第22讲 波形的发生与变换电路(1)

电路如何从起振到稳幅？
F 1 A
Xo Xo
稳定的 振幅
F
A
o
Xf (Xi )
起振过程的图解说明
3. 基本组成部分
1) 放大电路：放大作用 2) 正反馈网络：满足相位条件 3) 选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡 4) 非线性环节（稳幅环节）：稳幅

常合二为一
4、分析方法
1) 是否存在主要组成部分； 2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号 是否可能正常传递，没有被短路或断路；
3) 是否满足相位条件，即是否存在f0，是否可能振荡 ；
4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。
相位条件的判断方法：瞬时极性法
U
i
极性？
在多数正弦波振荡电路 中，输出量、净输入量和 反馈量均为电压量。
断开反馈，在断开处给放大电路加 f＝f0的信号Ui，且规 定其极性，然后根据 Ui的极性→ Uo的极性→ Uf的极性 若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不 可能产生自激振荡。
5、 电容三点式振荡电路(续)
（2） 改进型电容三点式振荡电路（续） （b）西勒（SeileHale Waihona Puke Baidu)振荡电路
振荡频率
f0
1 1 1 2 LC 2 L[(C1 C 2 C 3 ) // C4 ] 2 L(C 3 C4 )
( C 3、C4 C1、C 2）
讨 论
解得
即
1 R2 1 R 2C ω 2 (1 ) LC L LC L
2 O
ωO
1 LC
1 R 1 2 2 ωO L
2

1 LC
1 1 1 2 Q
ωO L Q R 电路的品质因数
1. LC并联网络的选频特性 （续）
谐振特性
当Q>>1时： 谐振阻抗
ωO
2
1 LC
2
R (ωO L) 1 L ZO YO R RC ωO L QX CO QX LO RωOC
F 1 A F 1 A A F 2nπ
幅值平衡条件 相位平衡条件
起振条件： AF 1
要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合 闸通电时对于f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满 足起振条件。
振荡平衡条件
2. 起振与稳幅
高频段 在频率从0～∞ 中必有一个频率 f0，φF＝0º 。
. Uf
. I . Uo
0， 90 f ，U f F
RC串并联选频网络的频率特性的定量分析
R∥ 1 jω C
U F f U o R
1 1 ＋R ∥ jω C jω C
F
1 3 j(ω RC 1 ) ω RC
第 二十二 讲
第九章教学要求
1、掌握正弦波振荡电路的振荡条件与组成； 2、掌握RC、LC正弦波振荡电路的工作原理，相位平衡条件 的判断与振荡频率的计算； 3、了解石英晶体振荡电路的工作原理； 4、掌握电压比较器和矩形波、三角波、锯齿波产生电路的工 作原理及振荡频率的计算； 5、了解压控振荡电路的工作原理，振荡频率的计算； 6、了解三角波-锯齿波、三角波-正弦波变换电路的工作原理 。
1 1 令f 0 ， 则F f f 2π RC 3 j( 0 ) f0 f
最大，为1/3。 当 f=f0时，不但φ=0，且 F
2. RC振荡电路的组成
同相放大电路
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3，输入电 阻尽量大，输出电阻尽量小的同相放大电路。
3. RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）
2) LC正弦波振荡电路：几百千赫～几百兆赫
3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定
按振荡频率分类 1）低频振荡电路 2）高频振荡电路
9.1.2 RC 正弦波振荡电路
1. RC串并联选频网络的频率特性
定性分析
PP.278-279
低频段
. Uf
. I . Uo
0， 90 f 0，U f F
谐振时的支路电流
| |U | | U O O I I Q I C S L Z X CO O Q
1. LC并联网络的选频特性 （续）
（2） 频率响应曲线
2、LC选频放大电路 P284
附加相移
当f=f0时，电压 放大倍数的数值 最大，且附加相 ( ) Z A 移为0。 rbe 电压放大倍数 Z0 L A( 0 ) rbe rbe RC
振荡频率的估算：
1 1 f0 2 LC 2 (L1 L2 2M)C
5、 电容三点式振荡电路
（1） 基本电容三点式振荡电路 电路 P287图9.1.13
相位平衡条件判断
A (ω 0 ) 180 o F 180
起振条件：
o
C2 rbe C1 rbe C1 R C2 R i
4、 电感三点式振荡电路
（1） 三点式LC 振荡器的工作原理
（a）电路结构
（b）相位平衡条件的判断准则
3 为异性 X1、X2电 为同性电抗同时 X1 、 路首先应是 LX C 谐振 回路，故 A (ω 0 ) 电抗。 .
180o ,
U I jX1 X1 f 又： F . 说明： UO X2 I jX2
同铭端？
注意事项： 1. 放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法； 2. 断开反馈，在断开处加 f=f0的输入电压； 3. 找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。
能产生正弦 波振荡吗？
课外作业
PP.308~311 9.5， 9.7
END
第9章 波形的发生与变换电路
9.1 正弦波振荡电路
9.2 非正弦波发生电路
9.3 波形变换电路
9.1 正弦波振荡电路
9.1.1 概述 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 石英晶体正弦波振荡电路
9.1.1 概述
1. 产生正弦波振荡的条件
产生正弦波振荡的物理过程
3、 变压器反馈式LC振荡电路
（1）原理电路 P285
相位平衡条件判断
o o A ( ) 180 180 o F
A F ( ) 0
o
（2） 振荡频率与起振条件 说明 振荡频率 起振条件
1 f0 2 LC
rbe RC M
Z0 L A( 0 ) rbe rbe RC
用同相比例运算电路作放大电路。
Rf 2 R1
二极管的作用 输出电压幅度
自动稳幅。
文氏桥振荡器的特点？ 波形较好，频率调节方 便，适合于小于1MHz 的正弦波振荡器。
U om
3R1 UD 2R1 R f
频率可调的文氏桥振荡器
P281 图9.1.7
改变电容以粗调，改变电 位器滑动端以细调。
重点与难点
重点：正弦波振荡电路的振荡条件； RC、LC振荡电 路相位平衡条件的判断与振荡频率的计算；矩形波、 三角波、锯齿波产生电路的工作原理。 难点：正弦波振荡电路的起振过程，电压比较器传输 特性，压控振荡电路的工作原理。
本次课教学要求
• 1、掌握反馈式正弦波振荡电路的振荡 平衡条件和起振条件； • 2、掌握RC串并联移相电路频率特性的 定量分析； • 3、掌握RC振荡电路相位平衡条件的判 断和振荡频率的计算； • 4、掌握LC振荡电路相位平衡条件的判 断和振荡频率的计算。
振荡频率的估算：
1 f0 2 LC
1 C1C2 2 L C1 C2
5、 电容三点式振荡电路(续)
（2） 改进型电容三点式振荡电路 （a）克拉泼（Clapp)振荡电路 电路图 P287图9.1.14 振荡频率
1 1 1 f0 2 LC 2 L(C1 C 2 C) 2 LC ( C C1、C 2 ）
PP.275-276
在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈： X o X i' X o
由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最 终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。。
1. 正弦波振荡的条件
一旦产生稳定的振荡，则 电路的输出量自维持，即 F A X X
o o
1. LC并联网络的选频特性 (1) 等效导纳 PP.282-284
及阻抗
1 Y jωC R jωL R ωL 2 j ωC 2 2 2 R (ωL) R ( ωL )
等效损 耗电阻
谐振频率
L 0 令C 2 2 ＝ ， 此时 即谐振频率 O R (L )
同轴 电位器
讨论一：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路





如何自动稳幅？
Rf采用负温度系数的热敏电阻或Rb1采用正温度系数的 热敏电阻。
讨论二：判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？
RC 移相式电路
1) RC 移相电路有几级才可能产生正弦波振荡？ 2) 若R 和C 互换呢？
9.1.3 LC 正弦波振荡电路
.
M F L
.
3、变压器反馈式LC振荡电路（续）
补充说明 （ 1 ） LC 振荡电路靠放大管的非线性特性稳幅， 动态工作点进入了截止区，集电极（漏极）电流 是失真的。 （2）由于LC谐振电路的Q值很高，高次谐波电流在 并联回路上产生的电压很小，即回路具有较好的选 频特性，所以仍能选出0的正弦波信号。

必要吗？ 反馈电压取自哪个线圈？ 反馈电压的极性？
电感的三个抽头分别接晶 体管的三个极，故称之为电 感三点式电路。
（2） 电感三点式 振荡器电路（续）
分析概要 相位平衡条件判断
A (ω0 ) 180o , F 180o
起振条件：
L1 M rbe L 2 M rbe L 2 M R L1 M R i
定量分析要点
相位平衡条件判断
采用定性分析方法，是否能找到一个频率使
A F 2nπ
振荡频率的计算
F 的虚部为零，求出 令 A ，即令 A o。 F 0
起振条件的确定
F ( ) 1 令A ，求出对放大器或放大 管参数的要求。 o
5. 分类
按选频网络分类
1) RC正弦波振荡电路：几百千赫以下
欲 使 电 路 满 足 相 位 平条 衡件 ， 必 须 有
F 180o , 即X1与X 2同 号 ， 同 时 ， X1与X 3异 号 。
（c） 振荡频率的估算： X1+X2+ X3 =0
4、电感三点式振荡电路（续）
（2） 电感三点式 振荡器电路

U f




(f f ) U i 0