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1、本章目录,掌握：正弦波振荡电路的组成、以及产生正弦波振荡的相位条件和幅值条件；文氏电桥RC电路的组成、原理、振荡频率、起振条件以及电路的特点。理解：典型的LC振荡电路（变压器反馈式、电感三点式、电容三点式和改进型电容三点式）的电路组成、工作原理和性能特点；常用的非正弦波发生电路（矩形波、三角波和锯齿波）的电路组成、工作原理和主要参数的估算方法。了解：石英晶体振荡电路的工作原理和性能特点。,信号产生电路,(振荡器Oscillators),分类：,正弦波振荡:,非正弦波振荡：,RC 振荡器(1 kHz 数百 kHz),LC 振荡器(几百 kHz 以上),石英晶体振荡器(频率稳定度高),方波、,三角
2、波、,锯齿波等,引言,正弦波和非正弦波产生电路常常作为信号源，被广泛地应用于无线电通信、自动测量和自动控制等系统中。,9.1.1产生正弦波振荡的条件9.1.2正弦波振荡电路的组成9.1.3正弦波振荡电路的分析步骤,9.1正弦波振荡电路的分析方法,掌握：正弦波振荡电路的组成、以及产生正弦波振荡的相位条件和幅值条件；,开关合在“1”：,开关合在“2”：,开关合在“2”时,去掉ui 仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。,9.1.1产生正弦波振荡的条件,图 9.1.1产生自激振荡的条件,由此知放大电路产生自激振荡的条件是：,因为：,所以产生正弦波振荡的条件是：,幅度平衡条件,相位平衡条件
3、,起振条件：,负反馈自激振荡与正弦波自激振荡的区别,负反馈放大电路中由于信号频率达到了通频带的两端，产生了足够大的附加相移，从而使负反馈变成了正反馈；而在振荡电路中加的就是正反馈，振荡建立后只是一种频率的信号，无所谓附加相移。,负反馈自激振荡,正弦波自激振荡,9.1.2正弦波振荡电路的组成,组成：放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节。,放大电路 正反馈网络 选频网络 稳幅环节,满足振荡条件,实现单一频率的振荡,稳定振荡幅度、波形好,常合二而一,RC振荡电路：LC振荡电路:石英晶体振荡电路,分类：,9.1.3 正弦波振荡电路的分析步骤：,1.检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分；并检查放大电路
4、的静态工作点是否能保证放大电路正常工作；,2.分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件和幅度平衡条件。,判断相位平衡条件的方法是：瞬时极性法。,3.估算振荡频率和起振条件,计算 时的频率，即为振荡频率 f0。,9.2.1RC 串并联网络的选频特性9.2.2RC 串并联网络振荡电路,9.2RC 正弦波振荡电路,掌握：文氏电桥RC电路的组成、原理、振荡频率、起振条件以及电路的特点。,9.2.1 RC 串并联网络的选频特性,低频,高通,高频,低通,o,Z1,Z2,R,低频,高频,R,在频率从0中必有一个频率f0，F0o。,定性分析,F-900,F0 90,式中:0=1/RC,幅频特性：,相频特性：,定
5、量分析,幅频特性：,相频特性：,最大，F=0。,1/3,+90,-90,图 9.2.3,9.2.2RC 串并联网络振荡电路,1、电路组成：,放大电路 集成运放 A 与RF、R 组成；,选频与正反馈网络 R、C 串并联电路；,稳幅环节 RF 与 R 组成的负反馈电路。,文式电桥振荡电路,同相比例运算电路,选频电路,2、振荡频率与起振条件,（1）振荡频率,（2）起振条件,f=f0 时，,由起振条件：,同相比例运放的电压放大倍数为,即要求：,A=0,F=0,3.振荡电路中的负反馈,引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。,反馈系数,改变 RF，可改变反馈
6、深度。增加负反馈深度，并且满足,RT,图 9.2.4,则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。,反馈电阻 RF采用负温度系数的热敏电阻，,采用正温度系数的热敏电阻，均可实现自动稳幅。,正温度系数,负温度系数,起振时，RF略大于2R，使|AF|1，以便起振；,起振后，,使得输出uo为某值时，|AF|=1，从而稳幅。,（1）热敏电阻稳幅电路,热敏电阻稳幅电路,幅度增大，电流增大，t,抑制了输出幅度的增长。,4.振荡频率的调节,振荡频率：,用双层波段开关接不同电容，作为振荡频率f0的粗调；,用同轴电位器实现f0的微调。,电子琴的振荡电路：,可调,如图所示电路能否产生自激振荡，并说明理由
7、。,例：,放大电路的A的相位移,因此,不能产生自激振荡。,放大电路的A的相位移,能产生自激振荡。,A=0，,F=0，,能产生自激振荡,例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才能起振？振荡频率f0=？,=3,Rf2R1=210=20k,=1592 Hz,*其他形式的 RC 振荡电路,（1）RC超前移相电路,（2）RC滞后移相电路,一节 RC 环节,移相 90,二节 RC 环节,移相 180,三节 RC 环节,移相 270,1、移相式振荡电路,集成运放采用反相输入方式，故,振荡频率为：,270,180,90,当 F=180 时，,f=f0,A=180，,F=180，即可满足产生正
8、弦波振荡的相位平衡条件。,2、双 T 网络振荡电路,振荡频率约为：,如果放大电路的放大倍数足够大，同时满足振幅平衡条件，即可产生正弦波振荡。,集成运放采用反相输入方式，故,当 F=180 时，,f=f0,A=180，,F=180，即可满足产生正弦波振荡的相位平衡条件。,RC,C,C1,T,R1,+,+,Rb,+,C2,R2,+10V,该电路能否产生振荡？,2.若取消一级RC环节是否振荡？,3.若增加一级RC环节能否振荡？,RC移相式正弦波振荡器,例,1、二级RC环节。每级RC 移相90，二级共可移相 180，不满足相位及幅值平衡条件。可以振荡。,2、不能振荡。,3、可产生正弦波振荡。,表 8-
9、1三种 RC 振荡电路的比较,9.3.1LC 并联电路的选频特性9.3.2变压器反馈式振荡电9.3.3电感三点式振荡电路9.3.4电容三点式振荡电路9.3.5电容三点式改进型振荡电路,9.3LC 正弦波振荡电路,理解：典型的LC振荡电路（变压器反馈式、电感三点式、电容三点式和改进型电容三点式）的电路组成、工作原理和性能特点；,9.3.1LC 并联电路的特性,当,电路发生并联谐振。,一般,谐振频率：,则,此时，|Z|最大,即,1.谐振频率 f0,2.谐振阻抗 Z0,3.回路品质因数 Q,4.频率特性,Z01,Z02,Q1 Q2,Q1,Q2,Q1,Q2,Q1 Q2,感性,纯阻,容性,不同 Q 值时
10、，LC 并联电路的幅频特性、相频特性,电容、电感支路的电流值：,并联回路的输入电流值：,所以：,当 Q 1 时，,结论：谐振时，电容支路的电流与电感支路的电流大小近似相等，而谐振回路的输入电流极小。,5.并联谐振的本质,电流谐振,结论：,1.LC 并联电路具有选频特性。当 f=f0 时，电路为纯电阻性，等效阻抗值最大；当 f f0 时，电路为容性。,2.电路的品质因数 Q 愈大，幅频特性越尖锐，选频特性愈好。3.谐振频率的数值与LC并联电路的参数有关。,若以LC并联网络作为共射放大电路的集电极负载,当f=f0时，电压放大倍数的数值最大，且无附加相移。因而电路称为选频放大电路,若增加正反馈，并用
11、反馈电压取代输入电压，则电路就成为正弦波振荡电路,LC 正弦波振荡电路,互感线圈的极性判别,磁棒,初级线圈,次级线圈,同极性端,C,L,R,u,i,反馈信号通过互感线圈引出,9.3.2变压器反馈式振荡电路,1、电路组成,用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。,放大电路：共射放大电路选频网络：LC振荡回路反馈网络：变压器副边N2,2、振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,保证变压器绕组的同名端接线正确,满足相位平衡条件,例：如图所示电路是否满足自激振荡的相位条件？,正反馈，满足相位条件,9.3.3电感三点式振荡电路,一、电路组成,用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位
12、平衡条件。,二、振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,特点：易起振(L 间耦合紧)；易调节(C 可调)；一般用于产生几十MHZ以下的赫兹；输出取自电感，对高次谐波阻抗大，输出波形差。通常用于要求不高的设备中，如高频加热器、接收机的本机振荡等。,9.3.4电容三点式振荡电路,一、电路组成,用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。,二、振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,特点：由于反馈电压取自于电容，电容对高次谐波的阻抗较小，输出波形较好。振荡频率较高，一般可达100MHZ。因为电容C1、C2的容量可以选得较小，并将放大管的极间电容也计算到C1、C2中去。适用于产生固定频率的
13、振荡。调节电容可改变频率，但会影响起振条件。如要改变频率，可在L两端接一个可变电容。,9.3.5电容三点式改进型振荡电路,振荡频率,选择 C C1，C C2，,则：,减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于产生高频振荡。,图 9.3.6,例：如图所示电路是否满足自激振荡的相位条件？,正反馈，满足相位条件,不满足电位条件,例：如图所示电路是否满足自激振荡的相位条件？,正反馈，满足相位条件,共基极接法,表 8-2各种 LC 振荡电路的比较,稳定振荡频率的措施 选用高质量的选频电路元件；采用直流稳压电源以及恒温等措施提高谐振回路的品质因数Q。,实践表明，这样做是有限度的，因为L选得太大，电感的体
14、积要增加，线圈的损耗电阻和分布电容也随之增大；C选得过小，当并联的分布电容和杂散电容变化时，将对频率的稳定性产生显著影响。所以，一般的LC回路，Q值最高可达到几百。在要求高频率稳定度的场合，往往采用高Q值的石英晶体谐振器代替,9.4.1石英晶体的基本特性和等效电路,1、基本特性,压电效应：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产生机械变形；若在晶片上施加机械压力，在晶片相应的方向上会产生一定的电场。,压电谐振：晶片上外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅突然增加。,9.4石英晶体振荡器,2.等效电路,L 晶体的动态电感(10-3 102 H)(大),C 晶体的动态电容(0.1 pF)(小),R 等
15、效摩擦损耗电阻(小),C0 晶片静态电容(几 几十 pF),大,小,小,大,3.频率特性和谐振频率,串联谐振频率,并联谐振频率,电抗频率特性,fs,fp,容性,容性,感性,9.4.2石英晶体振荡电路,一、并联型石英晶体振荡电路,交流等效电路,振荡频率,由于,图 9.4.3,fs f fp，晶体呈感性,二、串联型石英晶体振荡电路,图 9.4.4串联型石英晶体振荡电路,当振荡频率等于 fS 时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。,振荡频率,调节 R 可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。,f=fs，晶体呈电阻性,9.5.1矩形波发生电路9.5.2三角波发生电
16、路9.5.3锯齿波发生电路,9.5非正弦波发生电路,理解：常用的非正弦波发生电路（矩形波、三角波和锯齿波）的电路组成、工作原理和主要参数的估算方法。,一、电路组成,图 9.5.1,滞回比较器：集成运放、R1、R2；,充放电回路：R、C；,钳位电路：VDZ、R3。,9.5.1矩形波发生电路,二、工作原理,uC，当 uC=UT-时，uO=+UZ，,uC，当 uC=UT+时，uO=-UZ，,（1）充电,设 初态uC=0，uO=+UZ,则u+=UT-，uO 通过R向C反向充电(放电)。,（2）跳变,uC,（3）放电,（4）循环,u+=UT+，,uO 通过R向C充电。,t1,t2,（1）充电,（2）跳变
17、,（3）放电,uC,当 uC=UT+时，uO=-UZ，,当 uC=UT-时，uO=+UZ，,uC，,uO=+UZ，,电容充放电时间常数相同,正负半周对称,三、振荡周期,放电,解得：,占空比 D=50%,图 9.5.4,四、占空比可调的矩形波发生电路,结构：RW和VD1、VD2的作用是将充电放电回路分开，使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。,图 9.5.5,图 9.5.4,图 9.5.5,A1为同相迟滞比较器，输入三角波，输出方波。A2为反相积分电路，输入方波，输出三角波。,9.5.2三角波发生电路,一、电路组成,负方向,正方向,图 9.5.6,图 9.5.6,二
18、、工作原理,u+=0时，比较器跳变。,图 9.5.7,（1）uO1=+UZ,积分器反向积分,uo减小,u+=0,uO1=-UZ,（2）uO1=-UZ,积分器正向积分,uo增大,u+=0,uO1=+UZ,u+=0,三、输出幅度和振荡周期,解得三角波的输出幅度,当 u+=u-=0 时，uO1 跳变，而发生跳变时的 uO即为三角波的最大值 Uom。,UZ,0,Uom,1、输出幅度,2、振荡周期,振荡周期,正向积分起始值为-Uom，终了值为+Uom，积分时间T/2,半个周期：,图 9.5.8,9.5.3锯齿波发生电路,一、电路组成,示波器的扫描电路以及数字电压表等电路中，常常需要使用锯齿波信号。,图 9.5.8,二、输出幅度和振荡周期,图 9.5.9,掌握：正弦波振荡电路的组成、以及产生正弦波振荡的相位条件和幅值条件；文氏电桥RC电路的组成、原理、振荡频率、起振条件以及电路的特点。理解：典型的LC振荡电路（变压器反馈式、电感三点式、电容三点式和改进型电容三点式）的电路组成、工作原理和性能特点；常用的非正弦波发生电路（矩形波、三角波和锯齿波）的电路组成、工作原理和主要参数的估算方法。了解：石英晶体振荡电路的工作原理和性能特点。,
