值，式中L为回路的总电感，即L=
7、L1+L2+2MRC 串并联网络振荡电路9.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 小结小结RC 串并联选频网络串并联选频网络+Ru+-o-fu+12RC12CRC10 RCf 210 Fo+90o|F|1/3uRf1RRRCCufA+oRC桥式振荡器桥式振荡器31F11fRRA9.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 小结（续）小结（续）一、一、LC 并联电路的选频特性并联电路的选频特性 LC 并联电路 LC 并联电路 二、二、变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路特点：特点：易振，波形较好；耦合不紧易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。密，损耗大，频率稳定性不高。为使为使N1
8、、N2耦合紧密，将它们耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。合二为一，组成电感反馈式电路。电感三点式振荡电路三、三、电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路fiUU与相位相同振荡电路的工作原理动画改变 L2/L1 的比值，可获满意的正弦波，且振幅较大。1)放大电路：放大作用四、电容三点式振荡电路一、LC 并联电路的选频特性根据选频网络所用元件分类。模拟机械振动摩擦损耗，很小反馈网络：引入正反馈；所以产生正弦波振荡的条件是串联谐振频率（阻抗最小）但同时会影响起振条件，电子技术实验中经常使用的低频信号发生器是一种正弦波振荡电路。在某一中间频率时为纯阻性。二、变压器反馈式振荡电路并联谐振频率（阻
9、抗最大）当=0时，F最大，且 =0RC，LC，石英晶体其中选频网络往往与反馈网络合二为一,稳幅环节用非线性元件实现.改变电路中电位器滑动端的位置即可调节占空比，可通过实验调整来最后确定电容的比值。T1=(R+RW)Cln(由于反馈电压取自电容 C2，式中式中 为回路的总电感，即为回路的总电感，即其中其中为为与与之间的互感。之间的互感。式中式中为折合到管子集电极和发射极间的等效并联总为折合到管子集电极和发射极间的等效并联总损耗电阻。损耗电阻。电容三点式振荡电路四、四、电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路式中式中为折合到管子集电极和发射极间的等效并联总为折合到管子集电极和发射极间的等效并联总损耗电
10、阻。损耗电阻。而总的振荡周期不受影响。模拟电子技术简明教程第三版第九章波形发生电路一、产生正弦波振荡的条件四、正弦波振荡器的分类uO1将跳变为uO1=-UZ，而电感对高次谐波的阻抗较大，T1=(R+RW)Cln(一、产生正弦波振荡的条件结论：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。所以产生正弦波振荡的条件是1+j (1 )相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；谐振时的阻抗值 Z0 也愈大。1、被动稳幅：器件非线性二、起振条件和稳幅原理由于反馈电压取自电容 C2，LC 并联电路具有选频特性，其中选频网络往往与反馈网络合二为一,稳幅环节用非线性元件实现.放大电路产生自激振荡的条
11、件可表示为一、LC 并联电路的选频特性不能将高次谐波短路掉。T=T1+T2=(2R+RW)Cln(五、五、电容三点式改进电路电容三点式改进电路0312fLC处理器处理器Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。一、石英晶体的基本特性和等效电路一、石英晶体的基本特性和等效电路 一般一般LC选频网络的选频网络的Q为几百，石英晶体的为几百，石英晶体的Q可可达达104106；前者；前者f/f为为105，后者可达，后者可达10101011。01LLQRRC晶体1.石英晶体结构与压电效应石英晶体结构与压电效应VV晶片晶片敷银层敷银层符号符号VV极板间加交变电场极板间加交变电场极
12、板间机械振动极板间机械振动晶体产生机械变形晶体产生机械变形晶体产生电场晶体产生电场交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压压电效应压电效应通常振幅较小，但当交变电压频率为某一特定频率通常振幅较小，但当交变电压频率为某一特定频率时，振幅最大时，振幅最大,称为压电谐振。称为压电谐振。上述特定频率称为晶体的固有频率或谐振频率上述特定频率称为晶体的固有频率或谐振频率2.石英晶体的等效电路与频率特性石英晶体的等效电路与频率特性等效电路：等效电路：uu石英晶体uuLCCoR静电电容（平静电电容（平行板电容）约行板电容）约几几几十皮法几十皮法模拟晶体机模拟晶体机械振动惯性械振动惯性1010-3-31
13、010-2-2H H晶体弹性电容晶体弹性电容1010-4-41010-1-1pFpF模拟机械振动摩模拟机械振动摩擦损耗，很小擦损耗，很小又因加工精度很高，所以能获得很高的频率稳定度。又因加工精度很高，所以能获得很高的频率稳定度。因因L L大，大，C C、R R小，则小，则 很很大大CLRQ1 石英晶体的频率特性石英晶体的频率特性CLjCjZ/1110CL1时时当当LC21fS即即串联谐振频率（阻抗最小）串联谐振频率（阻抗最小）CLC110时时当当00PCCCCL21f即即并联谐振频率（阻抗最大）并联谐振频率（阻抗最大）uuLCCoRLCf 21s（1）串联谐振）串联谐振频率特性：频率特性：晶体
14、等效纯阻且阻值晶体等效纯阻且阻值00p121CCLCf （2）并联谐振）并联谐振通常通常0CC 0s1CCf 所以所以很很接接近近与与 psffuuLCCoRfZ感性感性0fsfp容性容性容性容性一个晶体有两个谐振频率。一个晶体有两个谐振频率。二、石英晶体振荡电路二、石英晶体振荡电路oU晶体晶体并联型石英晶体振荡并联型石英晶体振荡电路利用石英晶体作电路利用石英晶体作为一个电感来组成选为一个电感来组成选频网络，晶体工作在频网络，晶体工作在f 和和f 之间。之间。电路的振荡频率电路的振荡频率s001CffCC 1212C CCCC oU晶体晶体调节电阻调节电阻的大小可的大小可以改变正反馈的强弱，以
15、改变正反馈的强弱，以便获得良好的正弦以便获得良好的正弦波输出。波输出。串联型石英晶体振荡电路利用石英晶体串联谐振时阻串联型石英晶体振荡电路利用石英晶体串联谐振时阻抗最小的特性组成振荡电路，晶体工作在抗最小的特性组成振荡电路，晶体工作在 f 处。处。一、一、矩形波发生电路矩形波发生电路1.电路组成电路组成RC 充放电充放电回路回路滞回滞回比较器比较器滞回比较器：集成运放、滞回比较器：集成运放、R1、R2；充放电回路：充放电回路：R、C；钳位电路：钳位电路：VDZ、R3。2.工作原理工作原理T2=(R+RW)Cln(四、正弦波振荡器的分类第四节 石英晶体振荡器二、RC 串并联网络振荡电路一般LC选
16、频网络的Q为几百，石英晶体的Q可达104106；晶体等效纯阻且阻值0T1=(R+RW)Cln(串联谐振频率（阻抗最小）大功率振荡电路还可以直接为工业生产提供能源，例如高频加热炉的高频电源。而总的振荡周期不受影响。即C3 C1,C3 C2,RC 串并联网络振荡电路在某一中间频率时为纯阻性。不能将高次谐波短路掉。RC 串并联选频网络R2+2可通过实验调整来最后确定电容的比值。由于反馈电压取自电容 C2，因此这种电路适于产生固定频率的振荡。并将放大管的极间电容也计算到 C1、C2中去，又因加工精度很高，所以能获得很高的频率稳定度。T1=(R+RW)Cln(3.振荡周期振荡周期电容的充放电规律：电容的
17、充放电规律：)(e)()0()(CtCCCuuutu 对于放电，对于放电，Z211)0(URRRuC Z)(UuC RC 解得：解得：)21ln(221RRRCT 结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电结论：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。阻，即可改变振荡周期。wRwRwRwR二、三角波发生电路二、三角波发生电路 矩形波发生电路矩形波发生电路第三节 LC 正弦波振荡电路可通过实验调整来最后确定电容的比值。式中R为折合到管子集电极和发射极间的等效并联总损耗电阻。晶体等效纯阻且阻值0所以产生正弦波振荡的条件是改变电路中电位器滑动端的位置即可调节占空比，R2+2
18、并联型石英晶体振荡电路因此振荡频率较高，而总的振荡周期不受影响。RC 串并联网络振荡电路在A2的输出端得到三角波。当 f f0 时，呈电感性；因此这种电路适于产生固定频率的振荡。谐振时的阻抗值 Z0 也愈大。滞回比较器：集成运放、R1、R2；RC 串并联振荡电路特点:一般用于产生几十兆赫以下的频率。静电电容（平行板电容）约几几十皮法RC串并联网络振荡电路而总的振荡周期不受影响。1+j (1 )一、LC 并联电路的选频特性1、被动稳幅：器件非线性滞回比较器：集成运放、R1、R2；(L1+L2+2M)C静电电容（平行板电容）约几几十皮法钳位电路：VDZ、R3。根据选频网络所用元件分类。RC 串并联
19、振荡电路特点:同时u+将跳变为一个负值，因此通常用于要求不高的设备中，R1、C1 和 R2、C2改变 L2/L1 的比值，可获满意的正弦波，且振幅较大。RC正弦波振荡电路：几百千赫以下可通过实验调整来最后确定电容的比值。+j C-据经验，L2 的圈数选为整个线圈的 1/8 到 1/4。并联型石英晶体振荡电路于是反馈电压中的谐波分量很小，（2）当信号的频率很高时。T1=(R+RW)Cln(四、电容三点式振荡电路双T 选频网络振荡电路模拟机械振动摩擦损耗，很小第二节 RC正弦波振荡电路RC 串并联选频网络滞回比较器：集成运放、R1、R2；滞回比较器：集成运放、R1、R2；RC正弦波振荡电路：几百千赫以下但同时会影响起振条件，并将放大管的极间电容也计算到 C1、C2中去，由于此电路的输出波形较差，且频率稳定度不高，检查电路是否具备正弦波振荡的基本组成部分，静态工作点是否合适。R、VD2 和 组成充电回路。所以产生正弦波振荡的条件是但同时会影响起振条件，在 f0 处，呈纯电阻性。模拟机械振动摩擦损耗，很小电子技术实验中经常使用的低频信号发生器是一种正弦波振荡电路。其中选频网络往往与反馈网络合二为一,稳幅环节用非线性元件实现.谐振时的阻抗值 Z0 也愈大。RC 串并联网络振荡电路假设t=0时，uO1=+UZ，可通过实验调整来最后确定电容的比值。滞回比较器：集成运放、R1、R2；
