第8章波形的发生和信号的转换(1)81RC正弦波振荡电路.

产生的信号不同，对应的振荡电路也不同。
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8.1 正弦波振荡电路
正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下， 依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。
8.1.1 概述
一、产生正弦波振荡的条件 作为放大电路当有Ui 时，则有UO= A Ui。 UO经F 后，产
信 1 号 源 2
Uf 3
UO= A Ui
Uo
生Uf = F UO
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如果Uf = Ui
大小相等
3 信 1 号 源 2 Uf
Uo
相位相同
反馈回来的信号Uf 可以取
代Ui ---电路引入正反馈。
输入端的开关由1转换到2 ，2—3相连,此时电路不 再有外加的输入信号，电路本身产生的信号就能保证输 出端有UO 信号，这就形成了基本振荡电路。
1 当 f = f0 , f 0 2RC 时，
F
max
. 1 . 1 U f U O 且f 0 3 3
且F 为实数，网络呈电阻性质.
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当 f = f0 时
1 f0 2RC
F
max
1 . 1 . Uf UO 3 3
要求掌握结论
当信号频率从零逐渐变化到无穷大时,存在 频率 f0 ,当 f = f0 时,Uf 与UO 同相即:φf=0。
保证输入端的对称性
8 -1- 3
2. 同相求和运算电路
Rf uO (1 )up R
uI1 uI2 uI3 uP RP ( ) R1 R2 R3
如果 Rp =RN
uI1 uI2 uI3 uO Rf ( ) R1 R2 R3
8 -1- 4
3、加减运算电路
当
源自文库
R1 // R2 // Rf R3 // R4 // R5
.
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F
1 1 3 j (RC ) RC
1 则有：f 0 2RC
1 0 如果令： RC
电路固有频率 又为振荡频率
F
1 f0 0 f 3 j( ) 3 j( ) 0 f0 f
1
8 - 1 - 26
F
1 f0 f 3 j( ) f0 f
f
8 - 1 - 23
8 - 1 - 24
在信号频率由低 变化范围为

2

2
高变化时，Uf 与UO的相位差的 ，其中必有一个f = f0,使Uf 与UO
同相位。（F 为实数） f0具体为多少？
1 R // Uf jC F . 1 1 UO R R // jC jC 1 1 3 j (RC ) RC
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第8章 波形的发生和信号的转换
在电子电路中,我们常常需要各种各样的波形信号作为测 试信号或控制信号等,产生各种信号的电路为振荡电路。
振荡电路：在没有外加输入信号的情况下， 依靠电路自身振荡而产生输出信号的电路为振荡 电路。
如果产生的信号为正弦信号,则电路为正弦波振荡电路。
如果产生的信号为脉冲信号,则电路为脉冲波振荡电路。
A F 2n
由于晶体管的非线性，当UO 达到一定程度以后， 放大倍数 A 下降，最终使电路达到动态平衡，
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电路产生正弦波振荡的条件
F 1 A
A F 2n
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二、正弦波振荡电路的组成及分类 P404
1、电路的组成 正弦波振荡电路除满足以上振荡条 件—包含放大电路、反馈网络（正反馈） 以外，正弦波信号是具有一定频率、按 正弦规律变化的信号，要想产生正弦波 信号，电路中还要有选频网络。
F 1 使UO 起振时： A
IO
tº C
Rf
Au
F 1 达到动态平衡。 经过一段时间以后，最后 A
总之，RC串、并联选频网络，当
Fmax 1 3
f0
F 0
1 2RC
时。
即放大电路A≥ 3且引入正反
馈。电路就可以产生正弦波振荡。
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四、 振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路 P408--409
8 - 1 - 31
利用RC串、并联选频网络，
当f=f0时， F
要满足

1 3
f 00 。
放大电路
╳ + 选频网络、 Uf
F 1 A
A F 2n
3 只要 A
A 2n
-
正反馈网络
满足即可
Rf 很容易满足 3，R 而电路中 Au 1 f R1
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二、 RC桥式正弦波振荡电路
振荡电路 满足条件
振荡电路的振荡条件
F 平衡条件： A
1
F 1 A
F 1 起振条件： A
1 3
利用RC串、并联选频网络，又为正反馈网络 ， 如果 f = f0 , 振荡电路。
F
且 f 0
0
时。
结合相应的放大电路就可以构成RC桥式正弦波
1 因为 f 0 2RC
f0可调，只有改变R 或C .如图。 R 可以用Rw变位器 代替—常用于细调 。 C 采用分档电容— 常用于粗调。
实现 fo 的调整
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例如：由集成电路 组成的振荡电路。
解：据正弦波振荡 电路的判断方法与 + 步骤： Uf 1）电路组成； 2）电路工作情况； -
模拟电子技 术基础课件
信息学院基础电子教研室
8-1-1
第七章内容总结
一、比例运算电路
1、反相 比例运算电路
uO
Rf uI R
2、同相 比例运算电路
Rf uO (1 )uI R
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二. 加减运算电路
1、反相求和运算电路
uI1 uI2 uI3 uO Rf ( ) R1 R2 R3
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（1）放大电路：保证电路能够从起振到动态平 衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量。
电 路 组 成
（2）选频网络：确定电路的振荡频率，保 证电路产生正弦波振荡。 （3）正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的 输入信号等于反馈信号。 （4）稳幅环节：也就是非线性环节，作用是使 输出信号幅值稳定。
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选用与之相对应满足振荡电路条件的放大电路与
RC串、并联选频网络。即可组成正弦波振荡电路，而 且放大电路 |A| ≥3 (因为|AF|≥1，Fmax=1/3)。 即放大电路满足： 幅值条件|A| ≥3； 相位条件 A 2n
实际工作中，所选用的放大电路往往要求，Ri尽可 能大，RO尽可能小，以减小放大电路对选频特性的影 响，使振荡频率 f0几乎取决于选频网络。所以根据以 上的要求，放大电路常常引入电压串联负反馈。
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8.1.2 RC正弦波振荡电路 RC正弦波振荡电路多种多样，但仅介绍RC桥 式正弦波振荡电路，又为文氏桥式振荡电路。 一、 RC串并联选频网络
正反馈网络 构成 选频网络
输 R、C 可以相等，也可以不等。 入 电 通常情况下 R1=R2=R,C1=C2=C 压
输 出 电 压
在正弦波振荡电路中，即为 选频网络 ，又为正反馈网络。
同相比例 运算放大 电路 ╳
RC串、并 联选频网 络、反馈 网络。
3）UP 作为输入信号，利用瞬时极性法判断相位关系。 断开放大电路输入端与反馈网络的连接，设UP为+， 经A F Uf为+，确定电路引入正反馈，满足相位条 件。
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内容概述
一、产生正弦波振荡的条件 F 1 平衡条件：A
F
F
幅频特性
1 f0 2 f 2 3 ( ) f0 f
f0 1 f ) 相频特性 F arct an ( 3 f0 f
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F
1 f0 2 f 2 3 ( ) f0 f
f0 1 f F arctan ( ) 3 f0 f
在很多实用电路中，常将选频网络和正反馈网络 合二为一；对分立元件放大电路，不再加稳幅环节， 依靠晶体管特性的非线性来起到稳幅作用。
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正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来命名
2、分类
分 类
RC正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路 石英晶体正弦波振荡电路
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三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法 和步骤 P404 （1）观察电路的组成：是否包含了放大电路、 选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成 部分。 （2）判断放大电路的工作情况： ①是否有合适的静态工作点；
F 1 起振条件：A
F 1 振荡条件 A
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二、 RC串并联选频网络
1 f0 2RC
当 f = f0 时
输 入 电 压
. . 1 1 U f U O 且 F 0 F 3 3
输 出 电 压
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三、 RC桥式正弦波振荡电路
利用RC串、并联选频网络，又为正反馈网 0 。结合相应 络时， 如果 f = f0 , F 1 且 0 3 f 放大电路，构成RC桥式正弦波振荡电路 。
时
uI3 uI4 uI1 uI2 uO uO1 uO2 Rf ( ) R3 R4 R1 R2
8 -1- 5
三、积分运算电路如图所示
1 1 uO iC dt uI dt C RC
+ uC
-
在 t1 ~ t2 的时间段内，
1 t2 uO uI dt uO (t1 ) RC t1
F 1, 2n 因为振荡条件 A A F
选用与之相对应满足振荡电路条件的放大电路 3 A 幅值条件 即放大电 与RC串、并联选频网络结合。即可组成正弦波振 路满足: 相位条件 A 2n 荡电路，而且放大电路|A| ≥3 。
(n为整数)
要使为
F A
实数，相位条件必须满足A
F 2n
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为保证电路工作就可以产生Uo，电路刚刚开始工作时， 需要一个初始信号（往往为电扰动或噪音等，如开关闭 合产生，其中含有各种频率、不同幅值的正弦信号，而 且一定会有一个频率信号满足相位条件，实际振荡电路 中无初始信号），初始信号幅值往往比较小，如果希望 信号能够达到足够大。 . . Uf Ui 则要求 AF 1 电路的起振条件。 使U o 增大 同时
8 -1- 6
四、微分运算电路
du I uO RC dt
如果uI 为常数，uO =0
+ uc -
如果uI 为方波，uO 为脉冲信号。 如果uI 为正弦信号，uO 为正弦信号且滞后90º 。 如果uI 为三角波，uO 为方波。
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第8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
②动态信号是否能正常放大。
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（3）利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波 振荡的相位条件—判断反馈网络的反馈极性。
具体方法：从放大电路的 输入端断开反馈，假定放 大电路输入信号Ui并设瞬 时极性，Ui A F Uf , 确定Uf 的极性 。 如果 Uf Uf
、 Ui
极性相同，则为正反馈，具备振荡条件。
2R1
Ui、Uf 同相位已满足，所以电路构成了正弦波振荡电路。
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三、稳幅环节：通常情况下，集成运放输入、输出具有 良好的线性关系，要想利用元件的非线性实现稳幅，只 要将Rf 或 R1 换成热敏电阻，当温度变化时， Rf 或 R1 的阻值随温度发生变化。（也可用二极管作为非线性环节）。
、 Ui 极性相反，则为负反馈，不具备振荡条件。
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（4）判断电路是否满足幅值条件，即是否满足 起振条件：在相位条件满足的情况下，求解电 路中的A、F 。 F 1 A
如果
电路可以振荡。 电路不可以振荡。
F 1 A
F 1 较易实现。 一般情况，只要满足相位条件， A
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信号频率足够低时， 电路为：
超前U ,当频率趋近于零时， U f O 0 趋近于0。 相位超前趋近于 90 ，且U
f
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信号频率足够高时， 电路为：
滞后U ,当频率趋近于无穷大时 U ， f O 0 趋近于0。 相位滞后趋近于 90 ，且U
. 根据以上 . 的推导: U f U i
F U A U Uf F O i
.
.
.
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Uf Ui
.
.
F U A U Uf F O i
.
.
.
产生正弦波振荡的平衡条件:
F 1 A
F 1 A
幅值平衡条件 相位平衡条件
A F 2n