波形产生及变换电路

RC文氏桥振荡
电路的稳幅作用是
靠热敏电阻R4实现
的。R4是正温度系数热敏电阻，当输出电压
升高，R4上所加的电压升高，即温度升高，
R4的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。
反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系
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数，应放置在R3的位置。见图11.03。
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采用反并联二极管的稳幅电路如图7.4所示。
振荡电路而有所不同。
一、LC并联谐振电路的频率响应 二、变压器反馈LC振荡器 三、电感三点式LC振荡器
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1、LC并联谐振电路的频率响应 LC并联谐振电路如图7.5（a）所示。显然
( ) f [V ( )] 输出电压是频率的函数： V o i 输入信号频率过高，电容的旁路作用加强， 输出减小；反之频率太低，电感将短路输出。 并联谐振曲线如图7.5（b）所示。
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判断振荡的一般方法是: (1) 是否满足相位条件, 即电路是否为正反馈, 只有满足 相位条件才有可能振荡。

A F 2n
n=0，1，2，…
(2) 放大电路的结构是否合理, 有无放大能力, 静态工作
点是否合适。
(3) 分析是否满足幅度条件, 检验 A F ① ② ③
0
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1 RC
1 f0 2π RC
11
幅频特性:
F
1 (1 R1 C2 2 1 ) (R1C2 )2 R2 C1 R2C1
32 (
1
0 2 - ) 0
相频特性:
1 当 f=f0 时的反馈系数 ,且与频 3 率f0的大小无关。此时的相角 F=0。即改
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2、 RC文氏桥振荡电路
(1) RC文氏桥振荡电路的构成
RC文氏桥振荡电路如图7.3所示，RC 串并 联网络是正反馈网络，另外还增加了R3和R4负 反馈网络。
C1、R1和C2、 R2正反馈支路与 R3、R4负反馈支 路正好构成一个 桥路，称为文氏 桥。
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图7.3 RC文氏桥振荡电路
(a)
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(b)
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图7.13 例题7.1的电路图
5、石英晶体LC振荡电路
利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡 电路，如图7.14所示。
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(a)串联型 f0 =fs （b）并联型 fs <f0<fp 图7.14 石英晶体振荡电路
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石英晶体的
阻抗频率特性曲
线见图7.15, 它有一个串联谐 振频率fs,一个并 联谐振频率 fp， 二者十分接近。
7.2 非正弦波发生电路
1、方波发生电路 2、三角波发生电路 3、锯齿波发生电路
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1、方波发生电路
方波发生电路是由滞回比较电路和 RC定时电路 构成的，电路如图7.16所示。
(1)工作原理
电源刚接通时, 设 vC 0, vO VZ ,
R2VZ 所以VP R1 R2 vC 升高。参阅 电容C充电， 图7.17。
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有关同名端的极性 请参阅图7.7。 变压器反馈LC振荡 电路的振荡频率与并联 LC谐振电路相同，为
1 f0 2π LC
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图7.7 同名端的极性
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3、电感三点式LC振荡器
图7.8 为电感三点式LC振荡电路。电感线圈L1和L2是一 个线圈，2点是中间抽头。如果设某个瞬间集电极电流减小， 线圈上的瞬时极性如图所示。反馈到发射极的极性对地为 正，图中三极管是共基极接法，所以使发射结的净输入减 小，集电极电流减小，符合正反馈的相位条件。 图7.9 为另一种电感三点式LC振荡电路。
Q I L /I I C / I 0 L / R 1/ 0CR
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对于图7.5(b)的谐振曲线，Q值大的曲线较陡较窄，图 中Q1＞Q2。并联谐振电路的谐振阻抗
L Q L Z0 Q 0 L Q RC 0C C
谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。
F
0 1 R1C 2 R2 C1 F -arct g -arct g 0 R1 C 2 3 1 R2 C1
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变频率不会影响反馈系数和相角，在调节 谐振频率的过程中，不会停振，也不会使 输出幅度改变。如图7.2（b）所示。
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图7.2（b) RC串并联网络的频率特性曲线
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f Z2 R2 /(1 jR2 C 2 ) V F o Z 1 Z 2 R1 (1 / jC1 ) + [ R2 /(1 jR2 C 2 )] V

R2 [ R1 (1 / jC1 )](1 jR2 C 2 ) R2
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, 若
AF 1

, 则不可能振荡。 , 能振荡, 但输出波形明显失真。 , 产生振荡。振荡稳定后 A F 1

A F 1


AF 1
。再加上
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稳幅措施, 振荡稳定, 而且输出波形失真小。
•
为了保证输出波形为单一频率的正弦波，要求 振荡电路必须具有选频特性。选频特性通常由选 频网络实现。选频网络可设置在放大wenku.baidu.com路中，使 具有选频特性；也可设置在反馈网络中，使 F 具 A 有选频特性，因此振荡电路仅对某一频率成分的 信号满足振荡的相位条件和幅度条件，该信号的 频率就是该振荡电路的振荡频率。
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（a）LC并联谐振电路 （b）并联谐振曲线 图7.5 LC并联谐振电路与并联谐振曲线
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谐振时 谐振频率
0 L -
1 0 0C
1 f0 2π LC
考虑电感支路的损耗， 用R表示，如图7.6所示。 图7.6 有损耗的谐振电路
谐振时电感支路电流或电容支路电流与总电流 之比，称为并联谐振电路的品质因数
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3
X i
＋
X i
A
X f
Xo
F
图7 . 1 正弦波产生电路的基本结构
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正弦波发生电路的基本结构是引入正反馈的反馈网 络和放大电路, 如图6 - 15所示。接成正反馈是产生振荡
的首要条件, 又称为相位条件。为了使电路在没有外加
信号时 X i 0 时满足
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(a) 稳幅电路 (b) 稳幅原理图 图11.04 反并联二极管的稳幅电路 当V 大时，二极管支路的交流电流较大，
7.1.3 LC正弦波振荡电路
LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡
电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、选频
网络和稳幅电路。这里的选频网络是由LC并联谐 振电路构成，正反馈网络因不同类型的LC正弦波
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1、 RC网络的频率响应
RC串并联网络的电路如图7.2(a) 所示。RC串联 臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。其 频率响应如下:
Z1 R1 (1 / jC1 )
Z 2 R2 //(1 / jC2 ) R2 1 jR2C2
图7.2（a）RC串并联网络
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2、变压器反馈LC振荡电路
变压器反馈LC振荡电路如图7.6所示。 LC并联谐振电路作 为三极管的负载，反馈线 圈L2与电感线圈Ｌ相耦合, 将反馈信号送入三极管的 输入回路。交换反馈线圈 的两个线头，可使反馈极 性发生变化。调整反馈线 圈的匝数可以改变反馈信 号的强度，以使正反馈的 图7.6 变压器反馈LC振荡电路 幅度条件得以满足。
图7.15 石英晶体的电抗曲线
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对于图7.14(a) 7.14(b)的电路与电感三点式振荡 的电路，满足正反馈的条 件，为此，石英晶体必须呈电感性才能形成 电路相似。要使反馈信号能传递到发射极， LC并联谐振回路，产生振荡。由于石英晶体 为此石英晶体应处于串联谐振点，此时晶体 的Q值很高，可达到几千以上，所示电路可以 的阻抗接近为零。 29 获得很高的振荡频率稳定性。
第7章 波形产生及变换电路
7.1 正弦波振荡电路
7.2 非正弦波振荡电路
7.3 波形产生及变换的Multisim 仿 真举例
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教学目标
• 了解各种类型的信号波形
• 掌握正弦波的产生原理 • 理解非正弦波振荡电路的工作原理
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7.1.1 产生正弦波的振荡条件
正弦波振荡电路是用来产生一定频率和幅度的 正弦交流信号的，其频率范围较广。在第5章我们 了解自激振荡现象，当放大电路在一定的条件下就 会产生自激振荡。在放大电路中自激是非正常工作 状态，必须设法消除它。而本节讨论的振荡电路， 正是利用自激振荡来产生正弦波。
2016/5/19 图7.8
电感三点式LC振荡器（CB）
24） 图7.9电感三点式LC振荡器（CE
分析三点式LC振荡电路常用如下方法，将谐振回 路的阻抗折算到三极管的各个电极之间，有Zbe、Zce、 Zcb ,如图7.10所示。 对于图7.11 Zbe是L2、 Zce是L1、 Zcb 是C。可以证明若满足相位平衡条件， Zbe和Zce必须同 性质，即同为电容或同为电感，且与Zcb性质相反。
图7.10 三点式振荡器
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25 图7.11 三点式振荡器实际电路
4、电容三点式LC振荡电路
与电感三点式LC振荡电路类似的有电容三点式 LC振荡电路，见图7.12。
（a）CB组态
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（b）CE组态
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图7.12 电容三点式LC振荡电路
例7.1：图7.13为一个三点式振荡电路，试判断是 否满足相位平衡条件。
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图7.16 方波发生器
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当 vC VN VP 时，
vO -VZ
，所以
VP R2VZ R1 R2
vC 下降。 电容C放电，
当 vC VN VP ，vO VZ 时，返回初态。 方波周期 Ｔ 用过渡过 程公式可以方便地求出
2 R2 T 2 Rf C ln(1 ) R1
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7.1.2 RC正弦波的振荡电路
• RC正弦波振荡电路可分为RC串并联正弦波振荡 电路、移相式正弦波振荡电路和双T网络正弦波 振荡电路。 • 本节主要介绍RC串并联正弦波振荡电路，它又称 为文氏桥正弦波振荡电路，因为它具有波形好、 振幅稳定、选频调节方便等优点，应用十分广泛。 其电路主要结构是采用RC串并联网络作为选频和 反馈网络。 • 在分析正弦波振荡电路时，关键是要了解串并联 网络的选频特性，才能分析它振荡的工作原理。
R2 R1 (1 / jC1 ) + jR1 R2 C 2 R2 C 2 / C1 R2
(1 1 R1 C 2 1 ) j(R1C 2 ) R2 C1 R 2 C1
1 谐振频率为: f0= 2π R1 R2C1C2
当R1 = R2，C1 = C2时，谐振角频率和谐振频率分别为:
o 二极管工作在 A、B点，电路的增益较大， R"p R 3 电路的电压增益为 RD较小， Avf较小，于是VA (b)可看 o下降。由图 vf = 1 + 引起增幅过程。当输出幅度大到一定程度，增 R'p R4 出二极管工作在C、D点所对应的等效电阻， 式中 R"p是电位器上半部的电阻值，R'p是 益下降，最后达到稳定幅度的目的。 小于工作在A、B点所对应的等效电阻，所以输 电位器下半部的电阻值。 R'3= R3 // RD，RD是并 出幅度小。 联二极管的等效平均电阻值。
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当C1 =C2、R1 =R2时:
1 f f0 2π RC f 1 V F o 3 V
F=0
为满足振荡的幅度条件 A F =1，所以 Af≥3。加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。
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R3 Af 1 3 R4
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(2) RC文氏桥振荡电路的稳幅过程

, 就产生振荡, 所以还要求电路在开环
X f X i' , 或 A F X i' X i'
即




AF 1
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正弦波产生电路一般应包括以下几个基本组成部分 :
(1) 放大电路。
(2) 反馈网络。
(3) 选频网络。
(4) 稳幅电路。 判断一个电路是否为正弦波振荡器, 就看其组成是否 含有上述四个部分。