模拟电子技术基础第九讲正弦波信号产生电路
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模拟电子技术课件第九章 信号产生电路[可修改版ppt]
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f f0 2π1RC
F
Vf Vo
1 3
F=0
为满足振荡的幅度条件 AF 1，所以
Af≥3。加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。
Af
1 R3 R4
3
(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，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?
有关同名端的极性请参阅下图。
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
f0
2π
1 LC
同名端的极性
电感三点式LC振荡电路
Z1 Z 2 R1 (1/ jC1) + [R2 /(1 jR2C2)]
R2
[R1 (1/ jC1)](1 jR2C2) R2
R2
R1 (1/ jC1) + jR1R2C2 R2C2 / C1 R2
1
(1
R
1
C 2)
j(R
C
-
1
)
RC
1 2 R C
21
21
F
1
(1
R
1
C 2)
§ 9.3 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。
LC并联谐振电路的频率响应 变压器反馈LC振荡电路
电感三点式LC振荡电路
电容三点式LC振荡电路
正弦波发生电路
1、自激振荡器是由放大器A和反馈网络F组成的闭合环路，其 能形成自激振荡须满足：
称 为自激振荡条件。
由于A,F为复数形式，故自激振荡条件又可以表示为：
及 n=0,1,2… Z为整数
①由于场效应管的gm>0，以及电阻
因此式（9）中须有 。即X1和X3必须是同类电抗。
而为满足（8）式，可知X2必须为和X1、X3的相反类电抗。例如X1、X3为电感时X2必须为电容。
②通常分析时，由式（8）解得三点式振荡器的振荡频率，由式（9）求得电路的起振条件。
4、电容三点式振荡器
④当ω>ωp时，X(ω)<0
石英晶体呈容性阻抗
从上述阻抗特性说明：
图13
①当ω=ωs时，石英晶体阻抗为零（忽略R时，若计及R的影响，则为很小的电阻值）。
②当ωs<ω<ωp时，石英晶体相当于一个高Q值电感。
利用上述的两个特性，可以组成两类石英晶体正弦振荡器。
2、石英晶体振荡器
①利用Z(jω)呈高Q值电感特性，替代LC三点式振荡器中的电感，组成振荡频率为石英晶体并联谐振频率ωp的正弦振荡器。如图14（a）和（b）。
1、由闭合环路组成的自激振荡器，其振荡产生的起始信号来自于电路中的各种起伏和外来扰动，例如电路接通电源瞬间的电冲击、电子器件的噪声电压等等，这些电信号中含丰富的频率成分，经选频网络
选出某频率的信号输送至放大器A放大后，经F网络反馈后再放大，……，反复循环直至电路的输出Xo由小至大。最后建立和形成稳定的波形输出。
图7
图8
2、将场效应管的低频等效电路替代图7得图8等效电路，并分析得出：
及
由式（5）或式（7）的自激振荡条件：T=AF=1 有 ：
称 为自激振荡条件。
由于A,F为复数形式，故自激振荡条件又可以表示为：
及 n=0,1,2… Z为整数
①由于场效应管的gm>0，以及电阻
因此式（9）中须有 。即X1和X3必须是同类电抗。
而为满足（8）式，可知X2必须为和X1、X3的相反类电抗。例如X1、X3为电感时X2必须为电容。
②通常分析时，由式（8）解得三点式振荡器的振荡频率，由式（9）求得电路的起振条件。
4、电容三点式振荡器
④当ω>ωp时，X(ω)<0
石英晶体呈容性阻抗
从上述阻抗特性说明：
图13
①当ω=ωs时，石英晶体阻抗为零（忽略R时，若计及R的影响，则为很小的电阻值）。
②当ωs<ω<ωp时，石英晶体相当于一个高Q值电感。
利用上述的两个特性，可以组成两类石英晶体正弦振荡器。
2、石英晶体振荡器
①利用Z(jω)呈高Q值电感特性，替代LC三点式振荡器中的电感，组成振荡频率为石英晶体并联谐振频率ωp的正弦振荡器。如图14（a）和（b）。
1、由闭合环路组成的自激振荡器，其振荡产生的起始信号来自于电路中的各种起伏和外来扰动，例如电路接通电源瞬间的电冲击、电子器件的噪声电压等等，这些电信号中含丰富的频率成分，经选频网络
选出某频率的信号输送至放大器A放大后，经F网络反馈后再放大，……，反复循环直至电路的输出Xo由小至大。最后建立和形成稳定的波形输出。
图7
图8
2、将场效应管的低频等效电路替代图7得图8等效电路，并分析得出：
及
由式（5）或式（7）的自激振荡条件：T=AF=1 有 ：
正弦信号产生电路
vIvP时v， OVOL (低电 ) 平
vIvP时v， OVOH (高电 ) 平
而vp与v0有关，对应于v0的两个电压值可得vp的 两个门限电压(上门限电压和下门限电压) 。
7
9.8 非正弦信号产生电路
9.8.1 比较器
2. 迟滞比较器(施密特触发器)
(1) 电路组成
vI
vN
–
vO
特点：正反馈
VREF
VREF
R2
vP
A +
(2) 门限电压
=1V 100
R1
vPR1R 1R2VREFR1R 2R2vO
10k
下门限电压VT-： v0=VOL时的门限电压。
VT
R1VREF R1R2
R1R 2R2VOL
9
9.8 非正弦信号产生电路
9.8.1 比较器
2. 迟滞比较器(施密特触发器)
(1) 电路组成
vI
vN
vI
VOL =-5V时：
VREF =1V
vN
R2 vP 100
–
A +
R1
vO
VT
R1VREF R2VOH R1R2 R1R2
＝1.04V
10k
VT
R1VREF R2VOL R1R2 R1R2
＝0.94V
V TV TV TR 2(V R O 1H R V 2O)L＝0.1V
11
9.8 非正弦信号产生电路
9.8.1 比较器
2. 迟滞比较器(施密特触发器)
(3) 传输特性
vI
vN
–
vO
当vI=0时： v0=VOH , vp=VT+
VREF
完整版)模拟电子技术基础-知识点总结
完整版)模拟电子技术基础-知识点总结共发射极、共基极、共集电极。
2.三极管的工作原理---基极输入信号控制发射结电流，从而控制集电极电流，实现信号放大。
3.三极管的放大倍数---共发射极放大倍数最大，共集电极放大倍数最小。
三.三极管的基本放大电路1.共发射极放大电路---具有电压放大和电流放大的作用。
2.共集电极放大电路---具有电压跟随和电流跟随的作用。
3.共基极放大电路---具有电压放大的作用，输入电阻较低。
4.三极管的偏置电路---通过对三极管的基极电压进行偏置，使其工作在放大区，保证放大电路的稳定性。
四.三极管的应用1.放大器---将弱信号放大为较强的信号。
2.开关---控制大电流的通断。
3.振荡器---产生高频信号。
4.稳压电源---利用三极管的负温度系数特性，实现稳定的输出电压。
模拟电子技术复资料总结第一章半导体二极管一.半导体的基础知识1.半导体是介于导体和绝缘体之间的物质，如硅Si、锗Ge。
2.半导体具有光敏、热敏和掺杂特性。
3.本征半导体是纯净的具有单晶体结构的半导体。
4.载流子是带有正、负电荷的可移动的空穴和电子，是半导体中的两种主要载流体。
5.杂质半导体是在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。
根据掺杂元素的不同，可分为P型半导体和N型半导体。
6.杂质半导体的特性包括载流子的浓度、体电阻和转型等。
7.PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结，具有单向导电性和接触电位差等特性。
8.PN结的伏安特性是指在不同电压下，PN结的电流和电压之间的关系。
二.半导体二极管半导体二极管是由PN结组成的单向导电器件。
1.半导体二极管具有单向导电性，即只有在正向电压作用下才能导通，反向电压下截止。
2.半导体二极管的伏安特性与PN结的伏安特性相似，具有正向导通压降和死区电压等特性。
3.分析半导体二极管的方法包括图解分析法和等效电路法等。
三.稳压二极管及其稳压电路稳压二极管是一种特殊的二极管，其正常工作状态是处于PN结的反向击穿区，具有稳压的作用。
9 正弦波信号产生电路
1. 电路结构 2. 相位平衡条件 3. 幅值平衡条件 通过选择高值的BJT和
（定性分析）
调整变压器的匝数比，可以 满足 AF 1 ，电路可以起振。 4. 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。
5. 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 频特性好，所以仍能选出0的正弦波信号。
所以振荡条件为
A( ) F ( ) 1
振幅平衡条件
a ( ) f ( ) 2n
相位平衡条件
5
2. 起振和稳幅
起振条件
A( ) F ( ) 1
a ( ) f ( ) 2n
# 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的 信号源来自何处？ 噪声中，满足相位平衡条件的某一频率 0 的信号被放大， 成为振荡电路的输出信号。 当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增 加，否则波形将出现失真。 稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时， 使振幅平衡条件从 AF 1 回到 AF 1 。
6
3. 基本结论
正弦波持续振荡的两个条件是：
①振幅平衡条件（幅值条件） AF=1
②相位平衡条件
①放大电路 ②正反馈
a ( ) f ( ) 2n
从电路结构上来看，一个振荡电路必须满足三个条件：
③选频网络（只对某一固定频率发生振荡）
欲使振荡电路自行建立振荡，则必需满足
AF 1
AV 1 Rp3 R3 RDS 3
稳幅原理
Vo
VGS (负值)
RDS
AV
AV 3
AV FV 1 稳幅
14
（3）采用非线性元件二极管
（定性分析）
调整变压器的匝数比，可以 满足 AF 1 ，电路可以起振。 4. 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。
5. 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 频特性好，所以仍能选出0的正弦波信号。
所以振荡条件为
A( ) F ( ) 1
振幅平衡条件
a ( ) f ( ) 2n
相位平衡条件
5
2. 起振和稳幅
起振条件
A( ) F ( ) 1
a ( ) f ( ) 2n
# 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的 信号源来自何处？ 噪声中，满足相位平衡条件的某一频率 0 的信号被放大， 成为振荡电路的输出信号。 当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增 加，否则波形将出现失真。 稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时， 使振幅平衡条件从 AF 1 回到 AF 1 。
6
3. 基本结论
正弦波持续振荡的两个条件是：
①振幅平衡条件（幅值条件） AF=1
②相位平衡条件
①放大电路 ②正反馈
a ( ) f ( ) 2n
从电路结构上来看，一个振荡电路必须满足三个条件：
③选频网络（只对某一固定频率发生振荡）
欲使振荡电路自行建立振荡，则必需满足
AF 1
AV 1 Rp3 R3 RDS 3
稳幅原理
Vo
VGS (负值)
RDS
AV
AV 3
AV FV 1 稳幅
14
（3）采用非线性元件二极管
《模拟电子技术》课件第9章 信号发生电路
电路可以输出频率为
f0
AV
FV 3 1
2πRC
1 1
3
的正弦波
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波
4. 稳幅措施
采用非线性元件 热敏元件
起振时，
AV
1
Rf R1
3
即 AV FV 1
热敏电阻的作用
热敏电阻
Vo
Io
Rf 功耗
Rf 温度
Rf 阻值
AV
AV 3
四、 三端式LC振荡电路 2. 电容三点式振荡电路
T
Rc
C1
Rb2 Rb1
L
+ +
C2
–
– +–
+
A β RC
rb e
F Vf C1
Vo
C2
令 A F C1 β RC 1
C 2 rbe
起振条件为 β C 2 rbe
C1 RC
谐振频率
f0
2π
1 LC
C C1C2 C1 C2
四、 三端式LC振荡电路 3. 电感三点式振荡电路
§9.2 RC正弦波振荡电路
一、RC串并联网络振荡电路 1. 电路组成
RC桥式振荡电路
i2
R2
R1
i1
vN -
vI
vP
A +
vO
反馈网络兼做选频 网络
AV
1
Rf R1
2. RC串并联选频网络的选频特性
1
1
Z R jω C
Z2 R// jωC
FV
V f V1
Z2 Z1 Z2
jωCR (1 ω2 R2C 2 ) 3 jωCR
(完整版)模拟电子技术基础_知识点总结
模拟电子技术复习资料总结第一章半导体二极管一.半导体的基础知识1.半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。
2.特性---光敏、热敏和掺杂特性。
3.本征半导体----纯净的具有单晶体结构的半导体。
4. 两种载流子----带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。
5.杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。
体现的是半导体的掺杂特性。
*P型半导体:在本征半导体中掺入微量的三价元素（多子是空穴，少子是电子）。
*N型半导体: 在本征半导体中掺入微量的五价元素（多子是电子，少子是空穴）。
6. 杂质半导体的特性*载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度，少子浓度与温度有关。
*体电阻---通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
*转型---通过改变掺杂浓度，一种杂质半导体可以改型为另外一种杂质半导体。
7. PN结* PN结的接触电位差---硅材料约为0.6~0.8V，锗材料约为0.2~0.3V。
* PN结的单向导电性---正偏导通，反偏截止。
8. PN结的伏安特性二. 半导体二极管*单向导电性------正向导通，反向截止。
*二极管伏安特性----同ＰＮ结。
*正向导通压降------硅管0.6~0.7V，锗管0.2~0.3V。
*死区电压------硅管0.5V，锗管0.1V。
3.分析方法------将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:若 V阳 >V阴( 正偏 )，二极管导通(短路);若 V阳 <V阴( 反偏 )，二极管截止(开路)。
1）图解分析法该式与伏安特性曲线的交点叫静态工作点Q。
2) 等效电路法➢直流等效电路法*总的解题手段----将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:若 V阳 >V阴( 正偏 )，二极管导通(短路);若 V阳 <V阴( 反偏 )，二极管截止(开路)。
*三种模型➢微变等效电路法三. 稳压二极管及其稳压电路*稳压二极管的特性---正常工作时处在PN结的反向击穿区，所以稳压二极管在电路中要反向连接。
正弦波信号源电路工作原理
正弦波信号源电路工作原理
嘿，朋友们！今天咱们要来好好聊聊正弦波信号源电路的工作原理，这可真是个超级有趣的玩意儿啊！
你想想看，正弦波就像是音乐中的旋律一样，优美而有规律。
那正弦波信号源电路呢，就像是一位神奇的魔法师，能变出这美妙的正弦波来！
比如说，我们家里的电器，像电视、音响之类的，它们里面可都离不开正弦波信号源电路呢！它就像一个默默工作的小英雄，虽然我们平时可能不太注意它，但没有它可不行啊！
正弦波信号源电路是怎么工作的呢？这就好像是一场精彩的表演！首先呢，有电源给它提供能量，这就好比是演员有了充足的体力。
然后呢，通过一系列的电子元件，就像演员们默契的配合一样，最终产生出了那漂亮的正弦波。
哎呀，你说这巧不巧！就像我们搭积木，一块一块地堆起来，就变成了一个漂亮的造型。
正弦波信号源电路不也是这样嘛，各种元件组合在一起，就产生了神奇的效果！
“嘿，小李，你知道正弦波信号源电路吗？”“当然知道啦！这可是个很重要的东西呢！”我们平时和朋友们聊天的时候，也会谈论到它呀。
而且啊，这正弦波信号源电路还特别稳定可靠呢，就跟我们的好朋友一样，一直陪伴着我们的电器设备稳定运行。
总之呢，正弦波信号源电路的工作原理真的是太有意思啦！它在我们的生活中扮演着不可或缺的角色，没有它，好多东西都没法正常工作啦！所以啊，我们真的应该好好感谢这位小小的“幕后英雄”啊！。
第9章 正弦波信号产生电路
模拟电子技术基础
4. 电容反馈式（电容三点式）电路
f0
1 2 π L C1C2 (C1 C2 )
Ui
Uf
特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。
模拟电子技术基础
四、石英晶体正弦波振荡电路
SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。 压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系 固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。
RC 移相式电路
1) RC 移相电路有几级才 可能产生正弦波振荡？ 2) 若R 和C 互换呢？
模拟电子技术基础
三、LC 正弦波振荡电路 1. LC并联网络的选频特性
理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且 阻抗无穷大。 1 谐振频率为 f 0 2 π LC 在损耗较小时，品质因数及谐振频率
1 L 1 Q ，f 0 R C 2 π LC
o
R∥ R 1 j C
1 j C 1 j C
＋R ∥
F
1 1 3 j( RC ) RC
1 1 令f 0 ，则 F f f 2π RC 3 j( 0 ) f0 f
当 f=f0时，不但φ=0，且 F 最大，为1/3。
模拟电子技术基础
2. RC 桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器） 用同相比例运算电路作放大电路。
2. 起振与稳幅
电路如何从起振到稳幅？
AF 1
Xo
Xo
F
A
A
F
稳定的 振幅
非线性环节 的必要性！
A
o
Xf (Xi)
F
模拟电子技术基础
自激振荡电路的起振过程
AF >1
4. 电容反馈式（电容三点式）电路
f0
1 2 π L C1C2 (C1 C2 )
Ui
Uf
特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。
模拟电子技术基础
四、石英晶体正弦波振荡电路
SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。 压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系 固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。
RC 移相式电路
1) RC 移相电路有几级才 可能产生正弦波振荡？ 2) 若R 和C 互换呢？
模拟电子技术基础
三、LC 正弦波振荡电路 1. LC并联网络的选频特性
理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且 阻抗无穷大。 1 谐振频率为 f 0 2 π LC 在损耗较小时，品质因数及谐振频率
1 L 1 Q ，f 0 R C 2 π LC
o
R∥ R 1 j C
1 j C 1 j C
＋R ∥
F
1 1 3 j( RC ) RC
1 1 令f 0 ，则 F f f 2π RC 3 j( 0 ) f0 f
当 f=f0时，不但φ=0，且 F 最大，为1/3。
模拟电子技术基础
2. RC 桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器） 用同相比例运算电路作放大电路。
2. 起振与稳幅
电路如何从起振到稳幅？
AF 1
Xo
Xo
F
A
A
F
稳定的 振幅
非线性环节 的必要性！
A
o
Xf (Xi)
F
模拟电子技术基础
自激振荡电路的起振过程
AF >1
模电课件第九章 正弦波信号产生电路
1. 振荡条件
正反馈放大电 路如图示。 路如图示。（注意 与负反馈方框图的 差别） 差别）
& & & Xa = Xi + Xf
& & 若环路增益 AF = 1
& & & & 则 X a = X f ， 去掉 X i ， X o 仍有稳定的输出
& & & & 又 AF = AF ∠ϕ a + ϕ f = AF ∠ϕ a + ϕ f
等效损耗电阻 9.3.1 LC并联谐振回路选频特性 并联谐振回路选频特性 1. 等效阻抗
1 ( R + jωL) jωC Z= 1 + R + NhomakorabeaωL jωC
一般有 R << ωL 则
Z= L C 1 R + j(ωL − ) ωC
当 ω = ω0 = 谐振时
1 LC
电路谐振。 时， 电路谐振。 ω 0 =
ϕ a (ω ) + ϕ f (ω ) = 2nπ
# 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振， 信号源来自何处？ 信号源来自何处？ 电路器件内部噪声 噪声中， 噪声中 ， 满足相位平衡条件的某一频率 ω0 的噪声信号被 放大，成为振荡电路的输出信号。 放大，成为振荡电路的输出信号。 当输出信号幅值增加到一定程度时， 当输出信号幅值增加到一定程度时 ， 就要限制它继续增 否则波形将出现失真。 加，否则波形将出现失真。 稳幅的作用就是， 当输出信号幅值增加到一定程度时， 稳幅的作用就是 ， 当输出信号幅值增加到一定程度时 ， 使振幅平衡条件从 AF > 1 回到 AF = 1 。
第09章信号产生电路27页-
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。
（2）RC串并联选频网络的选频特性
Z1R(1/jC )
Z2R//1/(jC )
R
1 j RC
FV VV of
Z2 Z1 Z2
R(1/jR （ /C 1) jR /R 1） C jRC R1jCR 1jRC R
1
3 jRC1RC
令ω0=1/RC
FV
3
1
j
0
0
反馈系数
FV
3
1
j
0
0
当C1 =C2、R1 =R2时: ω=ω0=1/RC 或 f = f0 =1/2πRC
FVmax=1/3 f 0
当 f=f0 时的反馈系 数 与频率f0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，
电容三点式LC振荡电路
（a）共基极组态
f f0
2
（b）共发射极组态
1 LC1 C2
C1 C2
例：试判断三点式振荡电路是否满足相位平 衡条件。
两个电路都满足相位平衡条件。
石英晶体振荡电路
石英晶体 石英晶体的品质因数很高
符号
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：fS
例 1 ：⑴.试分析D1、D2自动稳幅原理；
⑵.估算输出电压V0m；(VD=0.6V) ⑶.试画出若R2短路时，输出电压V0的波形； ⑷.试画出若R2开路时，输出电压V0的波形；
解：⑴.稳幅原理 当v0幅值很小时， D1、D2
接近开路，R’3=2.7K。
A V R 2 R 3 ' R 1 /R 1 3 .3
（2）RC串并联选频网络的选频特性
Z1R(1/jC )
Z2R//1/(jC )
R
1 j RC
FV VV of
Z2 Z1 Z2
R(1/jR （ /C 1) jR /R 1） C jRC R1jCR 1jRC R
1
3 jRC1RC
令ω0=1/RC
FV
3
1
j
0
0
反馈系数
FV
3
1
j
0
0
当C1 =C2、R1 =R2时: ω=ω0=1/RC 或 f = f0 =1/2πRC
FVmax=1/3 f 0
当 f=f0 时的反馈系 数 与频率f0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，
电容三点式LC振荡电路
（a）共基极组态
f f0
2
（b）共发射极组态
1 LC1 C2
C1 C2
例：试判断三点式振荡电路是否满足相位平 衡条件。
两个电路都满足相位平衡条件。
石英晶体振荡电路
石英晶体 石英晶体的品质因数很高
符号
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：fS
例 1 ：⑴.试分析D1、D2自动稳幅原理；
⑵.估算输出电压V0m；(VD=0.6V) ⑶.试画出若R2短路时，输出电压V0的波形； ⑷.试画出若R2开路时，输出电压V0的波形；
解：⑴.稳幅原理 当v0幅值很小时， D1、D2
接近开路，R’3=2.7K。
A V R 2 R 3 ' R 1 /R 1 3 .3
模拟电子技术基础第九讲 正弦波信号产生电路
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9.2 RC正弦波振荡器 正弦波振荡器
1. 电路原理图 2. RC串并联选频网络的选频特性 串并联选频网络的选频特性 3. 振荡的建立与稳定 4. 振荡频率与振荡波形 5. 稳幅措施
电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础 模拟电子技术基础 电子技术基础精品课程
RC
幅频响应有最大值 FVmax = 相频响应
ϕf = 0
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3. 振荡的建立与稳定
1 当 ω = ω0 = 时， RC
(+)
ϕ f = 0°
用瞬时极性法判断可知， 用瞬时极性法判断可知，
(+)
(+) (+)
Rf R1
•Z1、Z2、R1、Rf构成一个四臂电桥 、 、 、 构成一个四臂电桥
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2. RC串并联选频网络的选频特性 串并联选频网络的选频特性 Z1 = R + (1 / jωC ) R Z 2 = R //(1 / jωC ) = 1 + jωRC
&& 自激振荡条件 AF = −1
自激振荡幅值条件 | A(ω ) ⋅ F (ω ) |= 1 ϕa ( ω) + ϕf ( ω) = (2n +1) π 自激振荡相位条件 常据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断电路可否振荡。 常据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断电路可否振荡。
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9.2 RC正弦波振荡器 正弦波振荡器
1. 电路原理图 2. RC串并联选频网络的选频特性 串并联选频网络的选频特性 3. 振荡的建立与稳定 4. 振荡频率与振荡波形 5. 稳幅措施
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RC
幅频响应有最大值 FVmax = 相频响应
ϕf = 0
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3. 振荡的建立与稳定
1 当 ω = ω0 = 时， RC
(+)
ϕ f = 0°
用瞬时极性法判断可知， 用瞬时极性法判断可知，
(+)
(+) (+)
Rf R1
•Z1、Z2、R1、Rf构成一个四臂电桥 、 、 、 构成一个四臂电桥
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2. RC串并联选频网络的选频特性 串并联选频网络的选频特性 Z1 = R + (1 / jωC ) R Z 2 = R //(1 / jωC ) = 1 + jωRC
&& 自激振荡条件 AF = −1
自激振荡幅值条件 | A(ω ) ⋅ F (ω ) |= 1 ϕa ( ω) + ϕf ( ω) = (2n +1) π 自激振荡相位条件 常据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断电路可否振荡。 常据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断电路可否振荡。
模拟电子技术基础波形的产生与变换电路
解决方法：采用迟滞比较器。
运放开环工作。u 与u 相比较。 L：模拟机械振动的惯性，几十mH～几百mH
比较器的输入信号是连续变化的模拟量，而输出信号则是高、低电平。
RC选频网络，兼正反馈网络
i+
如果Vf的极性为-，即为负反馈，不满足相位平衡条件，电路就不能产生振荡。
当u ≤0时，u =+U ；当u ≥0 时，u =U ； 由于1/ωCo>>R，故近似认为石英晶体对于fs 呈纯阻性。
虚断：i＋＝i－＝0 u＋>u－时，uo＝Uom或uo＝UZ u＋<u－时，uo＝－Uom或uo＝－UZ
常用的比较器类型有：单门限比较器、迟滞(滞回) 比较器、窗口比较器等。
单门限比较器
L 体积 ， R（线圈损耗） 且分布电容C 。 将反馈信号送入放大器输入端。 电感反馈式（电感三点式）振荡电路
1、过零比较器 t2 t1=T/2
fo
2
1 LC
幅度起振条件：
只要选择合适的变压 器匝数比，都能满足 幅度起振条件。
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。
3、电路组成 正弦波振荡电路应具备下 述四个功能的部分组成：
4、正弦波振荡电路的分类
放大电路 正反馈网络 选频网络 稳幅电路
按组成选频网络的元件不同：
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
判断电路能否振荡一般要经过以下几步：
1)检查电路是否具有放大、反馈、选频网络三个组成部分。 2)检查放大器有无能稳定工作点的偏置电路，放大器能否正常 放大。 3)分析是否满足相位和振幅平衡条件。对于一般的振荡电路来 讲，可以认为振幅平衡条件是满足的。只需判断是否满足相位 平衡条件，即是否引入了正反馈。
【模拟电子技术课件】第9章 信号产生电路
当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加， 否则波形将出现失真，这叫稳幅。
稳幅的作用：就是当输出信号幅值增加到一定程度时，
使振幅平衡条件从 回A到F 1
AF 1 。
3. 振荡电路基本组成部分
放大电路（使信号由小变大） 反馈网络（构成正反馈的） 选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率，
2. 起振和稳幅
起振条件
A() F() 1
a ( ) f ( ) 2nπ 振荡电路是单口网络，无需输入信号就能起振，起振的信 号源来自何处？怎么会无中生有？
电路器件内部噪声以及电源接通扰动
噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的噪声信号被放
大，成为振荡电路的输出信号，这个过程叫起振。
－
＋
－ ＋＋ －
＋
满足
9.7.3 三点式LC振荡电路
1. 三点式LC并联电路
仍然由LC并联谐振电路构成选频网络 中间端的瞬时电位一定在首、尾端
电位之间。 三点的相位关系
⑴、若中间点交流接地， 则首端与尾端相位相反。
⑵、若首端或尾端交流接地， 则其他两端相位相同。
1. 电感三点式振荡电路分析
相位条件的判断：
的反馈量(可以通过调整放大倍数A 或反馈系数F 达到) 。
3、 起振及稳幅振荡的过程 ● 起始信号的产生：
电源接通时，在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号， 含有一系列频率不同的正弦分量。
● 起振过程中: 要求 |AF|>1， 可使输出电压的幅度不断增大。
● 稳定振荡时: 要求 |AF|=1 ， 使输出电压的幅度得以稳定。
基本放大电路是共射电路 反馈选频网络是电感三点式 利用瞬时极性法判断满足相位条件，可以振荡。
正弦信号产生电路
vI
VOL =-5V时：
VREF =1V
vN
R2 vP 100
–
A +
R1
vO
VT
R1VREF R2VOH R1R2 R1R2
＝1.04V
10k
VT
R1VREF R2VOL R1R2 R1R2
＝0.94V
V TV TV TR 2(V R O 1H R V 2O)L＝0.1V
11
9.8 非正弦信号产生电路
晶体 C
30
1)说明石英晶体的作用：在电路产生正弦波振荡时，石英晶体是 在串联还是并联谐振下工作；
因晶体和C串联，故晶体为串联谐振，晶体呈纯阻性；
2)电路中采用了什么稳幅措施，它是如何工作的；
Af
1 RP3 R3 RDS
晶体 C
v0
vGS
RDS
v0
Af
31
例3 如图，A1为理想运放，C2为比较器，D为理想二极管， Rb=51KΩ， Rc=5.1KΩ，β=50，VCES≈0，
1)当vI=1V时，v0=？；
2)当vI=3V时，v0=？；
3)当vI=5sinωt(V)时，试画出vI、v02和v0的波形。
6V
vI
+12V
- A2 3V +
3V2KΩ
v01 2KΩ
+12V
+ C2
v02 D
-12V
Rb
-12V
-12V
VREF=2V
v01=+VZ
vO
VZ
t
-VZ VT+
t
VT-
24
R2
R1
vI
vP1
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即振荡频率为
电子技术基础精 品课程——模拟
(+)
× (+)
(+) (-)
反馈
(+) (+)
(+)
(+) ×
反馈
满足相位平衡条件 电子技术基础精 品课程——模拟
满足相位平衡条件
9.3.3 LC三点式振荡电路
1. 三点式LC并联电路
仍然由LC并联谐振电路构成选频网络 中间端的瞬时电位一定在首、尾端
电位之间。 三点的相位关系 A. 若中间点交流接地，则首端与尾端
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例如文氏桥典型电路
+×+
+
T2
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例9-1：根据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断以下电路能否 振荡
Rb1
RC1
+
T1
+
× Re1
RC2 +Vcc
-
T2
C
R-
Ce Re2
RC
不满足相位平衡条件，不能振荡 电子技术基础精 品课程——模拟
作业
• P312 • • • •
模拟电子技术基础第九 讲正弦波信号产生电路
2020年7月18日星期六
9.1 正弦波振荡器的振荡条件
• 正弦波振荡电路
– 没有输入信号，依靠自激振荡产生正弦波输 出信号的电路
• 组成：
1. 放大电路 2. 正反馈网络 3. 选频网络 4. 稳幅环节
正反馈框图如图示 。（注意与负反馈方
框图的差别）
1 振荡条件
则，输出频率为
的正弦波。
RC正弦波电振子荡技术电基路础一精般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波
品课程——模拟
5. 稳幅措施
●采用非线性元件自动调 整反馈的强弱从而稳幅。
(1)热敏元件 起振时，
即 负温度系数热敏电阻的作用
热敏电阻
稳幅
思考？ 可否采用正温度系数的热敏电阻？应怎样连接？
电子技术基础精 品课程——模拟
•放大电路Av为电压串联负反 馈，具有Ri高，Ro低的特点
Av为同相比例运算电路
•Z1、Z2、R1、Rf构成一个四臂电桥
电子技术基础精 品课程——模拟
2. RC串并联选频网络的选频特性
反馈系数
又
且令
幅频响应
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则 相频响应
当
幅频响应有最大值
相频响应
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结构：
晶体机械变形
极板间加机械力
晶体产生电场
压电效应： 交变电压
机械振动 交变电压
机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高
当交变电电压子频技率术基=础固精有频率时，振幅最大 －－压电谐振
品课程——模拟
2. 石英晶体的基本特性与等效电路
等效电路
C0——静态电容(两极板之间 的电容，几PF~几十PF)
相位相反。 B. 若首端或尾端交流接地，则其他两
端相位相同。
电感三点式
适当选取L2/L1可起振
对高次谐波阻抗大，输 出谐波分量大，波形不 理想
适当选取C2/C1可起振 对高次谐波阻抗小，输 出波形好
电容三电点子式技术基础精 品课程——模拟
2. 电感三点式振荡电路
中间点交流接地，首 端与尾端相位相反
(2)串联晶体振荡电路－ －工作在串联谐振状态， 石英晶体作为一个正反馈 通路元件。(呈阻性)
串联型晶体振荡器
由晶体电抗特性可知，当 ƒ=ƒs时，晶体相当于一个“短路” 元件，串联型晶体振荡器正是 利用晶体这一特性构成的正弦 波振荡电路。
石英晶体接在T1、T2组成的两极放大器的正反馈网络中， 起到选频和正反馈作用。当电路调谐到石英晶体的串联谐振频 率ƒs时，石英晶体阻抗最小(相当于短路)，电路的正反馈最强， 且相移为零，满足振荡条件。而对其它频率的信号，晶体阻抗 很大，正反馈很弱，电路不能起振。可见这种电路的振荡频率ƒ0 是由石英晶体的串联谐振频率ƒs所决定的，即： ƒ0 = ƒs而不取 决于振荡回路。
9.2.1 9.2.2 9.2.4 9.2.5
9.3 LC正弦波振荡器
9.3.1 LC选频放大电路 9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路 9.3.3 三点式LC振荡电路
电子技术基础精 品课程——模拟
9.3 LC正弦波振荡器
9.3.1 LC选频放大电路
1. 并联谐振回路
一般有
则
等效损耗电
阻
当
时，电路谐振。
所以
2. 石英晶体的基本特性与等效电路 实际使用时外接一小电容Cs
则新的谐振频率(标称频率)为
由于
由此看出
调整
电子技术基础精 品课程——模拟
3. 石英晶体振荡电路
(1)并联晶体振荡电路－－工作在 并联谐振状态，晶振作为电容三 点式LC选频网络中的一个元件（ 代替L）。
电子技术基础精 品课程——模拟
品课程——模拟
9.4 石英晶体振荡电路
1. 频率稳定问题 频率稳定度一般由
来衡量
——频率偏移量。 ——振荡频率。 Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。
LC振荡电路 石英晶体振荡电路
Q =数百 Q =10000 500000
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2. 石英晶体的基本特性与等效电路
极板间加电场
品课程——模拟
×
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分别标出图中所示各电路中变压器的同名端，使 之满足正弦波振荡的相位条件。
+
-
+
+
×+
+
பைடு நூலகம்
×+ +
+ +× +
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+-
-
×+
分别判断图中所示各电路是否满足正弦波振 荡的相位条件，不满足的请改正
-
＋× +
×+
电容三点式
+ + +×
电子技术基础精
电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
振幅平衡条件 相位平衡条件
•是平衡条件，电路处于稳态振荡
•要使电路自行振荡，需满足起振条件
2 起振条件
思考？ 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振 的信号源来自何处？
电路的电磁波干扰
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3 起振与稳幅
起振
稳幅
• 频率成分丰富的随机噪声信号中恰好有ω0=2πf0，使起振条件得 以满足（选频网络），产生增幅振荡，自激
2. 相位平衡条件
3. 幅值平衡条件
通过选择高值/gm和R的BJT 、FET和调整变压器的匝数比， Cg
可以满足
,电路可以起振。
4. 稳幅 BJT/FET进入非线性区，波形
R
VDD
g
d
T
g
s
出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。 5. 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
频特性好，所以仍能选出ω0= 的正弦波信号。
振荡频率:
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3. 电容三点式振荡电路
谐振频率
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例9-2：根据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断以下电路能否振 荡?若能，写出振荡频率表达式
+
+
-
×
+
谐振频率
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+ + ×+
满足相位平衡条件
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(4)稳幅环节（电路易于起振并逐步稳幅振荡，使波形失 真小）
电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
9.2 RC正弦波振荡器
1. 电路原理图 2. RC串并联选频网络的选频特性 3. 振荡的建立与稳定 4. 振荡频率与振荡波形 5. 稳幅措施
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1. 电路原理图
•反馈网络兼做选频网络,为正 反馈。
L——机械振荡的惯性10~102mH C——晶片的弹性10-4~10-1PF R——晶片振动时因摩擦而造成 的损耗 102Ω
特性:2个谐振频率 A. 串联谐振
R、L、C支路串联谐振
晶体等效阻抗为纯阻性
B. 并联谐振 当f高于fs，R、L、C支路呈感性，与Co并联谐振
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通常
若环路增益 则
去掉
仍有稳定的输出
又 所以振荡条件为
振幅平衡条件 相位平衡条件
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更关键
1 振荡条件
振荡条件
振幅平衡条件 相位平衡条件
思考？ 与自激振荡条件有何异同？
自激振荡条件 自激振荡幅值条件
ja (w) + jf (w) = (2n +1)p 自激振荡相位条件
常据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断电路可否振荡。
为谐振频率
谐振时阻抗最大，且为纯阻性，容抗等于感抗，
其中
同时有电子技术基础精
品课程——模拟
为品质因数(几十～几百) 即
Z0为谐 振阻抗
相对失谐量 w偏离w0的程度
当Z仅局限于w0附近时， 近似有w=w0, w-w0=w
感性
容性
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9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路 1. 电路结构
• 在幅值不断增大的输出信号发生失真之前，要采取措施加以限 制（限幅、稳幅），增幅振荡→等幅振荡
→
4 正弦波振荡电路的基本组成