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1、9 信号产生电路,正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。,9.1 正弦波振荡电路的振荡条件,正弦波发生电路的组成,为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。,如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。,为了获得单一频率的正弦波输出，
2、应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。,因此，一个完整的正弦波发生电路的必须包含放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅电路四部分电路。,9.1.2 产生正弦波的条件,产生正弦波的条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。只不过负反馈放大电路中是由于信号频率达到了通频带的两端，产生了足够的附加相移，从而使负反馈变成了正反馈。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。,比较图(a)和(b)就可以明显地看出负反馈放大电路和正反馈振荡电路的区别了。由于振荡电路的输入信
3、号，所以。,(a)负反馈放大电路(b)正反馈振荡电路,振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一些，即要求这称为起振条件。,9.1.3 起振条件和稳幅原理,既然，起振后就要产生增幅振荡，需要靠三极管大信号运用时的非线性特性去限制幅度的增加，这样电路必然产生失真。这就要靠选频网络的作用，选出失真波形的基波分量作为输出信号，以获得正弦波输出。,RC网络的频率响应,9.2 RC正弦波振荡电路,RC正弦波振荡电路有桥式振荡电路、双T网络式和移相式振荡电路等类型。在这里重点讨论桥式振荡电路。,RC串并联网络的电路如图所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。其频率响应如
4、下:,RC串并联网络,谐振频率为:f0=,当R1=R2，C1=C2时，谐振角频率和谐振频率分别为:,幅频特性:,相频特性:,当 f=f0 时的反馈系数,且与频率f0的大小无关。此时的相角 F=0。即改变频率不会影响反馈系数和相角，在调节谐振频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。有关曲线见图11.02(b)。,RC串并联网络的频率特性曲线,9.2.2 RC文氏桥振荡电路,1.RC文氏桥振荡电路的构成 RC文氏桥振荡电路如图所示，RC 串并联网络是正反馈网络，另外还增加了R3和R4负反馈网络。,C1、R1和C2、R2正反馈支路与R3、R4负反馈支路正好构成一个桥路，称为文氏桥。,RC文氏桥
5、振荡电路,当C1=C2、R1=R2时:,为满足振荡的幅度条件=1，所以Af3。加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。,F=0,2.RC文氏桥振荡电路的稳幅过程,RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R4实现的。R4是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R4上所加的电压升高，即温度升高，R4的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在R3的位置。,反并联二极管的稳幅电路,电路的电压增益为,式中 Rp是电位器上半部的电阻值，Rp是电位器下半部的电阻值。R3=R3/RD，RD是并联二极管的等效平均电阻值。,当Vo大时，二极管支路的交流电流较大，RD较小
6、，Avf较小，于是Vo下降。由图(b)可看出二极管工作在C、D点所对应的等效电阻，小于工作在A、B点所对应的等效电阻，所以输出幅度小。,二极管工作在A、B点，电路的增益较大，引起增幅过程。当输出幅度大到一定程度，增益下降，最后达到稳定幅度的目的。,9.3 LC正弦波振荡电路,9.3.1 LC选频放大电路,1.谐振频率与谐振电阻,LC和RC振荡电路产生正弦振荡的原理基本相同，不同的是，RC振荡电路的选频网络由电阻和电容组成，而LC振荡电路的选频网络由电感和电容组成。,谐振电阻,理想电路,L、C为理想电抗件,R0体现了损耗,2.特点:,（1）谐振频率：,（2）谐振时总的容抗等于感抗：,两端呈纯电阻
7、。,（3）谐振时总电流与总电压同相，支路电流比总电流大。,电感支路：,电容支路：,3.谐振回路的品质因数,定义：谐振时电路的电抗（0L或）与等效损耗电阻之比。,Q0的大小标志着谐振质量的优劣。Q0损耗越小。Q0通常在30200之间。,4.谐振曲线,(1)谐振曲线,(2)通用谐振方程,或,在f=f0f的情况下：,则,其中,相对失谐量，描述了f偏离f0的程度。,(3)通频带,相减得,可见Q0愈大，通频带愈窄。,5.信号源和负载与并联谐振回路的连接,令,则,而,结论：Rs和RL的接入，使回路的损耗增加，通频带变宽。,6.改变并联谐振回路阻抗的办法,(1)电感中间抽头,谐振频率,谐振阻抗,忽略两线圈间
8、的互感和R的影响,忽略r的影响,（2）电容中间抽头,谐振频率,谐振阻抗,（3）结论,谐振频率仅仅决定于回路的总电感L和总电容C，与抽头位置无关。,谐振阻抗与抽头的位置有关。,9.3.2 变压器反馈LC振荡电路,变压器反馈LC振荡电路,LC并联谐振电路作为三极管的负载，反馈线圈L2与电感线圈相耦合,将反馈信号送入三极管的输入回路。交换反馈线圈的两个线头，可使反馈极性发生变化。调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，以使正反馈的幅度条件得以满足。,有关同名端的极性请参阅右图。,同名端的极性,变压器反馈LC振荡电路的振荡频率与并联LC谐振电路相同，为,三点式LC振荡电路,1.电感三点式LC振荡器,
9、电感线圈L1和L2是一个线圈，2点是中间抽头。用瞬时极性法可判断出电路符合正反馈的相位条件。,电感三点式LC振荡器（CB）,电感三点式LC振荡器（CE）,分析三点式LC振荡电路常用如下方法，将谐振回路的阻抗折算到三极管的各个电极之间，有Zbe、Zce、Zcb。,三点式振荡器,Zbe是L2、Zce是L1、Zcb是C。可以证明若满足相位平衡条件，Zbe和Zce必须同性质，即同为电容或同为电感，且与Zcb性质相反。,2.电容三点式LC振荡电路,与电感三点式LC振荡电路类似的有电容三点式LC振荡电路。,（a）CB组态（b）CE组态 电容三点式LC振荡电路,例11.1：下图为一个三点式振荡电路 试判断是
10、否满足相位平衡条件。,（a）,（b）,例1：,正反馈,频率由C、L1、L2谐振网络决定。,设uB,uC,uD,uB,uL2,ube,uL1,3.三点式振荡电路举例,例2：,+,+,+,正反馈,+,振荡频率:,M为两线圈的互感,uo,+,+,例3：,正反馈,振荡频率:,例4：,+,ube增加,正反馈,+,+,9.3.4 石英晶体振荡电路,（2）影响振荡频率不稳定的因素 温度的变化、电源电压的波动、元件参数的变化等。,（3）由于LC回路的Q值不能做得很高，所以LC振荡器的频率不可能达到很高。,频率稳定度=,（1）对于振荡器的振荡频率，要求具有较高的稳定性。,1.石英晶体的物理特性极其等效电路 石英
11、晶体是SiO2的一种结晶体，具有各向异性的物理特性。在石英晶体上按一定方位切下的薄片晶片。,（1）基本特性 石英振荡器在电路中之所以能够代替LC谐振回路是具有压电效应。,若在晶片上外加交变电压，由于压电效应，从外电路来看，相当于有交流通过晶片。外加电压频率石英晶体的固有机械谐振频率时，压电电流滞后外加电压 外加电压频率=石英晶体的固有机械谐振频率时，压电电流最大压电谐振,感性,（2）等效电路,等效电路,阻抗特性,C0静态电容。即两极板之间的电容，与晶片的几何尺寸、极板面积有关，几PF几十PF。,L机械振荡的惯性。10-3102H C晶片的弹性 10-410-1PF R晶片振动时因摩擦而造成的损
12、耗 102 L大，C小，R小,很大 104106,另一方面，晶片本身的固有频率只与晶片的几何尺寸有关，所以很稳定，而且可以做得很精确。,感性,（3）谐振频率（忽略R）,即,串联谐振频率（阻抗最小）,即,并联谐振频率（阻抗最大）,特点：一个晶体有两个谐振频率。,fPfS，但由于CC0，fP、fS非常接近,晶体振荡器是将晶片作为一个电感元件来使用的。,1.石英晶体振荡器,（1）并联型晶体振荡器,晶体工作在谐振频率fP和fS之间，石英晶体呈电感性，作为振荡器回路的一个电感与电路的其他元件组成三点式振荡器。,其中,由于CC0+C，因此，在回路中起决定作用的是C，由于C很稳定，所以振荡频率的稳定度很高。,（2）串联型晶体振荡器,+,利用f=fS时石英晶体呈纯阻性，相移为零的特性构成正弦波振荡器。,
