第九章 信号产生电路

AV 1 Rp3 R3 RDS 3
稳幅原理
Vo
AV
AV 3
VGS (负值)
RDS
AV FV 1 稳幅
4. 稳幅措施
⑵采用非线性元件 二极管 起振时
R2 R3 AV 1 3 R1
其中 R3 是R3、D1和D2并 联支 路的 等效 电阻
改变R、C可改变振荡频率 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
⑴引入负反馈稳幅 RC串并联网络引入正 反馈，提供起振条件。 Rf、R1反馈支路引 入负反馈，稳定幅度， 减少失真。
4. 稳幅措施
⑵采用非线性元件 热敏元件 起振时，AV 1 Rf 3
(4). 若R2开路时，输出电压V0的波形
9.7 LC正弦波振荡电路 9.7.1 LC选频放大电路 9.7.2 变压器反馈式LC振荡电路
9.7.3 三点式LC振荡电路
9.7.4 石英晶体振荡电路
等效损耗电阻
1. 并联谐振回路
1 ( R jL) jC Z 1 R jL jC
一般有 R L 则
（注意与负反馈方框图的差别）
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 a f AF a f 所以振荡条件为 A( ) F ( ) 1 振幅平衡条件 a ( ) f ( ) 2nπ 相位平衡条件
9.1 滤波电路的基本概念与分类 9.2 一阶有源滤波电路 9.3 高阶有源滤波电路 *9.4 开关电容滤波器 9.5 9.6 9.7 9.8 正弦波振荡电路的振荡条件 RC正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路 非正弦信号产生电路
9.1 滤波电路的基本概念与分类
1. 基本概念 滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无 用频率信号的电子装置。 有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。 滤波电路传递函数定义
选频网络可设在 A 中或 F 中, 由 RC元件或 LC元件组成。 2、 幅度条件：表明反馈放大器要产生自激振荡，必须有足够
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。
注意：当 3 AVF 0 ，即 AVF 3 时，滤波电路才能稳定工作。
1. 传递函数 用 s j 代入，可得传递函数的频率响应：
归一化的幅频响应
20 lg A( j ) 1 20 lg 2 A0 2 2 ) 1 ( ) ( c cQ
R 1 j RC
Vf Z2 FV Z Z Vo 1 2
R （1 j RC） / R R (1 / j C ) R / 1 j RC R 1 j C 1 j RC R

1 1 3 j RC RC
只让低于H 的信号通过 只让高于H 的信号通过
9.2 一阶有源滤波电路
1. 一阶低通滤波电路 电路结构：
RC低通电路 + 同相比例放大电路
vP
1 / jC 1 vi vi R 1 / jC 1 jRC
1 j c
1 j c
A0
1 vi 1 jRC
（定性分析）
利用 JFET进入非线性区，波形虽出现失真，但幅值不再增加，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。
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。
（二阶）
1. 传递函数
A( s ) Vo ( s ) AVF Vi ( s ) 1 (3 - AVF ) sCR ( sCR) 2
令 A0 AVF
1 Q 3 AVF
称为通带增益 称为等效品质因数 称为特征角频率
c
1 RC
则 A( s)
s
2
c
Q
A0c2 s c2
vp
1
vo v p vo 则A( j ) vi vi v p

1 1 j
c
(1
Rf R1
)
源自文库
传递函数：
A( j )
AVSH
VO


VS
AVSM f 1 j fH
P 167(4.7.27)
其中
A0 1
Rf R1
同相比例 放大系数
c
1 特征角频率 RC
阻抗频率响应 由图可看出,
Q愈大,选频 性能愈好.
（a）幅频响应
（b）相频响应
2. 选频放大电路
基本放大电路 反馈选频网络
9.7.2 变压器反馈式LC振荡电路
1. 电路结构 基本放大电路为共源放大电路, 反馈选频由LC并联电路组成. 2. 相位平衡条件 利用瞬时极性法 3. 幅值平衡条件 通过选择高增益的场效应管和调 整变压器的匝数比，可以满足 AF 1 使电路可以起振。 4. 稳幅
● ●
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。
从AvF > 1 到 AvF = 1，就是自激振荡建立的过程。
9.6 RC正弦波振荡电路
1. 电路组成 2. RC串并联选频网络的选频特性
3. 振荡电路工作原理
3. 振荡电路基本组成部分
放大电路（包括负反馈放大电路） 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， 经常与反馈网络合二为一。） 稳幅环节
讨论：
1、相位条件：意味着振荡电路在频率f0下必须是正反馈；
正弦波振荡电路只在一个频率(f0)下满足相位平衡条件。所以正 弦波振荡电路必须有一个选频网络。
令ω0=1/RC
FV
1 0 3 j 0
RC串并联选频网络的频率特性
FV 1 0 3 j 0
0
或当 则
ω=ω0=1/RC
f f0 FV max 1 , 3 1 , 2RC
f 0
改变RC可调节谐振频率。
RC串并联网络的频率特性曲线
3. 振荡电路工作原理
(1)振荡的建立与稳定
起振条件AvF > 1 ，因为 | F |=1/ 3，则 Rf Av 1 3 R1
稳定振荡条件AvF = 1 ， | F |= 1/ 3，则
电路根据什么无 中生有产生波形 ？
AVF Rf 1 （同相比例） R1
对于滤波电路，有
AVF Vo ( s ) VP ( s )
1 / sC VP ( s) VA ( s) R 1 / sC Vi ( s ) VA ( s ) VA ( s) Vo ( s) VA ( s) VP ( s) 0 R 1 / sC R AVF Vo ( s ) 得滤波电路传递函数 A( s ) Vi ( s ) 1 (3 - AVF ) sCR ( sCR )2
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？怎么会象变魔术一样无中生有？ 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。 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 AF 1回到 AF 1 。
' AV R2 R3 R1 / R1 3.3


当v0幅值较大时， D1或D2 导通，R’3减小，AV下降。
v0 幅值趋于稳定。
⑵.估算输出电压V0m (VD=0.6V)
' 稳幅时： V 9.1K R3 5.1K / 5.1K 3 A
' R3 1.1K


I
R1
热敏电阻
则 AV FV 1
热敏电阻的作用
Vo Io
AV Rf 功耗
AV 3
Rf 温度
Rf 阻值
AV FV 1 稳幅
问题：Rf应选具有正的温度系数，还是负的？
4. 稳幅措施
采用非线性元件 场效应管（JFET） D、R4 、C3 整流滤波 T 压控电阻

又
0.6V I 1.1 K V0 m I 1.1K 5.1K 9.1K
V0 m 15.3 K 0.6V 1.1K 5.1K 9.1K

8.35V
⑶.若R2短路时
' AV ( R1 R2 R3 ) / R1 3
当R2短路，则AV<3， 电路停振，所以输出 电压V0为0。
4. 稳幅措施
1. 电路组成
⑴.基本放大电路:
由运放组成的同相
比例放大电路构成。
⑵.反馈网络:
由RC串并联电路 构成，反馈网络兼做 选频网络。
⑶.关于选频的概念：
电路只让某些频率
信号顺利通过。
RC桥式正弦波振荡电路
2、RC串并联选频网络的选频特性
Z1 R (1 / j C )
Z 2 R //(1 / j C )
Vo ( j ) A( j ) Vi ( j )
A( j ) A( j ) e j ( ) A( j ) ( )
其中
A( j ) —— 模，幅频响应 ( ) —— 相位角，相频响应
9.1 滤波电路的基本概念与分类 2. 分类
低通（LPF） 高通（HPF） H——上限截止频率 L——下限截止频率 带通（BPF） o——中心频率 带阻（BEF） 全通（APF）
Av 1
Rf R1
3
考虑到起振条件AvF > 1, 一般应选取 Rf 略大2R1。 如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重非线性失真。 由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路要通过在外部引入负 反馈来达到稳幅的目的。
(2) 振荡频率与振荡波形
振荡频率由相位平衡条件决定。 因为 A = 0，而仅在 f 0处 F = 0 ，满足相位平衡条件， 所以振荡频率 f 0= 1 2RC。 振荡频率为单一频率 f 0，故振荡波形是正弦波
Z L C 1 R j(L ) C
1 LC 为谐振频率
0
当 0
1 LC
时， 电路谐振。0
Z0
谐振时：阻抗最大，且为纯阻性
其 中Q
L Q Q 0 L RC 0C
0 L
R

1 1 0 RC R
L C
Q为品质因数,愈大选频性能愈好。
9.7.1 LC选频放大电路
稳幅环节
稳幅原理
Vo
R3
AV
AV 3
AV FV 1 稳幅
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。
故，幅频响应为
A( j ) A0 1 (
2 ) c
9.2 一阶有源滤波电路
2. 高通滤波电路 低通电路中的R和C交换位置便构成高通滤波电路
一阶有 源滤波电 路通 带外衰减速率慢（-20dB/ 十倍频程），与理想情况 相差较远。一般用在对滤 波要求不高的场合。
9.3
高阶有源滤波电路
9.3.1 二阶有源低通滤波电路 1. 传递函数
ω 相频响应 (ω) arctan ωcQ ω 2 1 ( ) ωc
2. 幅频响应
20 lg
A( j ) 1 20 lg 2 A0 2 2 ) 1 ( ) ( c cQ
归一化的幅 频响应曲线
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
1. 振荡条件 正反馈放大电路框图