模电第八章278102168精品PPT课件
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清华大学 王宏宝
三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤 1、观察电路是否包含了四个基本组成部分； 2、判断放大电路能否正常工作，即是否有合适的静态
工作点且动态信号能否输入、输出和放大； 3、用瞬时极性法判断是否满足正弦波振荡的相位条件。
瞬时极性法 断开反馈，在断开处加频率f0 的输入电压，并给定其瞬时极 性；然后以此为依据分析输出 电压的极性，从而得到反馈电 压的极性，若它和假设输入电 压极性相同，则满足相位平衡 条件，有可能产生正弦波振荡。
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电压比较器电压传输特性的三要素为：
1、输出电压高电平和低电平值UOH和UOL； 2、阈值电压值UT；阈值是指uO发生跃变时的uI值。 3、当uI变化且经过UT时，uO跃变的方向，即
是从UOH跃变为UOL ，还是从UOL跃变为UOH 。 三、电压比较器的种类
1、单限比较器 只有一个阈值电压，
3、窗口比较器 有两个阈值电压。输入电压从小到大或从大到小
经过两个阈值时，输出电压产生两次不同方向的跃 变。如图8.2.2(c)所示。电压传输特性上好象开了个 窗口。
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8.2.2 单限比较器 一、过零比较器
图8.2.3
图8.2.4
图8.2.5
清华大学 王宏宝
图8.2.6
二、一般单限比较器
当输入电压uI逐渐增大 或减小的过程中经过UT 时，输出电压uO产生一 次跃变。如图8.2.2(a)所 示。
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图8.2.2
2、滞回比较器 有两个阈值电压。输入电压从小到大经过一个阈
值时，输出电压产生一次跃变；输入电压从大到小 经过另一个阈值时，输出电压产生又一次跃变；两 次跃变方向相反。它相当于两个单限比较器的组合。 如图8.2.2(b)所示。
图8.1.21 图8.1.23
8.1.4 石英晶体正弦波振荡电路
图8.1.27
图8.1.28
C0: 静态电容，一般为几到几十皮法； L: 等效机械振动惯性，一般为几毫亨到几十亨； C: 晶体的弹性等效，一般为0.01到0.1皮法； R: 晶体的摩擦损耗等效，一般为100欧姆。
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当L、C、R支路串联谐振时，该支路呈纯
图8.1.3
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4、判是否断满电足路起是振否条满件足。正即弦分波别振求荡解的幅A值和条F件 ，，即然
后判断 A F 是否大于1。
只有在满足相位平衡的情况下，判断是否满足 幅值条件才有意义。
8.1.2 RC正弦波振荡电路 一、 RC串并联选频网络
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图8.1.4
F
U UBiblioteka f o由于C<<C0，所以fp≈fs。
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二、石英晶体正弦波振荡电路 1、并联型石英晶体正弦波振荡电路
电路如图8.1.29所示，石英晶体等效为电感，和C1、 C2组成电容反馈式正弦波振荡电路。振荡频率为fp。 2、串联型石英晶体正弦波振荡电路
电路如图8.1.30所示，石英晶体等效为电阻，振荡 频率为fs。
图8.2.10
uPR 1R 2R 2U RE F R 1R 1R 2U Z
图8.2.7
uNR1R 1R2uIR1R 2R2UREF
令uN=uP=0， 则求出阈值电压
UT
R2 R1
UREF
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8.2.3 滞回比较器
uP
R1 R1 R2
U Z
U T
R1 R1 R2
U Z
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图8.2.9
图8.2.10是加了参考电压的滞回比较器。 这时，两个阈值电压不再对称。
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8.1 正弦波振荡电路
8.1.1 概述
一、产生正弦波振荡的条件
图8.1.2
X o A F X o A F 1
即
AF 1
A F 2nn为整数
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二、正弦波振荡电路的组成及分类
1、组成 （1）放大电路 （2）选频网络 （3）正反馈网络 （4）稳幅环节
2、分类 （1）RC正弦波振荡电路(f0＜1MHz) （2）LC正弦波振荡电路(f0＞1MHz) （3）石英晶体正弦波振荡电路(f0很稳定)
图8.1.29
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图8.1.30
8.2 电压比较器
8.2.1 概述 一、集成运放的非线性工作区
uO=±UOM
当uP＞uN时， uO=＋UOM； 当uP ＜uN时， uO=－UOM 。
二、电压比较器的电压传输特性
图8.2.1
输出电压uO与输入电压uI的函数关系uO=f(uI) 一般用曲线来描述，称为电压传输特性。
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二、桥式正弦波振荡电路
f=f0时，F
1 3
，所以
A Au 3
在图8.1.7中
A u
U o U p
1 Rf R
3
Rf 2R1
采用非线性环节， 例如热敏电阻以稳定 输出电压。
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图8.1.6 图8.1.7
三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路
f0
1
2RRwC
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阻性，串联谐振频率为fs，C0近似为开路，石 英晶体等效为电阻；
当f＜fs时， L、C、R串联支路呈容性，石 英晶体等效为电容;
当 f＞fs时， L、C、R串联支路呈感性，和 电容C0产生并联谐振，谐振频率为fp。
当时f＞fp ，石英晶体又呈容性。
fs21LC ;fp2 L1C0Cfs
1C C0
CC0
图8.1.15
f021 L '1C;L '1L 1R i2 2M 2 2L 2 2L 2
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三、电感反馈式正弦波振荡电路
图8.1.17
图8.1.18
f0
2
1
L1L22MC
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四、电容反馈式正弦波振荡电路
图8.1.20
图8.1.22
1
f0 2 LC
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R
R∥ 1 j C
1 R∥
1
j C
j C
图8.1.5
F
1
3 j RC
1 RC
令
0
1 RC
，则
f0
1 2 RC
F
1
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3
j
f f0
f0 f
幅频特性为 相频特性为
F
1
2
32
f f0
f0 f
F
arcta13nff0
f0 f
当f=f0时，F
1 3
，即
U f
1 3
U o
，φF=0o。
图8.1.9
8.1.3 LC正弦波振荡电路 一、 LC谐振回路的频率特性
图8.1.10
谐振频率
f0
2
1 LC
Q 1 L RC
Z 0 QX L QX C
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图8.1.11
选频放大器
选频放大器 引入正反馈
图8.1.12
图8.1.13
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二、变压器反馈式振荡电路
图8.1.14
三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤 1、观察电路是否包含了四个基本组成部分； 2、判断放大电路能否正常工作，即是否有合适的静态
工作点且动态信号能否输入、输出和放大； 3、用瞬时极性法判断是否满足正弦波振荡的相位条件。
瞬时极性法 断开反馈，在断开处加频率f0 的输入电压，并给定其瞬时极 性；然后以此为依据分析输出 电压的极性，从而得到反馈电 压的极性，若它和假设输入电 压极性相同，则满足相位平衡 条件，有可能产生正弦波振荡。
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电压比较器电压传输特性的三要素为：
1、输出电压高电平和低电平值UOH和UOL； 2、阈值电压值UT；阈值是指uO发生跃变时的uI值。 3、当uI变化且经过UT时，uO跃变的方向，即
是从UOH跃变为UOL ，还是从UOL跃变为UOH 。 三、电压比较器的种类
1、单限比较器 只有一个阈值电压，
3、窗口比较器 有两个阈值电压。输入电压从小到大或从大到小
经过两个阈值时，输出电压产生两次不同方向的跃 变。如图8.2.2(c)所示。电压传输特性上好象开了个 窗口。
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8.2.2 单限比较器 一、过零比较器
图8.2.3
图8.2.4
图8.2.5
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图8.2.6
二、一般单限比较器
当输入电压uI逐渐增大 或减小的过程中经过UT 时，输出电压uO产生一 次跃变。如图8.2.2(a)所 示。
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图8.2.2
2、滞回比较器 有两个阈值电压。输入电压从小到大经过一个阈
值时，输出电压产生一次跃变；输入电压从大到小 经过另一个阈值时，输出电压产生又一次跃变；两 次跃变方向相反。它相当于两个单限比较器的组合。 如图8.2.2(b)所示。
图8.1.21 图8.1.23
8.1.4 石英晶体正弦波振荡电路
图8.1.27
图8.1.28
C0: 静态电容，一般为几到几十皮法； L: 等效机械振动惯性，一般为几毫亨到几十亨； C: 晶体的弹性等效，一般为0.01到0.1皮法； R: 晶体的摩擦损耗等效，一般为100欧姆。
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当L、C、R支路串联谐振时，该支路呈纯
图8.1.3
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4、判是否断满电足路起是振否条满件足。正即弦分波别振求荡解的幅A值和条F件 ，，即然
后判断 A F 是否大于1。
只有在满足相位平衡的情况下，判断是否满足 幅值条件才有意义。
8.1.2 RC正弦波振荡电路 一、 RC串并联选频网络
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图8.1.4
F
U UBiblioteka f o由于C<<C0，所以fp≈fs。
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二、石英晶体正弦波振荡电路 1、并联型石英晶体正弦波振荡电路
电路如图8.1.29所示，石英晶体等效为电感，和C1、 C2组成电容反馈式正弦波振荡电路。振荡频率为fp。 2、串联型石英晶体正弦波振荡电路
电路如图8.1.30所示，石英晶体等效为电阻，振荡 频率为fs。
图8.2.10
uPR 1R 2R 2U RE F R 1R 1R 2U Z
图8.2.7
uNR1R 1R2uIR1R 2R2UREF
令uN=uP=0， 则求出阈值电压
UT
R2 R1
UREF
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8.2.3 滞回比较器
uP
R1 R1 R2
U Z
U T
R1 R1 R2
U Z
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图8.2.10是加了参考电压的滞回比较器。 这时，两个阈值电压不再对称。
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8.1 正弦波振荡电路
8.1.1 概述
一、产生正弦波振荡的条件
图8.1.2
X o A F X o A F 1
即
AF 1
A F 2nn为整数
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二、正弦波振荡电路的组成及分类
1、组成 （1）放大电路 （2）选频网络 （3）正反馈网络 （4）稳幅环节
2、分类 （1）RC正弦波振荡电路(f0＜1MHz) （2）LC正弦波振荡电路(f0＞1MHz) （3）石英晶体正弦波振荡电路(f0很稳定)
图8.1.29
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图8.1.30
8.2 电压比较器
8.2.1 概述 一、集成运放的非线性工作区
uO=±UOM
当uP＞uN时， uO=＋UOM； 当uP ＜uN时， uO=－UOM 。
二、电压比较器的电压传输特性
图8.2.1
输出电压uO与输入电压uI的函数关系uO=f(uI) 一般用曲线来描述，称为电压传输特性。
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二、桥式正弦波振荡电路
f=f0时，F
1 3
，所以
A Au 3
在图8.1.7中
A u
U o U p
1 Rf R
3
Rf 2R1
采用非线性环节， 例如热敏电阻以稳定 输出电压。
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图8.1.6 图8.1.7
三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路
f0
1
2RRwC
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阻性，串联谐振频率为fs，C0近似为开路，石 英晶体等效为电阻；
当f＜fs时， L、C、R串联支路呈容性，石 英晶体等效为电容;
当 f＞fs时， L、C、R串联支路呈感性，和 电容C0产生并联谐振，谐振频率为fp。
当时f＞fp ，石英晶体又呈容性。
fs21LC ;fp2 L1C0Cfs
1C C0
CC0
图8.1.15
f021 L '1C;L '1L 1R i2 2M 2 2L 2 2L 2
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三、电感反馈式正弦波振荡电路
图8.1.17
图8.1.18
f0
2
1
L1L22MC
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四、电容反馈式正弦波振荡电路
图8.1.20
图8.1.22
1
f0 2 LC
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R
R∥ 1 j C
1 R∥
1
j C
j C
图8.1.5
F
1
3 j RC
1 RC
令
0
1 RC
，则
f0
1 2 RC
F
1
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3
j
f f0
f0 f
幅频特性为 相频特性为
F
1
2
32
f f0
f0 f
F
arcta13nff0
f0 f
当f=f0时，F
1 3
，即
U f
1 3
U o
，φF=0o。
图8.1.9
8.1.3 LC正弦波振荡电路 一、 LC谐振回路的频率特性
图8.1.10
谐振频率
f0
2
1 LC
Q 1 L RC
Z 0 QX L QX C
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选频放大器
选频放大器 引入正反馈
图8.1.12
图8.1.13
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二、变压器反馈式振荡电路
图8.1.14