模拟电子6

AF 1
为什么？
5
2、振荡的建立和稳定 1）起振 实际振荡电路无外部输入信号，以内部 噪声或外部干扰作输入信号，AF 1经放大后再反 馈，周而复始使电路开始振荡。
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2）选频 为了得到频率为fo的正弦振荡，可用选频 网络从噪声和干扰中选出频率为fo的成分，并使整 个振荡电路只对fo满足等幅振荡条件。
比较器的输入信号是连续变化的模拟量，而输出 信号则是数字量(即“0”或“1”)。所以，比较器可作 为模拟电路和数字电路的“接口”，广泛地应用于 A/D变换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领 域，此外还可以用于非正弦波形的产生和变换电路。 比较器是这些电路的基本单元。
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对比较器的要求：灵敏度高、响应时间短、 鉴别电平准确、抗干扰能力强。
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6.1.4 石英晶体振荡器
1、正弦波振荡器的频率稳定问题
工程技术中，常要求振荡器的振荡频率十分稳定。 如通讯系统中的射频振荡器，数字系统中的时钟发生 器等。 频率稳定度：衡量振荡频率稳定程度的质量指标。 定义为在特定时间内频率的相对变化量f /fo。 LC振荡电路中Q值对频率稳定度有较大影响，Q增 大，f 稳定感三点式）
1）组成
三极管的负载并 作选频网络
共射放大电路
反馈元件
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2）起振条件和振荡频率
电路在LC并联回路谐振时，满足相位平衡条件。 振荡频率即为谐振频率：
fo 1 2 LC
1 2 （L1 L2 2 M )C
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幅度起振条件： 由于Au较大，只要适当选择L2/L1的比值， 就可实现起振。加大L2（或减小L1）有利 于起振。
Uo
也可采用负温度系数的热敏电阻作R3。
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3、RC移相式正弦波振荡器
移相网络采用RC移相器（最大移相90） 。 超前 移相 滞后 移相
基本放大电路在通频带内的 移相为180。 三节RC电路为移相兼反馈网 络，对某一频率可实现180 相移，从而满足振荡条件。 振荡频率： f o
1 2 6 RC
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2）起振条件和振荡频率
相位起振条件： 在谐振频率fo 处满足 相位平衡条件。 振荡频率约为谐振频率
fo 1 2 LC
幅度起振条件： 只要选择合适的变压器匝比，都能满足幅度起振条 件。
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3）稳幅环节 由于LC谐振回路的选频性能好，一般采用 内稳幅。 优点： 1）只要改变LC并联谐振电路的电容C，即可改变 振荡频率，故适于制作频率可调的振荡器。 2）选择适当的变压器匝比n或互感M，使电路容易 起振。 3）选择适当的变压器匝比，可适应不同负载的要 求。 缺点：振荡频率不宜太高，一般在100MHz以下。
L 1 （ j ） j L RC C Z L 1 1 j R j L 1 j 1 2 R LC C Zo 1 2 fo fo 1 jQ 1 2 2 LC f
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2 LC 谐振频率 L Zo 谐振时Z 为纯电阻性 RC L 1 L 品质因数，Q值越大，选频特性 Q R R C 越好，谐振时阻抗越大。
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6.1.3 LC正弦波振荡电路
移相网络由LC并联谐振电路组成。



LC选频电路 变压器反馈式振荡电路 电感反馈式（电感三点式）振荡电路 电容反馈式（电容三点式）振荡电路
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1、LC并联谐振电路的选频特性
1 j ( R jL) C Z 1 j R j L C
一般R <<ωL，则
Chapter 6 波形的产生与变换
波形产生电路：在无外加输入信号的情况下，能自 动产生一定波形、一定频率和幅值的交流信号。
波形变换电路：能把外加输入信号的波形变换成指 定的适合于系统应用和处理的波形。 正弦波产生电路：广泛应用于通 讯、广播、电视等系统。 波形产生电路
非正弦波产生电路：如矩形波、 三角波锯齿波。广泛应用于测量 设备、数字系统和自控系统。
Uf Z2 F U i Z1 Z 2
1 R C 1 1 1 2 j R1C 2 R2 C1 R2C1 1 1 F 1 o 3 j RC 3 j RC o
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正弦波振荡电路的分析步骤 1．判定电路能否产生振荡 （1）检查电路的基本组成，看电路是 否包括放大电路、反馈网络、选频网络。 （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）检查电路是否满足自激振荡产生 的条件。一般情况下，幅度平衡条件容易 满足，重点检查电路是否满足相位平衡条 件。
3）电路特点
a. 调频方便。改变C， 即可改变振荡频率。 b. 工作频率范围： 105~107Hz
c. 由于反馈电压取自L2， L2对高次谐波（相对于 fo）阻抗大，因而引起振荡回路输出谐波分量增大， 输出波形不理想。
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4、电容反馈式振荡电路 （电容三点式）
1）组成 三极管的负载并 作选频网络
共射放大电路
R1 R2 R C1 C 2 C
1 o RC
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幅频特性：
F 1 o 32 o
2
相频特性： f
arctan
o o
3
当ω=ωo时，电路达到谐振， 电路呈“电阻性”，此时
1 F 3 f 0
fo
1
Zo Z f o2 1 jQ 1 2 f
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2、变压器反馈式振荡电路
1）组成 反馈线圈L2。将反馈 信号送入放大器输入 端。交换反馈线圈的 两个线头，可使反馈 极性反相。调整反馈 线圈的匝数可以改变 反馈信号的强度。
阻抗变换
共射放大电路
三极管的负载并 作选频网络
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石英晶体具有很高的Q值及等效L/C值，由石 英晶体组成的振荡器其频率稳定度可达 106~108。 2、石英晶体的特性与等效电路
1）结构 2）压电效应和压电谐振 压电效应：当石英晶片的两电 极间加一电场，晶片会产生机 械形变，反之，机械力又会在 晶片上产生电场。
引线 晶片 敷银层
压电谐振：当某一特定频率的交变电压作用于晶片 时，能使晶片的机械振幅有很大的增加。
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3）等效电路与阻抗特性 石英晶体的压电谐振与LC回路的谐振十分 相似，故可用LC回路的电参数来模拟。
晶体不振动时，视为平 板电容 Co：静态电容，很小， 几pF～几十pF 振动时用LC振荡电路模拟 L：模拟机械振动的惯性， 几十mH～几百mH C：模拟晶片弹性，0.0002 ～0.1pF R：模拟振动的摩擦损耗， 约100Ω
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2．用相位平衡条件判定电路振荡 采用瞬时极性法，沿着放大和反馈环路 判别反馈的性质，如果是正反馈则满足相位 条件，否则不满足相位条件。
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（1）断开反馈支路与放大电路的输入端 的连接点。 （2）在放大电路断开点处输入信号ui ；经 放大电路和反馈支路求反馈信号uf，根据放大 电路和反馈网络的相频特性，确定ui和uf之间 的相位关系。 （3）如果ui和uf在某一频率下相位相同， 则电路满足相位的起振条件。否则不满足相 位起振条件。
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Q值可达104~106。
4）阻抗特性
串联谐振频率
fs 1 2 LC
1 2 L CCo C Co
C Co
并联谐振频率
fp
fs≈fp
fs 1
当f = fs时，LCR支路发生串联谐振，等效阻抗最 小(zo=R)。由于1/ωCo>>R，故近似认为石英晶体对于 fs 呈纯阻性。 当f = fp时，LCR支路呈感性，与Co产生并联谐振， 等效为很大的纯电阻。
1 o RC
幅值最大
1 fo 2RC
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2、文氏电桥振荡器的分析 1）组成 同相比例 放大电路
RC选频网络， 兼正反馈网络
Z1、Z2、 R3 与R4形 成四个桥臂
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2）起振条件及振荡频率 RC网络谐振时满足自激 振荡的相位平衡条件。
1 振荡频率： f o 2RC
由同相放大电路：A 1 R3 R4
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3、石英晶体正弦波振荡电路 1）串联型 利用f = fs时，石英晶体呈纯阻性， 相移是0的特性构成。 2）并联型 当频率在fs与fp之间（ fs≈fp ），石英晶 体相当于电感。
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6.2 电压比较器
比较器是将一个模拟电压信号与一个基准 电压相比较的电路。其输出表示比较结果， 只有两种可能的状态：高电平或低电平。
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3．振荡频率的估算 振荡频率由相位平衡条件所决定
令
A F 2n
根据该式即可求得满足该条件的频率fo， 此fo即为振荡频率
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6.1.2 RC正弦波振荡电路
1、文氏电桥（RC串并联）振荡器 1）RC串并联网络的选频特性
Z1 R1 (1 / jC1 )
R2 Z 2 R2 //(1 / jC 2 ） 1 jR2C 2
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优点：结构简单。
缺点： 选频作用较差； 频率调节不方便； 输出波形较差。
一般用于振荡频率固定且稳定性要求不高的场合。
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RC正弦波振荡器的振荡频率取决于R、C 的数值。 1
1 fo 2RC
fo 2 6 RC
若提高振荡频率fo ，必须选择较小的R和C值。 例如，桥式振荡器。 选R=1kΩ，C=200pF，则 fo=796Hz R基本放大电路的负载加重； fo C受到管子结电容和分布电容的限制。 结论： RC正弦波振荡器只能用作低频振荡器。 振荡频率的范围：1Hz ~1MHz 当振荡频率高于1MHz时，采用LC正弦波振荡器。
若 U f U d ，则环路输出可得到持续稳定的正弦波。
4
由 Uf Ud
得
Uf Uo Uf 1 U Ud Ud o
AF 1
——正弦波振荡电路产生振荡的条件
幅度平衡条件： AF AF 1
相位平衡条件： A F 2n (n 0,1,2,) 注意：负反馈放大器的自激条件为
1 F 由选频网络可知，谐振时： 3 由幅度起振条件： AF 1 A 3
或 R3 2R4
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3）稳幅环节 为了改善振荡波形，一 般采用外稳幅电路。
R4采用正温度系数的热 敏电阻，可起稳幅作用
R3 Uo IR4 PR4 TR4 R4 A 1 R 4
3）稳幅 当幅度足够大后，再继续增幅，将出现 非线性失真，则需振荡器幅度变化。故在振荡电路 中要有稳幅环节，一般由非线性电阻构成。
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4）电路组成
放大电路、正反馈网络、 选频网络、稳幅电路
4、正弦波振荡电路的分类 按组成选频网络的元件不同，正弦波振荡电路 主要有： RC正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路 石英晶体正弦波振荡电路
1
波形的产生与变换
正弦波振荡电路 电压比较器 非正弦波振荡电路 集成函数发生器ICL8038
2
6.1 正弦波振荡电路



正弦波振荡电路的工作原理 RC正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路 石英晶体振荡器
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6.1.1 正弦波振荡电路的工作原理
在振荡电路中，是利用正反馈产生自激振荡。 但正反馈的引入只是为振荡提供了必要条件，而 非充分条件。 1、正弦波振荡电路产生振荡的条件
反馈元件
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2）起振条件和振荡频率 电路在LC并联回路谐振时，满足相位平衡 条件。 振荡频率即为谐振频率： f o
1 2 LC
2 L 1 C 1C 2 C1 C 2
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幅度起振条件： C1和C2上的压降于电容量成反比分配。只 要适当选择C1/C2的比值，就可实现起振。 通常选C2/C1≥1有利于起振。 3）电路特点 a.由于反馈电压取自C1， C1对高次谐波阻抗很小，因而 反馈电压中的谐波分量很小， 输出波形较好。 b. 因电容C1、C2的容量可 选择较小，故工作频率较高， 一般可达100MHz以上。 c. 改变C1和C2可调节振荡频率，但会影响起振条 件。在L两端并可调电容可小范围调频。