模拟电子技术_第7章_波形产生电路B

第7章波形产生电路7.1 教学基本要求

主要知识点

教学基本要求

熟练掌握正确理解一般了解

正弦波信号发生器正弦波自激振荡的基本原理√

正弦波信号发生器的分析方法√

RC型正弦波信号发生器√

LC型正弦波信号发生器√

石英晶体振荡器√

非正弦波信号发生器非正弦波信号发生器的分析方法√

方波、三角波和锯齿波发生器√

7.2 重点和难点

一、重点

RC串并联（桥式）正弦波振荡电路的分析。

二、难点

非正弦波振荡电路的分析。

7.3 知识要点

正弦波振荡器的振荡条件

RC正弦波振荡电路

信号产生电路LC正弦波振荡电路

石英晶体振荡器

非正弦波发生器

7.4 内容提要

一、正弦波振荡器的振荡条件

在放大电路中，为了改善电路的动态性能，通常引入负反馈。当电路的附加相移达到180o，负反馈变为正反馈时，电路就会出现自激振荡，这是有害的，应该消除。在振荡电路中，人为引入正反馈，并使反馈环路增益满足一定要求，在没有输入信号的情况下，电路可以振荡起来。

1．起振条件

振荡电路没有输入信号，起始信号来源于电源刚接通时的扰动，而这种扰动信号一般比较微弱。

故要使振荡电路能够振荡起来，除了满足正反馈条件（相位条件）外，还要满足幅值条件，故起振条件为： 1>∙

∙F A 其中 相位条件： 2,1,02F A ±±==+n n πϕϕ

幅值条件： 1>∙

∙F A 2．平衡振荡条件

当电路振荡起来之后，为了维持等幅振荡，电路必须满足平衡振荡条件：

1=∙

∙F A

其中 相位条件： 2,1,02F A ±±==+n n πϕϕ

幅值条件： 1=∙

∙F A 3．选频网络

在满足起振条件的情况下，振荡电路在接通直流电源瞬间，感应初始扰动或噪声，就可以振荡起来。但这个初始扰动或噪声是随机信号，可以看作是不同频率的正弦量的叠加。要使振荡电路产生单一频率的正弦信号，就需要加一个选频网络将某一特定频率的信号选择出来。在振荡电路中，选频网络常常就是正反馈网络。根据选频网络的不同，可将振荡电路分为RC 振荡器、LC 振荡器、石英晶体振荡器。 4．稳幅环节

振荡电路满足起振条件后，输出信号将随时间的增长而增大。当输出幅值达到一定程度后，会进入放大管的非线性区，将造成放大电路的电压增益下降，可使振荡的幅值平衡条件1=∙

∙F A 自动满足，但这会造成输出信号的失真。为了减少这种非线性失真，常常加一个非线性负反馈作为稳幅环节。这个稳幅环节在输出信号的幅度较小时，负反馈较弱；在输出信号的幅度较强时，负反馈较强，使电压增益降低较多。这可以用热敏电阻来实现。 5．正弦波振荡器的组成

正弦波振荡器一般由放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅环节四部分组成。选频网络既可以包含在放大电路中，也可以包含在正反馈网络中。稳幅环节一般由放大电路中的非线性元件（放大管）或者增加非线性负反馈网络实现。 6．正弦波振荡器的分析方法

（1）检查正弦振荡器是否具有放大、反馈、选频、稳幅4个基本环节。

（2）分析放大电路是否能正常放大。

对于分立元件电路，首先估计静态工作点是否合适，其次分析交流通路能否正常传递信号。对于运放则检查输入端是否有直流通路。

（3）判断振荡器是否满足相位平衡条件 2,1,02F A ±±==+n n π

ϕϕ。

分别求出放大电路的相移A ϕ和正反馈网络的相移F ϕ，看其是否满足相位平衡条件。或直接用瞬时极性法判断是否为正反馈。

在判断相位条件时应注意：①如果原电路比较复杂，可画出交流通路，再用瞬时极性法判断是否为正反馈；②判定选频网络的输出与输入的相位关系时，应以0f f =时的相位关系为准。例如RC 串并联网络在0f f =时的相移为零；LC 选频网络谐振0f f =时，谐振回路呈阻性；并联型石英晶体振荡电路中，石英晶体呈感性，而串联型石英晶体振荡电路中，石英晶体呈低阻性（串联谐振）。

（4）检查振荡器是否满足幅值起振条件和平衡条件，并由此确定相关的放大电路和反馈网络参数。

二、RC 正弦波振荡器

RC 振荡器是用电阻、电容构成选频网络。通过特殊的连接方式，电阻电容也可以实现选频和

移相作用，使振荡器实现正反馈。RC 振荡器一般用于频率不高的场合（1MHz 以下）。常见的几种RC 正弦波振荡器如表7-1所示。

表7-1

桥式振荡器

移相式振荡器

双T 网络振荡器

电路

+

-A

∙

f

U 1R 2

R 1

C 2

C '

R 3

C f

R +

-A

∙

o

U ∙

f

U R

3

R C

C

2'

R f

R R

C

选频网 络特点

RC

f f π21

0=

= 31||||max ==∙

∙

F F ，o

F 0=ϕ

RC

f π3210=

o F 180=ϕ RC

f 51

0≈

o F 180=ϕ

放大 要求 311

t

>+

=∙

R R A ，1t 2R R > R R 12f >

原理 概述

选频电路具有带通特点，当0f f =时，正反馈最强，

31||=∙

F ，相移o

F 0=ϕ。只要放大电路的3>∙A 就可以

起振。由于具有负反馈稳幅三级RC 移相网络在特定频率0f f =时产生180o 的

相移，只要反相放大电路增益合适就可以满足起振

条件。由于移相网络选择

性差，故输出正弦波质量

较差。

选频网络具有带阻特性，当

0f f =时，相移为180o

。由于选频网络的幅值较低，整个电路的电压增益要足够大时，才可在0f 的频率处振荡起来。输出的正弦波失真最小。

+-A

∙

o

U ∙

f

U R 1

R C

t

R R

C