正弦波振荡电路与非正弦波振荡电路

一、LC并联谐振电路的频率响应 二、变压器反馈LC振荡器 三、电感三点式LC振荡器
一、LC并联谐振电路的频率响应 LC并联谐振电路如图11.05（a）所示。显
& V 然输出电压是频率的函数：&o (ω ) = f [Vi (ω )] 输入信号频率过高，电容的旁路作用加强， 输出减小；反之频率太低，电感将短路输出。 并联谐振曲线如图11.05（b）所示。
一、固定幅度比较器
(1) 过零比较器和电压幅度比较器
过零电 压比较器是 典型的幅度 比较电路， 它的电路图 和传输特性 曲线如图 14.01所示。
(a) (b) (a)电路图 (b)传输特性曲线 图14.01 过零电压比较器
将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到 一个电压值VREF 上 , 就得到电压幅度比较器，它的 电路图和传输特性曲线如图14.02所示。
R1VREF R2 + VT = Vom + R1 + R2 R1 + R2
& F =
当 f=f0 时的反馈系数 率f0的大小无关。此时的相角 ϕF=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)。
1 ,且与频 3
图11.02(b) RC串并联网络的频率特性曲线
二、 RC文氏桥振荡电路
(1) RC文氏桥振荡电路的构成
（a）LC并联谐振电路 （b）并联谐振曲线 图11.05 LC并联谐振电路与并联谐振曲线
谐振时 谐振频率
1 =0 ω0L − ω 0C
1 f0 = 2π LC
图11.06 有损耗的谐振电路
考虑电感支路的损 耗，用R表示，如图11.06
所示。 谐振时电感支路电流或电容支路电流与总电流 之比，称为并联谐振电路的品质因数
(a) 稳幅电路 (b) 稳幅原理图 图11.04 反并联二极管的稳幅电路 当V 大时，二极管支路的交流电流较大，
出幅度小。 联二极管的等效平均电阻值。
3
3
D
D
9.1.3 LC正弦波振荡电路
LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡 电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、选频 网络和稳幅电路。这里的选频网络是由LC并联谐 振电路构成，正反馈网络因不同类型的LC正弦波 振荡电路而有所不同。
有关同名端的极性 请参阅图11.08。 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
1 f0 = 2π LC
图11.08 同名端的极性
三、电感三点式LC振荡器
图11.09 为电感三点式LC振荡电路。电感线圈L1和L2是 一个线圈，2点是中间抽头。如果设某个瞬间集电极电流减 小，线圈上的瞬时极性如图所示。反馈到发射极的极性对 地为正，图中三极管是共基极接法，所以使发射结的净输 入减小，集电极电流减小，符合正反馈的相位条件。 图11.10 为另一种电感三点式LC振荡电路。
采用反并联二极管的稳幅电路如图11.04所示。
o 二极管工作在A、B点，电路的增益较大， R" p + R 3 电路的电压增益为 o vf = 1 + RD较小，Avf较小，于是VA下降。由图(b)可看 R ' p + R4 引起增幅过程。当输出幅度大到一定程度，增 出二极管工作在C、D点所对应的等效电阻， 式中 R"p是电位器上半部的电阻值，R'p是 益下降，最后达到稳定幅度的目的。 小于工作在A、B点所对应的等效电阻，所以输 电位器下半部的电阻值。R' = R // R ，R 是并
变压器反馈LC振荡电路如图11.07所示。 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Ｌ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 图11.07变压器反馈LC振荡电路 幅度条件得以满足。
也可以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，从而达 到稳幅的目的。这在下面具体的振荡电路 中加以介绍。
9.1.2 RC正弦波振荡电路
一、 RC网络的频率响应 二、 RC文氏桥振荡器
一、 RC网络的频率响应
RC串并联网络的电路如图11.02(a) 所示。RC 串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表 示。其频率响应如下:
图11.15 石英晶体的电抗曲线
对于图11.15(a)的电路与电感三点式振 对于图11.14(b)的电路，满足正反馈的 荡电路相似。要使反馈信号能传递到发射 条件，为此，石英晶体必须呈电感性才能形 成LC并联谐振回路，产生振荡。由于石英晶 极，为此石英晶体应处于串联谐振点，此时 体的Q值很高，可达到几千以上，所示电路可 晶体的阻抗接近为零。 以获得很高的振荡频率稳定性。
波形产生与变换电路
9.1 正弦波振荡电路 9.2 非正弦波发生电路
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。
9.1.1 产生正弦波的条件 9.1.2 RC正弦波振荡电路 9.1.3 LC正弦波振荡电路
9.1.1 产生正弦波的条件
一、 正弦波发生电路的组成 二、 产生正弦波的条件 三、 起振条件和稳幅原理
一、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。
五、石英晶体LC振荡电路
利用石英晶体的高品质因数的特点，构 成LC振荡电路，如图11.14所示。
(a)串联型 f0 =fs （b）并联型 fs <f0<fp 图11.14 石英晶体振荡电路
石英晶体的 阻抗频率特性曲 线见图11.15, 它有一个串联谐 振频率fs,一个并 联谐振频率 fp， 二者十分接近。
Z 1 = R1 + (1 / jωC1 )
Z 2 = R2 //(1 / jωC2 ) R2 = 1 + jωR2C2
图11.02(a) RC串并联网络
& R2 /(1 + jωR2 C 2 ) & = Vf = Z 2 = F & Z 1 + Z 2 R1 + (1 / jωC1 ) + [ R2 /(1 + jωR2 C 2 )] Vo
图11.09 电感三点式LC振荡器（CB） 图11.10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 ,如图11.11所示。对于图11.09 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。
当R1 = R2，C1 = C2时，谐振角频率和谐振频率分别为:
1 ω0 = RC
1 f0 = 2π RC
幅频特性:
& F =
1 (1 + R1 C2 2 1 + )1
= 32 + (
1
ω ω0 2 − ) ω0 ω
相频特性:
ω ω 1 − 0 ω R1 C 2 − ω ω ωR2 C1 φ F = − arctg = − arctg 0 R1 C 2 3 1+ + R 2 C1
= = R2 [ R1 + (1 / jωC1 )](1 + jωR2 C 2 ) + R2
R2 R1 + (1 / jωC1 ) + jωR1 R2 C 2 + R2 C 2 / C1 + R2 = (1 + 1 R1 C 2 1 + ) + j(ωR1C 2 − ) ωR2 C1 R 2 C1
1 谐振频率为: f0= 2π R1 R2C1C2
为了获得单一频率的正弦波输出，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。正弦波发生电路的组成 放大电路 正反馈网络 选频网络 稳幅电路
二、 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。
(a) 负反馈放大电路
(b) 正反馈振荡电路
图11.01 振荡器的方框图
比较图11.01(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 & & X 'i = X Xi = 输入信号 0 ，所以 & f 。由于正、负号的改 振荡条件 && 变 AF = 1
RC文氏桥振荡电路如图11.03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。
图11.03 RC文氏桥振荡电路
当C1 =C2、R1 =R2时:
1 f = f0 = 2π RC & Vf 1 & F = = & Vo 3
图11.11 三点式振荡器
四、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，见图11.12。