第八章波形的发生和信号产生电路( 精品)
第8章波形的产生与变换电路
电感三点式：
uf
L1 L
2
C
uf uo
L1 L
2
C
uo
电容三点式： uf与uo反相
uf与uo同相
uf
C1 C
2
L
uf uo
C1 C2
uf与uo同相
L
uo
uf与uo反相
1.电感三点式LC振荡电路
R C
b
b1
R
V cc
c
（ -）
R
L1
b1
V cc
L2 C
（ +）
2 （ +）
C1 C
L
C
（ +）
Cb
2
（ +）
e
R
b2
R
e
振荡频率：
1 f0 = = 2 p LC
1 C 1 C 2 2 p L C C 1+ 2
例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相 位平衡条件。 R f
（ +）R 1
－ + R
A
∞
uo
+
V
（ -）
C C
（ +）
1 2
L
8.4 石英晶体振荡电路
1. 频率稳定问题
f 频率稳定度一般由 来衡量 f0
f ——频率偏移量。
f 0 ——振荡频率。
Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。 LC振荡电路 Q ——数百 Q ——10000 500000
石英晶体振荡电路
一. 石英晶体
1. 结构：
晶片 敷银层
2. 基本特性
极板间加电场
波形的发生与信号的转换
f0max
2
1 10103 0.01106
1.59kHz
模拟电子技术
例二：电路如图所示，稳压管DZ起稳幅作用，其稳定电 压±UZ=±6V。试估算： （1）输出电压不失真情况下的有效值；
（2）振荡频率。
解: (1) 由幅值条件， 得 Rf 2R1
UZ 2UR1
而 UO UZ UR1 1.5UZ
4)起振条件
A• F• 1 （略大于1）
•
F
1
3
A 1 Rf 3
R1
Rf 2R1
Rf 不能太大，否则 正弦波将变成方波
模拟电子技术
5)稳幅措施
为使电路 Au 为非线性，起振时，应使 Au > 3，稳幅后 Au = 3。
热敏电阻稳幅
负温度系数
正温度系数
T Rf Auf (1 Rf / R1 )
模拟电子技术
思考：电路如图所示。 （1）为使电路产生正弦波振荡，标出集成运放的“＋”和“－”；并说
明电路是哪种正弦波振荡电路。 （2）若R1短路，则电路将产生什么现象？ （3）若R1断路，则电路将产生什么现象？ （4）若RF短路，则电路将产生什么现象？ （5）若RF断路，则电路将产生 什么现象？
模拟电子技术
f
arcta33nωjj(当(ω/ ωFωR.10C1=3=ω1ωω/0030R/1时)ωC
)
0
90
ω0= 0ºω
2. RC 桥氏振荡电路 1) 组成：
F = 0º
2) 电路：
模拟电子技术
同相 放大器
A = 2n
Rf R1
U•
R
i
C
U• f
U• o
CR
第八章 波形的发生与信号的转换8.1.3-1.4-精品文档
《低频电子线路》多媒体课件
电子信息研究室
2. 石英晶体的等效电路和谐振频率 （1）石英晶体的等效电路
C0：静态电容（C0＝几～几十pF） L：等效电感（L＝几mH～几十H） C：等效电容（C＝0.01～0.1pF）
C<<C0 R：等效电阻（R≈100Ω，理想时为零）
（2）谐振频率
串联谐振频率 并联谐振频率
《低频电子线路》多媒体课件
复习
1. 正弦波振荡电路能够振荡的条件
起振条件：
A F 1
AF2n
正弦波振荡器的稳幅振荡条件：
幅值平衡条件
பைடு நூலகம்A F 1
电子信息研究室
相位平衡条件
AF2n
2. 判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤
3. RC正弦波振荡电路
f0
1
2RC
4. 变压器反馈式正弦波振荡电路
《低频电子线路》多媒体课件
三、电感反馈式振荡电路
1.电路组成
电子信息研究室
该电路又称为电感三点式电路
2.工作原理 判断电路是否满足振荡的相位平衡条件
《低频电子线路》多媒体课件
3. 振荡频率和起振的条件
（1）振荡频率
若Q＞＞1，则
f0
2
1 (L1L22M)
（2）起振条件
【解】 图示电路为共基放大电路。通过瞬时极性法判断可知，同名端 如图所示
《低频电子线路》多媒体课件
电子信息研究室
【例8.1.3】改错，使之有可能产生正弦波振荡。要求不能改变 放大电路的基本接法。
【解】 该电路是电容反馈式振荡电路
该电路静态Q点不合适
加耦合电容C
该电路输出电压为零
模拟电路 第四版第8章 波形的发生和信号的转换PPT精品文档46页
根据选频网络所用元件的不同，分为RC、LC和石英晶体 正弦波振荡电路三种类型。
8.1.2. RC 正弦波振荡电路
RC正弦波振荡电路也叫RC桥式正弦波振荡电路 或文氏桥振荡电路
放大电路
-+
选频网络 反馈网络
构成桥路 8
R C
U f R
Rf
+
A
C
-
R1
R C
U o
R
C
U f U o
F
U f Uo
f0
f
条 件 ， 电 路 能 够 产 荡生 。振
90o
10
根据起振条件 A ：3，
R
可得电路R中f 和R1的关系：
C
Rf
A 1 Rf 3 R1
+
U f R C
A
-
U o
Rf 2R1
R1
调节振荡器频率的办法
：
1
fo 2RC
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波
原因：要提高其振荡频率，必须减小 R 和 C 的值，放大器 的输出电阻和晶体管的极间电容将影响其选频特性， 输出频率不稳定。
11
振荡频率可调的选频网络 例：已知电容的取值分别为
0.01μF, 0.1μF, 1μF, 10μF, R=50Ω, RW=10kΩ. 求: f0的调节范围.
双联波段开关， 切换C，用于粗 调振荡频率。
1A F 0则 :A F
正反馈足够强，输入信号为 0 时仍有信号输出，产生自激振3 荡
要获得一定频率的正弦自激振荡,反馈回路中必须有
选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：A()、 F()
自激振荡的条件： A ()F ()1
8章 波形的发生和信号的转换图
第八章 波形的发生和信号的转换•8.1 正弦波振荡电路•8.2 电压比较器•8.3 非正弦波发生电路•8.4 信号转换电路•8.5 锁相环及其在信号转换电路的应用返回8.1 正弦波振荡电路（P1）•图8.1.1 带通滤波器变换成正弦波振荡电路•图8.1.2 正弦波振荡电路的方框图•图8.1.3 利用瞬时极性法判断相位条件•图8.1.4 RC串并联选频网络及其在低频段和高频段的等效电路•图8.1.5 RC串并联选频网络的频率特性•图8.1.6 利用RC串并联选频网络构成正弦波振荡电路的方框图•图8.1.7 RC桥式正弦波振荡电路•图8.1.8 利用二极管作为非线性环节•图8.1.9 振荡频率连续可调的RC串并联选频网络•图8.1.10 LC并联网络•图8.1.11 LC并联网络电抗的频率特性•图8.1.12 选频放大电路•图8.1.13 在选频放大电路中引正反馈•图8.1.14 变压器反馈式振荡电路•图8.1.15 变压器反馈式振荡电路的交流通路返回下页8.1 正弦波振荡电路（P2）•图8.1.16 变压器反馈式振荡电路的交流等效电路•图8.1.17 电感反馈式振荡电路•图8.1.18 电感反馈式振荡电路的交流通路•图8.1.19 电感反馈式振荡电路的交流等效电路•图8.1.20 电容反馈式振荡电路•图8.1.21 频率可调的选频网络•图8.1.22 电容反馈式振荡电路的改进•图8.1.23 采用共基放大电路的电容反馈式振荡电路•图8.1.24 例8.1.2 电路图•图8.1.25 例8.1.3 电路图•图8.1.26 例8.1.25 所示电路的改正电路•图8.1.27 石英晶体谐振器的结构示意图及符号•图8.1.28 石英晶体的等效电路及其频率特性•图8.1.29 并联型石英晶体振荡电路返回•图8.1.30 串联型石英晶体振荡电路图8.1.1 带通滤波器变换成正弦波振荡电路返回图8.1.2 正弦波振荡电路的方框图返回图8.1.3 利用瞬时极性法判断相位条件返回图8.1.4 RC串并联选频网络及其在低频段和高频段的等效电路返回图8.1.5 RC串并联选频网络的频率特性返回图8.1.6 利用RC串并联选频网络构成正弦波振荡电路的方框图返回图8.1.7 RC桥式正弦波振荡电路返回图8.1.8 利用二极管作为非线性环节返回图8.1.9 振荡频率连续可调的RC串并联选频网络返回图8.1.10 LC并联网络返回图8.1.11 LC并联网络电抗的频率特性返回图8.1.12 选频放大电路返回图8.1.13 在选频放大电路中引正反馈返回图8.1.14 变压器反馈式振荡电路返回图8.1.15 变压器反馈式振荡电路的交流通路返回图8.1.16 变压器反馈式振荡电路的交流等效电路返回图8.1.17 电感反馈式振荡电路返回图8.1.18 电感反馈式振荡电路的交流通路返回图8.1.19 电感反馈式振荡电路的交流等效电路返回图8.1.20 电容反馈式振荡电路返回图8.1.21 频率可调的选频网络返回图8.1.22 电容反馈式振荡电路的改进返回图8.1.23 采用共基放大电路的电容反馈式振荡电路返回图8.1.24 例8.1.2 电路图返回图8.1.25 例8.1.3 电路图返回图8.1.26 例8.1.25 所示电路的改正电路返回图8.1.27 石英晶体谐振器的结构示意图及符号返回图8.1.28 石英晶体的等效电路及其频率特性返回图8.1.29 并联型石英晶体振荡电路返回图8.1.30 串联型石英晶体振荡电路返回8.2 电压比较器•图8.2.1 集成运放工作在非线性区的电路特点及其电压传输特性•图8.2.2 电压比较器电压传输特性举例•图8.2.3 过零比较器及其电压传输特性•图8.2.4 电压比较器输入级的保护电路•图8.2.5 电压比较器的输出限幅电路•图8.2.6 将稳压管接在反馈电路中•图8.2.7 一般单限比较器及其电压传输特性•图8.2.8 例8.2.1 波形图•图8.2.9 滞回比较器及其电压传输特性•图8.2.10 加了参考电压的滞回比较器•图8.2.11 例8.2.2 波形图•图8.2.12 例8.2.3 图•图8.2.13 双限比较器及其电压传输特性•图8.2.14 AD790及其基本接法•图8.2.15 LM119管脚图•图8.2.16 由LM119构成的双限比较器及其电压传输特性返回图8.2.1 集成运放工作在非线性区的电路特点及其电压传输特性返回图8.2.2 电压比较器电压传输特性举例返回图8.2.3 过零比较器及其电压传输特性返回图8.2.4 电压比较器输入级的保护电路返回图8.2.5 电压比较器的输出限幅电路返回图8.2.6 将稳压管接在反馈电路中返回图8.2.7 一般单限比较器及其电压传输特性返回图8.2.8 例8.2.1 波形图返回图8.2.9 滞回比较器及其电压传输特性返回图8.2.10 加了参考电压的滞回比较器返回图8.2.11 例8.2.2 波形图返回图8.2.12 例8.2.3 图返回图8.2.13 双限比较器及其电压传输特性返回图8.2.14 AD790及其基本接法返回图8.2.15 LM119管脚图返回图8.2.16 由LM119构成的双限比较器及其电压传输特性返回。
波形的发生和信号的转换
第8章 信号的发生和信号的转换
C' C1C2 C1 C2
第8章 信号的发生和信号的转换
Rb2 Cb
Rb1
＋UCC Rc
－
Re
Ce
C1 L
U f
C2
C
＋
图8.1.10 电容三点式改善型正弦波振荡电路
第8章 信号的发生和信号的转换
1 C'
1 C
1 C1
1 C2
在选用电容参数时, 可使C1>>C, C2>>C, 所以
C' C
第8章 信号的发生和信号的转换
当信号频率足够低时,
1
C1
1
R1, C2
R2,
可得到近
似旳低频等效电路, 如图8.1.2(b)所示。它是一种超前网络。
输出电压 相U•位2 超前输入电压
。U• i
当信号频率足够高时,
1
C1
R1,
1
C2
R2
, 其近似旳
高频等效电路如图8.1.2 (c)所示。它是一种滞后网络。 输
第8章 信号的发生和信号的转换
第8章 信号旳发生 和信号旳转换
8.1 正弦波振荡电路 8.2 电压比较器 8.3 非正弦波发生器 8.4 利用集成运放实现旳信号准换电路
第8章 信号的发生和信号的转换
8.1 正弦波振荡电路
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因为：A 1 R2 R1
A 0
所以，要满足相位 条件，只有在 fo 处
F 0
AF 1
A 1 R2 F 1
R1
3
R2 2R1
(8-14)
能自行启动的电路（1）
半导体 热敏电阻
起振时，R2略大于2R1， 使|AF|>1，以便起振；
uo
t
起振后，uo逐渐增大则 R2逐渐减小，使得输出 uo为某值时，|AF|=1， 从而稳幅。
X o A X d X f FX o
X d X i X f
Af
X o X i
A 1 A F
(8-4)
X d X f , X f FX o
X o A X d FA X o
A F 1
自激振荡的条件
(8-5)
Af
A 1 A F
如果： 1 AF 0 则: Af
(1) 正反馈足够强，输入信号为 0 时仍有信号 输出，这就是产生了自激振荡。
§8.1.3 LC振荡电路
LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成， 可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所 以一般用分立元件组成放大电路。本节只对 LC 振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判 别。
判断方法：
1、首先找出是否有放大电路和 反馈网络和选频网络；
2、判断它是否是正反馈； 3、判断它的放大电路是否可以
正常放大；
4、判断它是否符合起振条件 5、判断电路是否有稳幅环节。
(8-10)
§8.2 RC正弦波振荡电路
一、选频电路
用RC 电路构成选频网络的振荡电路即所谓的 RC 振荡电路，可选用的 RC 选频网络有多种，这里 只介绍文氏电桥选频电路。
放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分 解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。 选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量
衰减掉。这时，只要：
|AF|>1，且A+ B =2n，即可起振。
(8-8)
问题2：如何稳幅？
起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这 时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。
如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：
fo
1
2RC
传递函数：
U o U i
3
j(
1 f
fo )
Uo
fo f Ui
1 3
幅频特性： Uo
1
Ui
32 ( f fo )2 fo f
+90
相频特性： arctg 1 ( f fo ) –90
3 fo f
fo
f
0 f
(8-13)
二、用运放组成的RC振荡器
– +
T2–C3
+UCC
+ + –
RE2 CE
RC网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到合 适的参数则可产生振荡。
(8-18)
【例8.1.1】如图所示的正弦波信号发生器。已知C1、C2、C3
分别为0.25μF、0.025μF、0.0025μF，固定电阻R＝3kΏ， 电位器RW＝30 kΏ。试估算该仪器频率的调节范围。
电子技术
第八章模拟电路部分
波形发生电路
和信号转换
(8-1)
§8.1 正弦波振荡电路的分析方法
§8.1.1 产生正弦波振荡的条件
在反馈一章我们说过引 入负反馈是为了改善电路的 性能，但在一定地频率下有 可能产生自激振荡，在负反 馈电路中是尽量避免的。负 反馈电路中当AF＝－1，电 路就要产生自激振荡。
R2
A
(8-15)
能自行启动的电路（2）
R22为一小电阻， 使(R21+R22)略大于 2R1，|AF|>1，以 便起振；
随着uo的增加，R22 的压降在增加，这样 可使得两个二极管导 通，则R22逐渐被短 接，A自动下降到使 |AF|=1，使得输出uo 稳定在某值。
(8-16)
输出频率的调整：
U o R2
R1
C1
U i
C2
(8-11)
U o U i
R1
R2 //
1
jC2
1
jC1
R2
//
1
jC2
U o R2
R1
C1
U i
C2
U o U i
(1
R1 R2
C2 ) C1
1
j(R1C2
1)
R2C1
2fo R1C2
1
2fo R2C1
时，相移为0。
(8-12)
fo 2
1 R1R2C1C2
达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1， 即可稳幅。
起振并能稳定振荡的条件：
U o B时，AF 1 U o B时，AF 1 U o B时，AF 1
具体方法将在后面具体电路中介绍。
(8-9)
§8.1.2 正弦波振荡电路的组成
四个部分： 1、放大电路 2、反馈网络 3、选频网络 4、稳幅环节
解：
f 1
o 2 Rw RC
f omin
1
2 RwmaxRCmax
1 2 30103 3103 0.25106
19z
f omax
1
2 RwminRCmin
1 2 3103 0.0025106
21.2kz
(8-19)
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波
(8-20)
fo
1
2RC
通过调整R或C 来调整频率。
K：双联波段开关，切 换C，用于粗调振 荡频率，也即不连 续调节。
RW：双联可调电阻， 改变RW，用于细调 振荡频率，也即连 续调节。
(8-17)
三、用分立元件组成的RC振荡器
RF
R
R1
RC1 R2
C +
C1
+ –
+
T1 C2
R
C
+ ube
RE1 R3
RC2 +
所以，自激振荡条件也可以写成：
（1）振幅条件： | AF | 1
如果是负反馈，
相位条件是奇 数倍
（2）相位条件： A F 2n n是整数
相位条件意味着振荡电路是正反馈； 振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。
(8-7)
问题1：如何起振？
Uo 是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅 度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。
(2) 要获得非正弦自激振荡,反馈回路中必须有 RC积分电路。例如：后面介绍的方波发生 器、三角波发生器、锯齿波发生器等。
(3) 要获得正弦自激振荡，反馈回路中必须有 选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写 成：
A( )、F ( ) (8-6)
自激振荡的条件： A()F () 1
因为： A() | A | A F() | F | F
先把开关S放在1处，有输出；若此时把开关S放大2上去， 且Uf与刚 保证了输入，输入又保证了输出，这样就形成了自激振荡。
(8-2)
如果：X f X i , 则去掉 X i , 仍有信号输出。
反馈信号代替了放大 电路的输入信号。
(8-3)
自激振荡条件的推导