模拟电子技术_信号产生与处理电路
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FVmax 1 3
1 2RC
相频响应
f 0
3. 振荡电路工作原理
1 当 0 时， f 0 RC
(+) (+) (+) (+)
用瞬时极性法判断可知，电 路满足相位平衡条件
a f 2n
此时若放大电路的电压增益为 AV 1 Rf 3
R1
Av
首端 L1 中间端 L2 尾端 C
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 A. 若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。 B. 若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。
电感三点式
首端 C1 中间端 C2 尾端 L
电容三点式
9.3.3 三点式LC振荡电路
正反馈放大电 路如图示。（注意 与负反馈方框图的 差别）
X X X a i f
F 1 若环路增益 A
X ， 去掉 X 仍有稳定的输出 ，X 则 X a f o i
F F A AF 又A a f a f
所以振荡条件为
稳幅原理
V o
VGS (负值)
RDS AV
AV 3
AV FV 1 稳幅
4. 稳幅措施
采用非线性元件 二极管
end
9.3 LC正弦波振荡电路
9.3.1 LC并联谐振回路选频特性 9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路
9.3.3 三点式LC振荡电路
9.3.4 石英晶体振荡电路
得滤波电路传递函数
A( s ) Vo ( s ) AVF （二阶） 2 Vi ( s ) 1 (3 - AVF ) sCR ( sCR)
9.1.3 二阶有源滤波电路
1. 压控电压源低通滤波电路
A( s ) Vo ( s ) AVF Vi ( s ) 1 (3 - AVF ) sCR ( sCR) 2
f s 1 2 LC 1 C C fs 1 C 0 Cs C 0 Cs
由于 C C 0 C s
C f s f s 1 2 ( C C ) 0 s
由此看出 Cs 0 时， fs fp ； C 时， f f s s s 调整 Cs 可使 fs 在 fs 和 fp 之间变化
1. 电路结构 2. 相位平衡条件 3. 幅值平衡条件 通过选择高 值的 BJT 和
（定性分析）
调整变压器的匝数比，可以 F 1 ，电路可以起振。 满足 A 4. 稳幅 BJT进入非线性区，波形 出现失真，从而幅值不再增加，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。
令 A0 AVF
Q 1 3 AVF
称为通带增益
1 n 称为特征角频率 RC
称为等效品质因数
n
Q
2 A0 n 2 s n
则 A( s )
s
2
注意：当 3 AVF 0 ，即 AVF 3 时，滤波电路才能稳定工作 用 s j 代入，可得传递函数的频率响应：
其中
A( j ) —— 模，幅频响应 ( ) —— 相位角，相频响应 时延响应为 ( ) d ( ) ( s) d
2. 分类
低通（LPF）
高通（HPF） 带通（BPF） 带阻（BEF） 全通（APF） 希 望 抑 制 50Hz 的 干 扰 信号，应选用哪种类型的 滤波电路？ 放大音频信号，应选用 哪种类型的滤波电路？
9.3.4 石英晶体振荡电路
3. 石英晶体振荡电路
end
*9.4 基本运算电路
9.4.1 比较器
单门限电压比较器
9.4.2 方波产生电路 9.4.3 锯齿波产生电路 9.4.4 压控振荡器
9.4.1 比较器
1. 单门限电压比较器
特点：开环，虚短和虚断不成立
+VCC vI + A -VEE vO
0
幅频响应 FV
1
2
0 2 3 ( ) 0 0 ( ) 相频响应 f arctg 0 3
2. RC串并联选频网络的选频特性
FV 32 ( 1
0 2 ) 0
(
f arctg
RC
0 ) 0
3
当 0 1 或 f f0 幅频响应有最大值
2. 石英晶体的基本特性与等效电路 等效电路 特性 A. 串联谐振
fs 1 2 LC
晶体等效阻 抗为纯阻性 B. 并联谐振
fp 1 2 LC 1 C C fs 1 C0 C0
通常 C C0
所以 fs 与 fp 很接近
9.3.4 石英晶体振荡电路
2. 石英晶体的基本特性与等效电路 实际使用时外接一小电容Cs 则新的谐振频率为
9.1.1 基本概念及初步定义
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
用频率信号得电子装置。
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
Vo ( s ) A( s ) Vi ( s )
vI (t )
滤波电路
vO ( t )
s j 时，有 A( j ) A( j ) e j ( ) A( j ) ( )
2. 电感三点式振荡电路
9.3.3 三点式LC振荡电路
3. 电容三点式振荡电路
9.3.4 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
9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路
VCC M vo Rb1
(+) (+)
VCC Rb1 b C1 Rb2 e Re M (+) L
(+)
C
(+) b
L c (-) T e
C
(+) c
T
(+)
Rb2 C1
Re
Ce
反馈 反馈
满足相位平衡条件 满足相位平衡条件
9.3.3 三点式LC振荡电路
1. 三点式LC并联电路
增益A0大于105
等效损耗电阻 9.3.1 LC并联谐振回路选频特性 1. 等效阻抗
1 ( R jL) jC Z 1 R jL jC
一般有 R L 则
Z L 1 R j(L ) C
1 LC
C
当 0 谐振时
1 LC
时， 电路谐振。 0
为谐振频率
阻抗最大，且为纯阻性 Z 0
其中 Q 0 L 同时有
L Q Q 0 L RC 0C
1 1 L 为品质因数 R 0 RC R C I QI I I 即 I I L L L L
9.3.1 LC并联谐振回路选频特性
2. 频率响应
9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路
石英晶体振荡电路
9.3.4 石英晶体振荡电路
2. 石英晶体的基本特性与等效电路 结构 极板间加电场 晶体机械变形 极板间加机械力
晶体产生电场 压电效应 交变电压
机械振动
交变电压
机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高 当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大。 压电谐振
9.3.4 石英晶体振荡电路
vI R vI vI R A vA C C vP + – Rf
同相比例 放大电路
vO
对于滤波电路，有
Vo ( s ) AVF VP ( s )
R1
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
A( ) F ( ) 1
振幅平衡条件
a ( ) f ( ) 2n
相位平衡条件
2. 起振和稳幅
起振条件
A( ) F ( ) 1
a ( ) f ( ) 2n
# 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的 信号源来自何处？ 电路器件内部噪声
9.1.2 一阶有源滤波电路
1. 低通滤波电路 传递函数
A( s ) A0 1 s
n
R1
其中 A0 1 Rf
1 n RC
特征角频率
故，幅频相应为
A( j ) A0
2 1 ( ) n
9.1.2 一阶有源滤波电路
2. 高通滤波电路 3. 带通滤波电路 可由低通和 高通串联得到
2
通带 阻带 阻 碍 测评 阴 阻 碍
1
9.1.2 一阶有源滤波电路
4. 带阻滤波电路 可由低通和高通并 联得到 必须满足 2 1
A1 A0 通带 O 测评 阻带
R1 – + C1 R R – + – + R2 R
vO
vI
C2
1
A2 A0 通带 阻带 阻 碍 O 阴 阻 碍 A A0 阴 通带
则振荡电路满足振幅平衡条件 AV FV 3 1 1
3 1 电路可以输出频率为 f 0 的正弦波 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
4. 稳幅措施
采用非线性元件 热敏元件 起振时，AV 1 Rf 3
R1
热敏电阻
即
AV FV 1
热敏电阻的作用
9.1.3 二阶有源滤波电路
1. 压控电压源低通滤波电路 归一化的幅频响应
A( j ) 1 20 lg 20 lg 2 A0 2 2 ) 1 ( ) ( n nQ
相频响应
nQ ( ) arctg 2 1 ( ) n
vI
R1
vI
R1
v– I
+
C R
vP
C2
– +
– +
vO
vO
R2
C1
1 1 低通特征角频率 R1C 1 1 2 高通特征角频率 R2 C 2
A1 A0 通带 O A2 A0 阻带 测评 通带 阻带
1
阻 碍 阴
必须满足 2 1
通带 阻 碍 测评 O 2 阴 阻 碍 A A0 阴 通带 阻带 O 阻 碍
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。 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。 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 。
3. 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）
阻 碍 阴
2Biblioteka Baidu
通带 测评 通带
阻带
O 测评 2 1 阻 碍
通带 阻 碍 测评 阴
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。
9.1.3 二阶有源滤波电路
1. 压控电压源低通滤波电路 压控电压源电路（VCVS）
AVF 1 Rf / R1
V o I o
AV Rf 功耗
AV 3
Rf 温度
Rf 阻值
AV FV 1 稳幅
4. 稳幅措施 可变电阻区，斜率
vGS=0V -1V ） 场效应管（JFET -2V iD
采用非线性元件
随vGS不同而变化
D 、R4 、C 3 整流滤波 -3V
T 压控电阻vDS
AV 1 Rp3 R3 RDS 3
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
end
9.2 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
4. 稳幅措施
1. 电路组成
反馈网络兼做选频网络
2. RC串并联选频网络的选频特性
反馈系数
FV ( s ) Vf ( s ) Z2 sCR Vo ( s ) Z 1 Z 2 1 3 sCR ( sCR) 2 1 且令 0 又 s j RC 1 则 F V 0 3 j( )
– +
C2
– + R2
vO
C1
9.1.1 正弦波振荡电路的振荡条 件 9.1.2 RC正弦波振荡电路
9.1.3 LC正弦波振荡电路 *9.1.4 非正弦波振荡电路 *9.1.5 集成函数发生器8038简介
9.1 正弦波振荡电路的振荡条件
1. 振荡条件 2. 起振和稳幅
3. 振荡电路基本组成部分
1. 振荡条件
1 2RC
相频响应
f 0
3. 振荡电路工作原理
1 当 0 时， f 0 RC
(+) (+) (+) (+)
用瞬时极性法判断可知，电 路满足相位平衡条件
a f 2n
此时若放大电路的电压增益为 AV 1 Rf 3
R1
Av
首端 L1 中间端 L2 尾端 C
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 A. 若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。 B. 若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。
电感三点式
首端 C1 中间端 C2 尾端 L
电容三点式
9.3.3 三点式LC振荡电路
正反馈放大电 路如图示。（注意 与负反馈方框图的 差别）
X X X a i f
F 1 若环路增益 A
X ， 去掉 X 仍有稳定的输出 ，X 则 X a f o i
F F A AF 又A a f a f
所以振荡条件为
稳幅原理
V o
VGS (负值)
RDS AV
AV 3
AV FV 1 稳幅
4. 稳幅措施
采用非线性元件 二极管
end
9.3 LC正弦波振荡电路
9.3.1 LC并联谐振回路选频特性 9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路
9.3.3 三点式LC振荡电路
9.3.4 石英晶体振荡电路
得滤波电路传递函数
A( s ) Vo ( s ) AVF （二阶） 2 Vi ( s ) 1 (3 - AVF ) sCR ( sCR)
9.1.3 二阶有源滤波电路
1. 压控电压源低通滤波电路
A( s ) Vo ( s ) AVF Vi ( s ) 1 (3 - AVF ) sCR ( sCR) 2
f s 1 2 LC 1 C C fs 1 C 0 Cs C 0 Cs
由于 C C 0 C s
C f s f s 1 2 ( C C ) 0 s
由此看出 Cs 0 时， fs fp ； C 时， f f s s s 调整 Cs 可使 fs 在 fs 和 fp 之间变化
1. 电路结构 2. 相位平衡条件 3. 幅值平衡条件 通过选择高 值的 BJT 和
（定性分析）
调整变压器的匝数比，可以 F 1 ，电路可以起振。 满足 A 4. 稳幅 BJT进入非线性区，波形 出现失真，从而幅值不再增加，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。
令 A0 AVF
Q 1 3 AVF
称为通带增益
1 n 称为特征角频率 RC
称为等效品质因数
n
Q
2 A0 n 2 s n
则 A( s )
s
2
注意：当 3 AVF 0 ，即 AVF 3 时，滤波电路才能稳定工作 用 s j 代入，可得传递函数的频率响应：
其中
A( j ) —— 模，幅频响应 ( ) —— 相位角，相频响应 时延响应为 ( ) d ( ) ( s) d
2. 分类
低通（LPF）
高通（HPF） 带通（BPF） 带阻（BEF） 全通（APF） 希 望 抑 制 50Hz 的 干 扰 信号，应选用哪种类型的 滤波电路？ 放大音频信号，应选用 哪种类型的滤波电路？
9.3.4 石英晶体振荡电路
3. 石英晶体振荡电路
end
*9.4 基本运算电路
9.4.1 比较器
单门限电压比较器
9.4.2 方波产生电路 9.4.3 锯齿波产生电路 9.4.4 压控振荡器
9.4.1 比较器
1. 单门限电压比较器
特点：开环，虚短和虚断不成立
+VCC vI + A -VEE vO
0
幅频响应 FV
1
2
0 2 3 ( ) 0 0 ( ) 相频响应 f arctg 0 3
2. RC串并联选频网络的选频特性
FV 32 ( 1
0 2 ) 0
(
f arctg
RC
0 ) 0
3
当 0 1 或 f f0 幅频响应有最大值
2. 石英晶体的基本特性与等效电路 等效电路 特性 A. 串联谐振
fs 1 2 LC
晶体等效阻 抗为纯阻性 B. 并联谐振
fp 1 2 LC 1 C C fs 1 C0 C0
通常 C C0
所以 fs 与 fp 很接近
9.3.4 石英晶体振荡电路
2. 石英晶体的基本特性与等效电路 实际使用时外接一小电容Cs 则新的谐振频率为
9.1.1 基本概念及初步定义
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
用频率信号得电子装置。
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
Vo ( s ) A( s ) Vi ( s )
vI (t )
滤波电路
vO ( t )
s j 时，有 A( j ) A( j ) e j ( ) A( j ) ( )
2. 电感三点式振荡电路
9.3.3 三点式LC振荡电路
3. 电容三点式振荡电路
9.3.4 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
9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路
VCC M vo Rb1
(+) (+)
VCC Rb1 b C1 Rb2 e Re M (+) L
(+)
C
(+) b
L c (-) T e
C
(+) c
T
(+)
Rb2 C1
Re
Ce
反馈 反馈
满足相位平衡条件 满足相位平衡条件
9.3.3 三点式LC振荡电路
1. 三点式LC并联电路
增益A0大于105
等效损耗电阻 9.3.1 LC并联谐振回路选频特性 1. 等效阻抗
1 ( R jL) jC Z 1 R jL jC
一般有 R L 则
Z L 1 R j(L ) C
1 LC
C
当 0 谐振时
1 LC
时， 电路谐振。 0
为谐振频率
阻抗最大，且为纯阻性 Z 0
其中 Q 0 L 同时有
L Q Q 0 L RC 0C
1 1 L 为品质因数 R 0 RC R C I QI I I 即 I I L L L L
9.3.1 LC并联谐振回路选频特性
2. 频率响应
9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路
石英晶体振荡电路
9.3.4 石英晶体振荡电路
2. 石英晶体的基本特性与等效电路 结构 极板间加电场 晶体机械变形 极板间加机械力
晶体产生电场 压电效应 交变电压
机械振动
交变电压
机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高 当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大。 压电谐振
9.3.4 石英晶体振荡电路
vI R vI vI R A vA C C vP + – Rf
同相比例 放大电路
vO
对于滤波电路，有
Vo ( s ) AVF VP ( s )
R1
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
A( ) F ( ) 1
振幅平衡条件
a ( ) f ( ) 2n
相位平衡条件
2. 起振和稳幅
起振条件
A( ) F ( ) 1
a ( ) f ( ) 2n
# 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的 信号源来自何处？ 电路器件内部噪声
9.1.2 一阶有源滤波电路
1. 低通滤波电路 传递函数
A( s ) A0 1 s
n
R1
其中 A0 1 Rf
1 n RC
特征角频率
故，幅频相应为
A( j ) A0
2 1 ( ) n
9.1.2 一阶有源滤波电路
2. 高通滤波电路 3. 带通滤波电路 可由低通和 高通串联得到
2
通带 阻带 阻 碍 测评 阴 阻 碍
1
9.1.2 一阶有源滤波电路
4. 带阻滤波电路 可由低通和高通并 联得到 必须满足 2 1
A1 A0 通带 O 测评 阻带
R1 – + C1 R R – + – + R2 R
vO
vI
C2
1
A2 A0 通带 阻带 阻 碍 O 阴 阻 碍 A A0 阴 通带
则振荡电路满足振幅平衡条件 AV FV 3 1 1
3 1 电路可以输出频率为 f 0 的正弦波 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
4. 稳幅措施
采用非线性元件 热敏元件 起振时，AV 1 Rf 3
R1
热敏电阻
即
AV FV 1
热敏电阻的作用
9.1.3 二阶有源滤波电路
1. 压控电压源低通滤波电路 归一化的幅频响应
A( j ) 1 20 lg 20 lg 2 A0 2 2 ) 1 ( ) ( n nQ
相频响应
nQ ( ) arctg 2 1 ( ) n
vI
R1
vI
R1
v– I
+
C R
vP
C2
– +
– +
vO
vO
R2
C1
1 1 低通特征角频率 R1C 1 1 2 高通特征角频率 R2 C 2
A1 A0 通带 O A2 A0 阻带 测评 通带 阻带
1
阻 碍 阴
必须满足 2 1
通带 阻 碍 测评 O 2 阴 阻 碍 A A0 阴 通带 阻带 O 阻 碍
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。 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。 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 。
3. 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）
阻 碍 阴
2Biblioteka Baidu
通带 测评 通带
阻带
O 测评 2 1 阻 碍
通带 阻 碍 测评 阴
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。
9.1.3 二阶有源滤波电路
1. 压控电压源低通滤波电路 压控电压源电路（VCVS）
AVF 1 Rf / R1
V o I o
AV Rf 功耗
AV 3
Rf 温度
Rf 阻值
AV FV 1 稳幅
4. 稳幅措施 可变电阻区，斜率
vGS=0V -1V ） 场效应管（JFET -2V iD
采用非线性元件
随vGS不同而变化
D 、R4 、C 3 整流滤波 -3V
T 压控电阻vDS
AV 1 Rp3 R3 RDS 3
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
end
9.2 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
4. 稳幅措施
1. 电路组成
反馈网络兼做选频网络
2. RC串并联选频网络的选频特性
反馈系数
FV ( s ) Vf ( s ) Z2 sCR Vo ( s ) Z 1 Z 2 1 3 sCR ( sCR) 2 1 且令 0 又 s j RC 1 则 F V 0 3 j( )
– +
C2
– + R2
vO
C1
9.1.1 正弦波振荡电路的振荡条 件 9.1.2 RC正弦波振荡电路
9.1.3 LC正弦波振荡电路 *9.1.4 非正弦波振荡电路 *9.1.5 集成函数发生器8038简介
9.1 正弦波振荡电路的振荡条件
1. 振荡条件 2. 起振和稳幅
3. 振荡电路基本组成部分
1. 振荡条件