第6章波形产生和变换第3版
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波形产生电路的公同特点 自激（不需要任何输入信号）； 必须在电路中引入足够强的正反馈。
6.1.1 正弦波振荡电路的基本原理
1、自激振荡的条件 •
2S
•
•
S 在 1: U s U i
A
Uo
•
Ui
•• •
S 在 2: 令 Uf Us Ui
.+ U.s-
1
+. U-i
A
+ Uf -
+. U-o
则输出电压保持不变。 •
Ｒ1
ui
+
uf
–
Ｒf
Ao
uo
Ｒ Z1
C
C
Ｒ Z2
RC串并联网络的选频特性
习题2.3.12
当信号频率
Uf
1 3Uo
放大特性
•
Uf
•
Uo
Z2 Z1Z2
3j(R1CR1 C)
o
1 RC
即
1
fo 2RC
时
•
•
U f 与 Uo
A 1 Rf
同相
F Uf 1 Uo 3
R1
自激振荡条件
起振: | AF|1
平衡： | AF|1
6.2 多谐振荡器
* 6.2.1 用集成运放构成的多谐振荡器 6.2.2 用石英晶体构成的多谐振荡器 6.2.3 用555集成定时器构成的多谐振荡器
* 6.2.1 用集成运放构成的多谐振荡器
多谐振荡器也称矩形波（含方波）发生器。
1. 电路的组成
R
RC引入了具有延迟
u-
特性的负反馈电路。
u+ 为 uo 经R1和R2 ，在 uC C u+
因为:
•
Uf
•
Ui
F
Uf
•
Uo
F
所以维持自激振荡的条件
为:
•
•
AF
Uo
•
•
U
•
f
1
Ui Uo
A|A|A FF
可得两个平衡条件：
幅度平衡条件 | AF | = 1
反馈信号与输入信号的大小相等,并有足够强度。
相位平衡条件 A+ F = 2n （n=0,1,2……
反馈信号与输入信号同相，即引入正反馈 这是必要条件，但不充分 若要使振荡从小到大建立起来还应满足：
选取适当的静态值和元件参数，使得谐振回路
谐振时，|AF|≥1。电路自激振荡|AF|=1时，振荡 稳定。振荡频率近似等于LC谐振回路的振荡频率：
fo =
√ 2π
1 L C1 C2
C1 + C2
改进型电容三点式振荡电路(Clapp)
在电感支路中串联
RB1 CB
RB2
RC
T C1
RE C2
+UCC
uo
C3 L
+
H
t- to
e UZ ） RC
= R1R+1R2UZ
0
u+ L
－UZ
可得：T1= t1 － t0=RC ln( 1+
2R1 R2
)
且：T2= t2 － t1=RC ln( 1+
2R1 R2
)
T= T2 +
f=1/T
to
T1
T1=2RC ln( 1+
t1 t2
T2 2RR21)
t
3.占空比可调的多谐振荡器
一个电容C3 ，且取 C3远小于C1和C2。故
谐振回路的振荡频
率主要由L和C3来决
定：
fo ≈
1
2π √ LC3
改变C3，即可改变fo
共基接法，频率远高于共射
2.电感三点式振荡电路
RB1 CB
RB2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
RC
T
RE CE
+UCC
CC uo
－
uo
1
L1 2
C
L2
3
+
ui
T
RB1∥ RB2 －
uf
+
1
C L1 2 L2 3
R1上的分压，并作为比
较器的参考电压，u-即
uc做为比较器的输入电
R1
压。
Ao Ro R2 DZ
uo ±UZ
u+ H =
R1
R1+ R2
UZ
u+ L=
R1
R1+ R2
UZ
uC uO uO
2. 电路的工作过程
uU+ZH
uC
to≤ t ≤ t1 时:
uC=UZ－(
R1
R1+
R2UZ
t = t1 时: uC= u+
起振条件： |AF|>1 相位条件不变
2、 振荡的建立与稳定 接通电源瞬间，由于瞬时的扰动、电路的噪声 含有丰富的频谱成分。由选频电路选择某一频 率的正弦信号，满足起振条件，此时为增幅振 荡。
在增幅振荡过程中，若减小A，当 |AF|>1→|AF|=1时，电路呈稳定的等幅振荡。
自激振荡的建立过程
Uo
RC Cc
uo 谐振回路
1
+
C1
RC
T
C1
ui T－
L
RB2 RE
2 CE
L
C2
3
2
－
RB1∥ RB2
uf +
C2 3
(a) 基本电路
(b) 交流通路
电路及工作原理介绍
电感L和电容C1、 C2构成的谐振回路成为放大 电路的负载，电容C2两端的电压作为反馈信号，
瞬时极性法判断相位平衡条件。谐振时，uo与ui 反相，uf与uo反相，uf与ui同相。
第6章 波形产生和变换
6.1 正弦波振荡电路 6.2 多谐振荡器 6.3 单稳态触发器和施密特触发器
6.1 正弦波振荡电路
6.1.1 正弦波振荡电路的基本原理 6.1.2 RC正弦波振荡电路 *6.1.3 LC正弦波振荡电路
提示：
波形产生电路分类 正弦和非正弦(如矩形波、三角波)波形 产生电路。
通过不断地放大
Uo2
振幅特性 Uo=f(Ui) A
正反馈再放大 再反馈，
Uo1 使Uo不断增大，
反馈特性 Uf=f(Uo)
一直到达A点时，才 稳定下来。
OUi1 Uf1=Ui2
Uf=Ui
由上述分析可知：
正弦波振荡电路应包含以下四个环节 放大 反馈
选频 稳幅
6.1.2 RC正弦波振荡电路
电路组成
放大环节 : Ao, R, Rf 构成同相输入比例运算 反馈环节 ：Z1，Z2 选频且控制正反馈量
前面产生的是方波
调节RP，使电容 充电和放电的时间 常数不相等，可得 到占空比可调的矩 形波，而矩形波的 周期不变。
uuC C u+
近似等于LC谐振回路的振荡频率：
√ fo = 2π
1
（ L1 +L2 + 2M ）C
三点式LC正弦波振荡电路的振荡条件
幅值条件：通过提供合适的直流通路和选取恰当 的电抗参数而得到。 相位条件：电路构成必须遵守以下原则 （1）发射极两侧支路的电抗应为同一性质（同 为容抗或感抗）。 （2）基极与集电极支路的电抗应与发射极两 侧支路的电抗异性。
Rf 2R1
Rf 2R1
稳幅
该电路采用负温度系数热敏电阻
UO↑→T↑→Rf↓→U-↑→|A|↓ → |AF|=1 等幅振荡
用二极管稳幅的振荡电路
D1 D2
Ｒ11 Ｒf2 Ｒf1
Ao
uo
CＲ ＲC
*6.1.3 LC正弦波振荡电路
1.电容三点式振荡电路（Colpitts)
+UCC
- uo
RB1 CB
(a) 基本电路
(b) 交流通路
电感L1 、L2 和电容C构成了谐振回路，+UCC 通过L1 到集电极形成集电极电流的直流通路， 故可省略R C 。电感L2两端的电压作为反馈信号，
在放大器的输入端引入了正反馈。
若L1 、L2线圈之间的互感为M ，则线圈的 总电感为：L = L1 +L2 + 2M 。电路的振荡频率
6.1.1 正弦波振荡电路的基本原理
1、自激振荡的条件 •
2S
•
•
S 在 1: U s U i
A
Uo
•
Ui
•• •
S 在 2: 令 Uf Us Ui
.+ U.s-
1
+. U-i
A
+ Uf -
+. U-o
则输出电压保持不变。 •
Ｒ1
ui
+
uf
–
Ｒf
Ao
uo
Ｒ Z1
C
C
Ｒ Z2
RC串并联网络的选频特性
习题2.3.12
当信号频率
Uf
1 3Uo
放大特性
•
Uf
•
Uo
Z2 Z1Z2
3j(R1CR1 C)
o
1 RC
即
1
fo 2RC
时
•
•
U f 与 Uo
A 1 Rf
同相
F Uf 1 Uo 3
R1
自激振荡条件
起振: | AF|1
平衡： | AF|1
6.2 多谐振荡器
* 6.2.1 用集成运放构成的多谐振荡器 6.2.2 用石英晶体构成的多谐振荡器 6.2.3 用555集成定时器构成的多谐振荡器
* 6.2.1 用集成运放构成的多谐振荡器
多谐振荡器也称矩形波（含方波）发生器。
1. 电路的组成
R
RC引入了具有延迟
u-
特性的负反馈电路。
u+ 为 uo 经R1和R2 ，在 uC C u+
因为:
•
Uf
•
Ui
F
Uf
•
Uo
F
所以维持自激振荡的条件
为:
•
•
AF
Uo
•
•
U
•
f
1
Ui Uo
A|A|A FF
可得两个平衡条件：
幅度平衡条件 | AF | = 1
反馈信号与输入信号的大小相等,并有足够强度。
相位平衡条件 A+ F = 2n （n=0,1,2……
反馈信号与输入信号同相，即引入正反馈 这是必要条件，但不充分 若要使振荡从小到大建立起来还应满足：
选取适当的静态值和元件参数，使得谐振回路
谐振时，|AF|≥1。电路自激振荡|AF|=1时，振荡 稳定。振荡频率近似等于LC谐振回路的振荡频率：
fo =
√ 2π
1 L C1 C2
C1 + C2
改进型电容三点式振荡电路(Clapp)
在电感支路中串联
RB1 CB
RB2
RC
T C1
RE C2
+UCC
uo
C3 L
+
H
t- to
e UZ ） RC
= R1R+1R2UZ
0
u+ L
－UZ
可得：T1= t1 － t0=RC ln( 1+
2R1 R2
)
且：T2= t2 － t1=RC ln( 1+
2R1 R2
)
T= T2 +
f=1/T
to
T1
T1=2RC ln( 1+
t1 t2
T2 2RR21)
t
3.占空比可调的多谐振荡器
一个电容C3 ，且取 C3远小于C1和C2。故
谐振回路的振荡频
率主要由L和C3来决
定：
fo ≈
1
2π √ LC3
改变C3，即可改变fo
共基接法，频率远高于共射
2.电感三点式振荡电路
RB1 CB
RB2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
RC
T
RE CE
+UCC
CC uo
－
uo
1
L1 2
C
L2
3
+
ui
T
RB1∥ RB2 －
uf
+
1
C L1 2 L2 3
R1上的分压，并作为比
较器的参考电压，u-即
uc做为比较器的输入电
R1
压。
Ao Ro R2 DZ
uo ±UZ
u+ H =
R1
R1+ R2
UZ
u+ L=
R1
R1+ R2
UZ
uC uO uO
2. 电路的工作过程
uU+ZH
uC
to≤ t ≤ t1 时:
uC=UZ－(
R1
R1+
R2UZ
t = t1 时: uC= u+
起振条件： |AF|>1 相位条件不变
2、 振荡的建立与稳定 接通电源瞬间，由于瞬时的扰动、电路的噪声 含有丰富的频谱成分。由选频电路选择某一频 率的正弦信号，满足起振条件，此时为增幅振 荡。
在增幅振荡过程中，若减小A，当 |AF|>1→|AF|=1时，电路呈稳定的等幅振荡。
自激振荡的建立过程
Uo
RC Cc
uo 谐振回路
1
+
C1
RC
T
C1
ui T－
L
RB2 RE
2 CE
L
C2
3
2
－
RB1∥ RB2
uf +
C2 3
(a) 基本电路
(b) 交流通路
电路及工作原理介绍
电感L和电容C1、 C2构成的谐振回路成为放大 电路的负载，电容C2两端的电压作为反馈信号，
瞬时极性法判断相位平衡条件。谐振时，uo与ui 反相，uf与uo反相，uf与ui同相。
第6章 波形产生和变换
6.1 正弦波振荡电路 6.2 多谐振荡器 6.3 单稳态触发器和施密特触发器
6.1 正弦波振荡电路
6.1.1 正弦波振荡电路的基本原理 6.1.2 RC正弦波振荡电路 *6.1.3 LC正弦波振荡电路
提示：
波形产生电路分类 正弦和非正弦(如矩形波、三角波)波形 产生电路。
通过不断地放大
Uo2
振幅特性 Uo=f(Ui) A
正反馈再放大 再反馈，
Uo1 使Uo不断增大，
反馈特性 Uf=f(Uo)
一直到达A点时，才 稳定下来。
OUi1 Uf1=Ui2
Uf=Ui
由上述分析可知：
正弦波振荡电路应包含以下四个环节 放大 反馈
选频 稳幅
6.1.2 RC正弦波振荡电路
电路组成
放大环节 : Ao, R, Rf 构成同相输入比例运算 反馈环节 ：Z1，Z2 选频且控制正反馈量
前面产生的是方波
调节RP，使电容 充电和放电的时间 常数不相等，可得 到占空比可调的矩 形波，而矩形波的 周期不变。
uuC C u+
近似等于LC谐振回路的振荡频率：
√ fo = 2π
1
（ L1 +L2 + 2M ）C
三点式LC正弦波振荡电路的振荡条件
幅值条件：通过提供合适的直流通路和选取恰当 的电抗参数而得到。 相位条件：电路构成必须遵守以下原则 （1）发射极两侧支路的电抗应为同一性质（同 为容抗或感抗）。 （2）基极与集电极支路的电抗应与发射极两 侧支路的电抗异性。
Rf 2R1
Rf 2R1
稳幅
该电路采用负温度系数热敏电阻
UO↑→T↑→Rf↓→U-↑→|A|↓ → |AF|=1 等幅振荡
用二极管稳幅的振荡电路
D1 D2
Ｒ11 Ｒf2 Ｒf1
Ao
uo
CＲ ＲC
*6.1.3 LC正弦波振荡电路
1.电容三点式振荡电路（Colpitts)
+UCC
- uo
RB1 CB
(a) 基本电路
(b) 交流通路
电感L1 、L2 和电容C构成了谐振回路，+UCC 通过L1 到集电极形成集电极电流的直流通路， 故可省略R C 。电感L2两端的电压作为反馈信号，
在放大器的输入端引入了正反馈。
若L1 、L2线圈之间的互感为M ，则线圈的 总电感为：L = L1 +L2 + 2M 。电路的振荡频率