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1、第八章 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,8.3 非正弦波发生器,8.5 锁相环及其在信号转换电路中的应用 （自学）,8.4 利用集成运放实现的信号转换电路 （自学）,8.1 正弦波振荡电路,一、正弦波振荡电路的基础知识,1、振荡条件,（1）负反馈放大电路自激振荡条件,当 时，,负反馈放大电路，自激振荡平衡条件：,（包含高、低频的附加相移）,（2）正反馈放大电路自激振荡平衡条件,（忽略附加相移）,起振条件：,2、正弦波振荡电路的组成及分类,（1）放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制；,（2）选频网络：确定电
2、路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡，即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，作用使输出信号幅值稳定。,3、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤,（1）观察电路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）判断放大电路是否能够正常工作，即是否有合适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输出和放大；,（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；,（4）判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件。,1、RC串并联网络的频率特性,二、RC正弦波振荡电路,RC串并联选频网络在
3、正弦波振荡电路中既为选频网络，又为正反馈网络。,低频段等效电路：,f0时，相位超前趋近于 ，,高频段等效电路：,f时，相位滞后趋近于 ，,令 时，虚部系数为零，则,当 f = f0时， ，,2、RC串并联正弦波振荡电路（桥式电路、文氏电路）,振荡的平衡条件为：,当 f = f0时， ，所以,只要为RC串并联选频网络匹配一个放大倍数等于3的放大电路就可以构成正弦波振荡电路。,为了减小放大电路对选频特性的影响，使振荡频率几乎仅仅取决于选频网络，通常引入电压串联负反馈电路。,放大电路为同相比例运算电路，RC串并联选频网络引入的是正反馈。,+,+,+,稳幅措施：R1可采用正温度系数的热敏电阻，或Rf采
4、用负温度系数的热敏电阻。,1、LC谐振回路的频率特性,三、LC正弦波振荡电路,在LC振荡电路中，当 f = f0时，放大电路的放大倍数数值最大，而其它频率的信号均衰减为零。引入正反馈后，使反馈电压作为放大电路的输入电压，以维持输出电压，形成正弦波振荡电路。,理想电路，无损耗，谐振频率为,实际的LC并联网络。,令虚部为零：,通常R很小，Q1，,（Q为品质因数）,Q值越大，阻抗越大，选择性越好。,将LC并联网络作为共射放大电路的集电极负载：,根据LC并联网络的频率特性，当 f = f0时，电压放大倍数最大，且无附加相移。对于其它频率的信号，电压放大倍数不但数值减小，而且有附加相移。电路具有选频特性
5、。,若在电路中引入正反馈，并能用反馈电压取代输入电压，则电路就成为正弦波振荡电路。,根据引入反馈的方式不同，LC正弦波振荡电路分为变压器反馈式、电感反馈式和电容反馈式三种电路；放大电路视振荡频率而定，可以用共射电路，也可以用共基电路。,2、变压器反馈式振荡电路,工作原理分析：,掌握判断电路产生正弦波振荡的可能性的方法。,1、观察电路是否存在放大电路、选频网络、正反馈网络以及稳幅环节；,2、判断电路是否能正常工作：主要判断能否设置合适第二静态工作点，交流信号传递过程中有无开路或短路情况；,3、采用瞬时极性法判断电路是否满足相位平衡条件。,-,+,uf,4、稳幅措施：利用三极管本身进行稳幅。,缺点
6、：由于耦合不紧密，损耗较大，振荡频率不够稳 定。,优点：易起振，输出波形好。,3、电感反馈式振荡电路,优点：耦合紧密，振幅大；改变电容值C可获得调节范围较宽的振荡频率；,缺点：由于反馈电压取自电感，对高频信号具有较大的电抗，输出波形中常含有高次谐波。,4、电容反馈式振荡电路,反馈电压含的高次谐波不多，因此输出波形好，但振荡频率不够稳定。,采用共基放大电路的电容反馈式振荡电路,振荡频率要求很大时，采用共基放大电路。,+,+,+,解：电路中，Ce为旁路电容，容量远大于C1和C2，对交流可视为短路。放大电路为共射电路。,C1、C2和L构成LC并联谐振网络，C2上的电压为输出电压， C1上的电压为反馈
7、电压，因而电路为电容反馈式振荡电路。,在直流通路中，电感视为短路，则晶体管的基极和集电极短路，放大电路的静态工作点不合适，应在选频网络与放大电路输入端之间加耦合电容；,在交流通路中，因为没有集电极电阻，集电极和发射极短路，输出电压恒为零。所以，必须在集电极加电阻Rc 。,改正的电路如图所示。,（1）压电效应和压电振荡,四、石英晶体正弦波振荡电路,1、石英晶体简介,在石英晶体两端加交变电压，则晶体产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场，这种现象称为压电效应。,一般情况下，无论是机械的振幅，还是交变电压的振幅都是非常小的。当交变电压的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之
8、为压电振荡。这一特定的频率为晶体的固有频率，也称谐振频率。,（2）石英晶体的等效电路和振荡频率,当 f = fs 时，RLC串联电路产生串联谐振该支路呈纯阻性。,当 f fs 时，RLC串联支路呈容性，晶体呈容性；,当 f fs 时，RLC串联支路呈感性，与电容C0并联后产生并联谐振，晶体呈阻性；,当 f fs 时，RLC串联支路呈感性，与电容C0并联后产生并联谐振，晶体呈阻性；,当 f fp 时，电抗主要决定于C0，晶体呈容性；,只有在 fs f fp的情况下，石英晶体才呈感性。,（1）并联型石英晶体正弦波振荡电路,2、石英晶体正弦波振荡电路,把石英晶体当成电感看，则 fs f fp ，即用此电感代替电容三点式中的电感，其振荡频率等于石英晶体的并联谐振频率fp 。,（2）串联型石英晶体正弦波振荡电路,只有在石英晶体呈纯阻性，即产生串联谐振时，反馈电压与输入电压同相。故振荡频率为石英晶体的串联谐振频率 fs 。调节 Rf 的阻值，可调节反馈电压，可使电路满足幅值平衡条件。,T1为共基放大电路,T2为共射放大电路,
