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1、2019/10/23,1,第7章 振荡器及波形 产生电路,2019/10/23,2,本章基本要求,掌握正弦波振荡器的振荡条件、电路组成、工作原理及分析方法；RC正弦波振荡器、LC反馈式正弦波振荡器、LC三点式正弦波振荡器以及石英晶体振荡器的电路组成、选频特性、振荡频率及特点等； 了解非正弦波振荡器的电路组成及工作原理。,2019/10/23,3,信号发生器按产生的波形特点可分为,信号发生器常称为振荡器,正弦波信号发生器是按照自激振荡原理构成的。,2019/10/23,4,7.1 正弦波振荡器的振荡条件,从电路结构上看，振荡器是一种不需要外加输入信号带选频网络的正反馈放大器。 振荡器按照振荡频率
2、的高低可分为低频振荡器和高频振荡器； 根据选频网络的不同，可分为RC振荡器，LC振荡器，石英晶体振荡器； 按产生的波形不同可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器。,2019/10/23,5,7.1.1 振荡器的平衡振荡,1产生正弦波自激振荡的平衡条件,由图7-0可得,2019/10/23,6,7.1.1 振荡器的平衡振荡,则可以产生自激振荡,2019/10/23,7,振荡器的平衡振荡条件,知电路产生自激振荡的平衡条件为,2019/10/23,8,7.1.2 振荡器的起振条件和稳幅,当振荡器稳定工作时，,振荡器的起振条件为：,2019/10/23,9,7.1.3 振荡器的组成及分析 1振荡器的基本组
3、成,放大环节,正反馈网络,选频网络,稳幅环节,2019/10/23,10,2. 振荡器的分析,一般步骤为：,（1）检查振荡器是否具有振荡器的几个基本环节，即是否有放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅环节（选频网络常和正反馈网络合而为一，有些振荡器没有单独的稳幅部分）。,（2）检查放大电路是否具有合适的静态工作点。,（3）判断振荡器是否满足正反馈自激振荡的相位平衡条件。,（4）判断振荡器是否满足幅值的起振条件和平衡条件，并由此确定相关的放大电路和反馈网络的参数。,2019/10/23,11,7.2 RC正弦波振荡器,正弦波振荡器的分类,RC型振荡器,LC型振荡器,晶体振荡器,2019/10/23
4、,12,7.2 RC正弦波振荡器 7.2.1.1 RC串并联网络的频率特性,Z1,Z2,2019/10/23,13,Z1,Z2,当角频率较低时,2019/10/23,14,当角频率较高时,Z1,Z2,2019/10/23,15,由图7-3有：,为了方便调节振荡频率，一般取,令,2019/10/23,16,其幅频特性和相频特性分别为：,（7-7）,（7-8）,时,时,时,相频特性曲线,幅频特性曲线,2019/10/23,17,8.2.1.2 RC串并联正弦波振荡器,选频网络 反馈网络,放大电路,1.电路组成,2019/10/23,18,2. 工作原理,2019/10/23,19,稳幅措施,图7-
5、8是利用二极管的非线性自动实现稳幅的电路。,选频网络 反馈网络,限幅网络,【例7-1】链接,2019/10/23,20,7.2.2 移相式RC振荡器,2019/10/23,21,在图7-10中，第三级RC网络的电阻是放大器的输入电阻。,通常取,由相位平衡条件和幅值平衡条件推得：,2019/10/23,22,7.2.3 双T选频网络RC振荡器,双T选频网络RC振荡器电路原理图如图7-11所示。,2019/10/23,23,7.3 LC正弦波振荡器,7.3.1 LC并联网络的频率特性,如图7-12所示是一个LC并联电路，其中r是电感和电路中其他损耗的总等效电阻。,并联LC电路的等效阻抗表达式为：,
6、2019/10/23,24,（7-12）,7.3.1 LC并联网络的频率特性,2019/10/23,25,谐振时的阻抗为,2019/10/23,26,其幅频特性和相频特性分别为,2019/10/23,27,从以上分析可以得到如下几个结论,（1）并联网络具有选频特性。当电流源频率为 时， ， ，达到最大值且为纯阻性；当 时， 值大大减小，且相角 故可将频率 为的正弦信号从各种谐波中选择出来。 （2）电路的品质因素 越大，幅频特性越尖锐，选择性越好，同时 越大。故要提高选择性，可以通过降低等效电阻r或电容C、或提高电感L来实现。,2019/10/23,28,7.3.2 变压器反馈式振荡器,如图7-
7、13所示为变压器反馈式正弦波振荡器。,2019/10/23,29,a. 用LC并联谐振回路作为选频网络,b. 主要用来产生1 MHz以上的高频信号,主要特点,c. 频率稳定性较好,2019/10/23,30,首先判断电路是否满足振荡的相位平衡条件。,满足相位平衡条件,断开反馈回路,2019/10/23,31,【例7-2】,2019/10/23,32,7.3.3 电感三点式振荡器,图7-17所示是三点式振荡器的交流等效电路的一般形式，三极管的3个电极b、e、c分别接谐振回路的3个引出端。当 时，集电极输出回路的阻抗为,2019/10/23,33,图7-17 三点式振荡器交流等效电路,2019/1
8、0/23,34,电路谐振时，回路呈纯阻性，在平衡状态下，振荡频率近似等于回路的谐振频率，即能满足,2019/10/23,35,于是可得到LC三点式振荡器相位平衡条件的判断准则：,(1) 1与2 为同性质电抗； (2) 1、2 与3 为异性质电抗。,换句话说，与三极管发射极相连的电抗应为同性质电抗，接在B-C极之间的电抗与前者互为异性质电抗。,射同他异,2019/10/23,36,7.3.3 电感三点式振荡器,2019/10/23,37,振荡电路的交流通路,2019/10/23,38,2019/10/23,39,振荡频率取决于LC并联谐振回路的谐振频率,（7-23）,振荡电路的起振条件,（7-2
9、4）,电路特点,a. 电感L1与L2之间耦合很紧，容易起振。,b. 输出波形中含有高次谐波，波形较差。,2019/10/23,40,7.3.4 电容三点式振荡器,电容三点式振荡器如图7-19所示。,电容器的三个端子分别与T的三个电极相连接，故称之为电容三点式振荡电路。,（7-25）,2019/10/23,41,改进型电容三点式振荡器,2019/10/23,42,振荡频率,（7-27）,电路特点：,a. 容易起振；,c. 输出波形中高次谐波少，波形好；,d. 改变电容时，容易停振。,b. 振荡频率高；,2019/10/23,43,7.4 石英晶体振荡器 7.4.1 石英晶体的基本特性,(a) 各
10、向异性,(b) 具有压电效应,(1) 压电效应,a. 石英晶体的基本特性,2019/10/23,44,压电效应,在晶片的两侧施加压力，又会产生电场。,在晶片的两面之间加电场，就会产生机械变形。,当交变电压的频率等于晶片的固有机械振动频率时，振幅急剧增加，这种现象称为压电谐振。,当在晶片的两电极之间加交变电压时，晶片就会产生机械变形振动。,压电谐振,2019/10/23,45,7.4.2. 石英晶体的等效电路,r 等效晶片振动时内部的摩擦损耗,C0 两金属电极间形成的静电电容,L 等效晶片振动时的惯性,C 等效晶片振动时的弹性,等效电路,2019/10/23,46,电路特点：,a. L很大，C和
11、r很小；,b . Q很高，达104106；,c. 频率稳定度（f /f0）很高。,3种振荡电路的频率稳定度,RC振荡器 102,LC振荡 103 104,石英晶体振荡 1091011,2019/10/23,47,忽略r的影响，图7-22(a)所示电路可得石英晶体的等效阻抗。,当f fs时，X 0，电路呈容性。,当f fs时，X 0，电路呈感性。,a. 当 12LC =0 时，X=0,电路发生串联谐振,2019/10/23,48,并联谐振频率,X = ,b. 当j (C0+C2LCC0 ) = 0时,电路发生并联谐振,2019/10/23,49,7.4.3 石英晶体振荡器 7.4.3.1 并联型
12、石英晶体振荡器,谐振频率,2019/10/23,50,7.4.3.2 串联型石英晶体振荡器,【例7-3】链接,2019/10/23,51,7.5 非正弦波发生器,主要组成部分,(1) 具有开关特性的器件（如电压比较器、BJT等）,(2) 反馈网络,主要作用 产生高、低电平。,主要作用 将输出电压适当地反馈给开关器件 使之改变输出状态。,(3) 延时环节,主要作用 实现延时，以获得所需要的振荡频率。,2019/10/23,52,7.5.1 矩形波发生器,7.5.1.1 电路组成和工作原理,矩形波发生器的电路如图7-27所示，它是由一个滞回比较器，外加RC充放电电路构成。,迟滞比较器,延迟环节,2
13、019/10/23,53,工作原理,设初始时电容上没电荷，,设t = 0 时,uC(0) = 0,uo= +UZ,则,2019/10/23,54,uC按指数规律上升,a. 当t 0时,电容C充电,uo=+UZ,2019/10/23,55,b. 当uCFUZ 时,U+= FUZ,uo= UZ,- FUZ,+ FUZ,2019/10/23,56,c. 当uo= UZ时,U+= FUZ,uC按指数规律下降,电容C放电,0,+UZ,-UZ,- FUZ,+ FUZ,uC充电,uC放电,2019/10/23,57,c. 当uo= UZ时,U+= FUZ,0,+UZ,-UZ,- FUZ,+ FUZ,uC按指
14、数规律下降,电容C放电,uC充电,uC放电,2019/10/23,58,d. 当uC FUZ 时,U+=FUZ,uo=UZ,uC充电,uC放电,2019/10/23,59,e. 当uo=+UZ时,U+=FUZ,uC又按指数规律上升,电容C又充电,uC充电,uC放电,2019/10/23,60,uo为方波,2019/10/23,61,7.5.1.2 振荡周期和频率,电容充电、放电过程可以用方程表示为,充放电时间,矩形波的周期,矩形波的频率,占空比,2019/10/23,62,7.5.1.3 占空比可调的矩形波发生器,2019/10/23,63,7.5.2 三角波发生器,1. 电路组成,迟滞比较器
15、,积分器,2019/10/23,64,2. 工作原理,时,由叠加定理可得滞回比较器的同相端的电压为,（7-46）,2019/10/23,65,输出电压,电容 C充电,uo随时间线性下降,设uC(0)=0,2019/10/23,66,得uo1翻转时的输出电压,2019/10/23,67,(3) 当 uB0时,电容器放电,输出电压,uo随时间线性上升,2019/10/23,68,(4) 当 u+0时,得uo1翻转时的输出电压,2019/10/23,69,(4) 当 u+0时,得uo1翻转时的输出电压,2019/10/23,70,迟滞比较器输出波形图,输出波形图,2019/10/23,71,(5)
16、振荡频率,三角波从零上升到Uom的时间是T/4。,由图可知,故电路的振荡周期,2019/10/23,72,7.5.3 锯齿波发生器,如果在图7-33所示的三角波发生器中，使积分电路的充电和放电时间常数不同，就可得到上升时间和下降时间不同的锯齿波，实现锯齿波的电路如图7-33所示。,2019/10/23,73,振荡周期,2019/10/23,74,本章小结,掌握振荡器维持振荡的条件是什么？起振的条件是什么？ RC振荡器有哪几种基本电路？各自的工作原理是什么？ LC振荡器有哪几种基本电路？如何确定电感线圈在振荡电路中的同名端？ LC三点式振荡器的判断准则是什么，其依据是什么？,2019/10/23,75,谢谢！,
