信号产生电路

C 0.01μF
R
10kΩ
10kΩ
Au
随之下降至 Au 3 ， Uo
（2）由选频网络可求得振荡频率为
1 1 f0 Hz 1.59kHz 3 6 2 RC 2 10 10 0.0110
（3）R2影响输出电压的波形和幅度。为了保证起振，须满足
R2﹥2R1- R3,若R2过小，电路会停振；R2略大于2R1- R3，起 振后的输出振荡幅度较小，但输出波形比较好；若R2增大， 输出电压幅度跟着增大，失真也增大，当 R2﹥2R1时，将 ，
相频特性为：
0 f arctan 0 3
由此可作出 Fu 的幅频特性和相频特性的曲线图分别为
+90°
00
幅频特性为：
-90°
1 F 由图可见，当 时， u 3 ，即 0
1 U 2 U1 3
，f 0，
从图中可以看出，RC串联支路， RC并联支路，R1支路，RF支路，刚好 构成一个文氏电桥的四个臂，运算放 大器的输入端和输出端分别跨接在电 桥的对角线上，故把这种振荡电路称 为RC桥式振荡电路，也称之为文氏桥 式振荡电路，如图（b）所示。
热敏电阻
＋ U id －
（b）文氏电桥
.
＋
U od
.
（a）RC桥式正弦波振荡电路
2.振荡的平衡条件和起振条件 1）振荡的平衡条件
由以上的分析可知，振荡的平衡条件包括振幅平衡条件 和相位平衡条件： （1）振幅平衡条件（幅度平衡条件）
Au Fu 1
即在振荡闭环正反馈环中，环路总的传输系数应该等于1，使反馈 电压与输入电压大小相等。
（2）相位平衡条件
a f 2n (n 0,1, 2, )
+ + 1 Us Ui
– –
A u
RL
+ U o
–
号 Uo 。 U o 作为反馈网络的输入信号，在反
馈网络输出端产生一个反馈信号 U f 此时， 假设开关S拨向位置2，如果 U f U i 即大
+ U f
–
反馈网络
F u
小相等，极性相同，那么该电路就能维持
稳定的输出电压 U o ，因而实现了自激震荡
2 S
+ + 1 Us Ui
– –
放大器
A u
RL
+ U o
–
+ U f
–
反馈网络 F u
正弦波振荡电路的原理框图
综上所述，在正弦波振荡电路中，一是要反馈信号能够取代输入 信号，则电路中必须引入正反馈，即反馈振荡电路是一个将反馈信号 作为输入电压来维持一定输出电压的闭环正反馈系统（无需外加信号 激发就可以产生输出信号）。二是要有选频网络，用以确定振荡频率； 振荡环路内任一微弱的电扰动（如接通电源瞬间产生频率丰富的窄脉 冲，放大器内部的热噪声等）都可作为放大器的初始输入信号，经选 频网络，将选中的某一频率成分的信号在输出端得到输出，而其他频 率成分的信号得到抑制；这一频率成分的信号经放大后，在输出端经 反馈网络反馈到输入端，且信号比前一瞬时要大，再经过放大、反馈， 使回送到输入端的信号进一步增大，如此反复，终将使放大器进入非 线性区（稳幅环节），放大器增益下降，振荡电路输出幅度越大，增 益下降越多（大信号状态下放大电路增益下降），最后当反馈电压正 好等于原输入电压时，振荡幅度不再增大，从而进入平衡状态。
⑵ 按照选频网络所用元件可将正弦波振荡电路分为以下三 类
①RC正弦波振荡电路：振荡频率特别低，一般在1MHz以下； ②LC正弦波振荡电路：振荡频率多在1MHz以上； ③石英晶体正弦波振荡电路：可等效为LC正弦波振荡电路。其特点 是振荡频率特别稳定。
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） Au Fu 1
1 f0 = 2πRC
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
(2) 稳幅措施
起振时，
即
Fu =
热敏电阻
RF >3 R1
Au = 1 +
F A u u >1
1 3
•
∴ Au > 3
•
应使： RF R1 > 2
RF > 2 R1
RF 不能太大，否则 正弦波将变成方波
第七章 信号产生电路
在没有输入信号的情况下产生周期性振荡输出信号的 电子电路称为信号产生电路，简称为振荡电路或振荡器。 根据所产生的波形可以分为正弦波振荡器和非正弦波 （矩形脉冲、三角波、锯齿波等）振荡器。振荡器既可由 分立元件、集成运放组成，也可由集成信号发生器组件实 现。
图(a)正弦波
(b) 矩形波
采用非线性元件 热敏电阻的作用
↑ U o ↑ I o
热敏元件
RF 功耗 ↑ RF 温度 ↑ RF 阻值 ↓
Au Fu = 1
Au = 3
Au Fu = 1
稳幅
例题1： 在如图所示的RC桥式正弦波振荡电路中， 已知集成 运算放大器的电源电压为±12 V。 （1） 分析二极管稳幅电 路的稳幅原理； （2）求振荡频率f0； （3）R2的变化对输出 VD1 有何影响？
•应 用
电警棍
超声波振荡器
电脑无线发射器
微波炉
无线发射机
第一节 正弦波信号振荡电路
正弦波发生电路:能产生正弦波输出的电路。
组成：在放大电路的基础上加上正反馈 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。 正弦波振荡器三种类型: RC正弦波振荡电路; LC正弦波振荡电路;
解：（1）起振时，由于Uo很小， VD1、VD2接近于开路状态, VD1、 VD2和R3并联等效电阻近似等于R3， 此时，
R2 R1
5.6kΩ
R3
2.7kΩ
VD2
–
R2 R3 Au 1 3 R1
的增大， U o
∞ A+ +
R
10kΩ
uo
C
0.01μF
电路产生振荡。随着
VD1或者VD2正偏导通， VD1、VD2和R3并联等效电阻减小， 幅度趋于稳定。
正弦波振荡电路的原理框图
当反馈信号等于放大器的输入信号时，振荡电路的输 出电压不再发生变化，电路达到平衡状态，因此将反馈信 号等于放大器的输入信号称为振荡的平衡条件。另外注意， 这里的反馈信号和放大器的输入信号都是复数，所以两者 相等是指大小相等而且相位也相同。
为了使 U o为一固定频率 的正弦波，要求闭环系统内 必须含有选频网络来满足 Uf Ui 来实现自激振荡，否 则，是不能产生自激振荡的。 选频网络可以包含在放大器 内，也可在反馈网络内.
即放大器和反馈网络的总相移必须等于 2 的整数倍，使反馈电
压与输入电压相位相同，以保证正反馈。
2）振荡的起振条件
为使振荡电路在接通直流电源后能够自动起振，则 在相位上要求反馈电压与输入电压同相，在幅度上要求 Uf ＞Ui，因此振荡的起振条件也包括相位条件和振幅条 件两个方面，即 （1）振幅起振条件
石英晶体正弦波振荡电路。
一、产生正弦波信号振荡的条件
1. 正弦波振荡电路的工作原理
正弦波振荡电路是由放大器和反馈网络组成，其原理 框图如图所示。
Ui US
放大器
U s 为正弦交流电压源，当开关S处在
位置1时， U i U S ，正弦信号作为放大器的 输入信号，经放大器放大后产生输出信
2 S
1
Fu
3 j(
0 ) 0
1
分析上式可知：仅当 ω = ωo时，
且 u2 与 u1 同相 ，即网络具有选频特性，fo决定于RC 。
则RC 串并联选频网络的幅频特性和相频特性分别为 幅频特性为：
Fu 1 0 3 0
2 2
U2 1 = 达最大值， U1 3
Au Fu ，若
5、振荡器应用：
在电子技术中，振荡器有着广泛的应用。一般都是 用来提供各种电子电路所需要的信号，作信号源使用。 如自动控制系统中作时间基准信号源、在测量中作标准 信号源、在无线电通讯、广播电视设备中作载波信号源、
数字电路中作时钟脉冲信号源等等。
二、RC桥式正弦波振荡器
采用RC选频网络构成的振荡电路称为RC振荡电路，它适用于低频振 荡，一般用于生产1Hz～1MHz的低频信号。 Z1 为RC 串联电路 1. RC 串并联选频网络 Z2 为RC 。 并联电路
输出电压与输入电压同相，且输出最大，所以RC串并联 网络具有选频特性。
f 0 , 因而有
1 F 由以上分析可知：当 时， u 3 ，即 0
U2
1 U1 ， 3
Au 3
即，只要RC串并联选频匹配一个电压放大倍数等于3（即 输出电压与输入电压同相，且放大倍数为3）的放大电路 就可以构成正弦波振荡电路，为了满足起振条件，所选放 大电路的电压放大倍数应略大于3。
－
2. RC桥式正弦波振荡电路
（1）振荡电路工作原理
当
1 ω = ω0 = RC
时， f 0
用瞬时极性法判断可知， 电路满足相位平衡条件
a f 2nπ
此时若放大电路的电压增益为
RF Au = 1 + =3 R1
1 Au Fu = 3 × = 1 3
则振荡电路满足振幅平衡条件 电路可以输出频率为
由图知： RC串并联选频网络的传递函数:
Fu U2 U1 R
Fu
+
R∥ 1 j C
1 j C 1 j C
1 ) RC
U 1
– 。