模拟电子技术基本教程 第9章(14)波形的发生与变换电路

相当于电容三点式振荡电路
振荡频率f0
C1

C2
C1C2 令C C0 C1 C2
' 0
1 C f0 1 ' C0 2π LC
故 f0 f S f P
由于 C C
' 0
串联型石英晶体振荡电路
+Vcc
共基极放大电路
＋
＋
对于f = fs ，晶体相当于电阻
+ ui -
＋ ＋ Rf
●滞回比较器 ●RC充放电电路
工作原理
先看VP：
R2 V1 R1 R2 R2 当 v0 VZ 时 VP VZ V2 R1 R2
当 v0 VZ 时 VP VZ
(1)电源刚接通时, 设vc=0, 这时，Vp=V1
v0=+vz：
v1 v2 v0
vc t
电容C充电， vc 开始升高； (2)当vc≥V1时，vo=-VZ，Vp=V2 电容C放电， vc 开始下降。 (3)当vc≤V2时，vo=+VZ 这时又，Vp=V1，电容C充电
AF = a+ f= 2n
n = 0,1,2．．．
相位平衡条件
讨论：
1） 相位条件意味着振荡电路在频率f0下必须是正反馈； 正弦波振荡电路只在一个频率(f0)下满足相位平衡条件。 所以正弦波振荡电路必须有一个选频网络。
选频网络由 选频网络可设在 A 中或 F 中。


RC元件或 LC元件组成。
j C

R j L
Z
1 j C
//( R j L)
谐振时：
1 谐振频率： f 0 2π LC
品质因数
并联谐振时总电流与电感支路电流或电容支路电流之比。
Q I L /I I C / I 0 L / R 1/ 0CR
谐振曲线 Z
Q 小
Q 大
f
90º Q 减小
2. 选频放大电路：
Z AV rbe
对于频率为谐振频率 的信号，Z最大，所以放 大倍数最大
所以具有选频放大的功能

3、变压器反馈式LC正弦波振荡电路
(1) 相位平衡条件的满足 (2) 幅值平衡条件的满足 通 过 选 择 高 值 的 BJT 和 调整变压器的匝数比，可以满 F 1 ，电路可以起振。 足 A
幅频特性
Q值越大，曲线较陡较窄。
0

90º
0

相频特性
并联谐振电路的谐振阻抗
L Q Z0 Q 0 L RC 0C
谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。 输入电流 IS 和 IL 或 IC 的关系
V0 0C IS V0 Z0 Q
IC 0CV0 QI S
通常Q>>1，所以 IC≈IL >>IS
对于f = fs的信号正反馈作用最强
故 f0 f S
串联型石英晶体振荡电路
石英晶体工作在fs处，呈电阻性，且阻抗最小，正反 馈最强。该电路为电感三点式振荡器。 加入石英晶体是利用石英晶体的高Q值，提高振荡频 率的稳定性。
9.2 非正弦波发生电路
9.2.1 矩形波发生电路 1. 方波发生电路 电路的组成：

uf
隔直

uf
反馈被短路

-
uf
9.1.4 石英晶体正弦波振荡电路 正弦波振荡电路振荡频率的稳定
LC振荡器的振荡频率的稳定与L、C、R参数有关,
也与品质因数Q有关， Q越大振荡频率越稳定。
1、石英晶体
① 特性：
交变电压 极板间加电场 极板间加机械力 晶体机械变形
晶体产生电场
交变电场
机械振动
RC串并联网络与Rf、R1负反馈支路正好构成一个桥 路，称为桥式。
1、RC串并联网络的频率特性
Z1 R (1/ j C)
Z 2 R //(1 / j C) R 1 j RC V Z2 f FV V Z Z
o 1
2
R R（ / 1 j RC） R (1 / j C ) R / 1 j RC R 1 / j C 1 j RC R
1 1 3 j RC RC
令ω0=1/RC
F V
1 0 3 j 0
反馈系数
F V
1 0 0 RC 3 j 0
1
1 或 f0 2 RC
等效电路
电抗-频率响应特性
1.当R、L、C支路发生串联谐振时，串联谐振频率为：
1 fS 2 LC
2.当R、L、C支路与C0发生并联谐振时，并联谐振频率为：
1 C C fP 1 fS 1 fS C0 C0 2π LC
2. 石英晶体振荡电路
并联型石英晶体振荡电路
UCC
对于f = fp ，晶体相当于电感
++ +
(3) 稳幅 BJT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。 (4) 选频 虽然波形出现了失真，但由于 LC谐振电路的Q 值很高，选 优点：易于产生振荡，输出波形失真不大。 缺点： 耦合 频特性好，所以仍能选出 0的正弦波信号。 不紧密，损耗较大，振荡频率的稳定性不高。 (5) 振荡频率
改变R、C可改变振荡频率 RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。
4. 稳幅措施
起振时 稳幅
RF Au 1 3 R1
降低放大器放大倍数A
RF 使 Au = 1 + =3 R1
可把R1用热敏电阻来实现，R1是正温度系数热敏电阻，当 输出电压升高，R1上所加的电压升高，即温度升高，R1的阻值 增加，Au下降。
+
_
-
靠同名 端实现 正反馈
1 f0 2π LC
4. 电感三点式振荡电路 电路构成：
放大电路 +UCC
RB1 RC
C1 RB2 RE
Uo
选频电路
CE
Uf
L1
L2
C
反馈网络
选频电路： L1、 L2、 C产生谐振
反馈电压取自L2
电感三点式振荡电路分析 相位条件的满足： 正反馈 +UCC
幅值条件的满足：
2、正弦波振荡电路的组成及各部分的作用 （1）放大电路—— 电路具有放大功能,保证幅值条件 （2）反馈网络—— 形成正反馈，以满足相位平衡条件 （3）选频网络—— 以产生单一频率的正弦波(RC、LC)
（4）稳幅电路—— 以保证输出端得到不失真的正弦波， 使振荡稳定 3、正弦波振荡电路的分类 根据选频网络所用元件来命名 LC正弦波振荡电路:输出功率大、频率高。 RC正弦波振荡电路:输出功率小、频率低。 石英晶体正弦波振荡电路：频率稳定度高。
第 9章
波形的发生和变换电路
信号发生器：
放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和 幅值的交流信号（又称振荡器）。
输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。
振荡波形：
信号发生器从波形上分为正弦波振荡器和非正弦波振荡 器（方波、锯齿波、三角波等）。
9.1 正弦波振荡电路
应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、 超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。
9.1.1 概述
1、产生正弦波振荡的条件
X XX
a i



f
当X 0
i

X X 时
a f


仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。
X X



f

X X


0

X X


f
1
幅度平衡条件
F 1 A
振荡条件
a
a
0
A F A F 1
a f
F A F 1 A
也可把Rf 用热敏电阻来实现，Rf 是负温度系数热敏电阻， 当输出电压升高，Rf 上所加的电压升高，即温度升高，Rf的 阻值减小， Au下降。
5.振荡频率的调整
R3 R2 R1
RF – + C R
振荡频率
1 fo 2π RC
S C
R3 R2 R1
+ uO – 改变开关K的位置可改变选频 网络的电阻，实现频率粗调； 改变电容C 的大小可实现频率 的细调。
当 f = f0 时 反馈系数 FVmax=1/3。 相角
f = 0 。
改变RC可调节谐振频率
RC串并联网络的频率特性曲线
2.振荡的建立与稳定 起振条件AuF > 1 ，因为 | F |=1/ 3，则
RF Au 1 3 R1
稳定振荡条件AuF = 1 ，| F |= 1/ 3，则
可满足相位条件 共射放大器：A 180
不满足相位条件 共基放大器： A 0
三级移相电路： 当 f 从 0 →∞时： f 从 270 0
9.7题

uf

共基放大器： A 0
电感三点式
电容三点式
9.8题

共基放大器：

-
uf
隔直
-
uf
B
设输入加入 U be U be
U be
UO
IC IL 2
UF
UO
IC IL 2
UF
U be
UO
UF
IC IL 2
UF 与 Ub e 同相 正反馈
UL 1与UL 2 反相
5. 电容三点式振荡电路
与前面分析相同，C1和C2的电压反相