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1、杨 凌 模 拟 电 子 线 路 第10章第10章 信号的产生电路10.0 引言 信号产生电路正弦波产生电路非正弦波产生电路正弦波振荡电路的应用十分广泛.在通信、广播、电视系统中,都需要射频(高频)发射,这就需要能产生高频信号的振荡10.0 引言器. 在工业、农业、生物医学等领域内, 如高频感应加热、熔炼、淬火、超声波焊接、超声诊断、核磁共振成像等,都需要功率或大或小,频率或高或低的振荡器. 非正弦信号(方波、锯齿波等)发生器在测量设备、数字系统及自动控制系统中的应用也日益广泛.本章重点讨论正弦波振荡器的原理及基本电路.同时,也给出了几种常见的非正弦波产生电路.10.1 正弦波振荡电路的振荡条件
2、图 10.1(b) AXfXaXo F21 Xf Xo Xf = = 1 Xa Xa Xo AF =1 (10-1) 基本放大电路 AXfXaXiXo反馈网络 F(a)10.1 正弦波振荡电路的振荡条件 A = A a F = F f AF =AF a+f =1 AF =AF =1a+f =2n（n = 0,1,2,）按选频网络分类RC振荡器 (1Hz1MHz )LC振荡器 ( 1MHz )石英晶体振荡器( 频率稳定度高 )分析方法:由于正弦波振荡电路中的放大器件是工作在线性区或接近线性区,所以,可近似按线性电路来处理.振荡的起振、平衡、稳定条件10.2 RC正弦波振荡电路一、 电路原理图放大
3、电路A选频网络Z1、Z2正反馈网络稳幅电路Rf、R1文氏桥振荡器图 10.2Vo + Vi= Vf Z1RRfR1CRCZ2Av Fv +A10.2 RC正弦波振荡电路二、 RC串并联网络的选频特性+ Vf Z1RCRCZ2+ VoVf(s) Z2 sRCFv (s) = = =Vo(s) Z1+Z2 1+3sRC +(sRC)21 0 = RCjRC 1Fv = = (10-2) (12R2C2 ) +j3RC 03+ j( ) 0 f = arctg3 0( ) 0 1Fv = 032+( )2 0 10.2 RC正弦波振荡电路1 1 =0 = or f = f0 = RC 2RC1Fvm
4、ax= ，f = 03/00.1 1 100.40.30.20.10Fv13图 10.3/00.1 1 1090o60o30o0of30o60o90o10.2 RC正弦波振荡电路三、振荡的建立与稳定R f Av =1+ R11 =0 = RC 1Fv= 3 AF 1 Av 3 Rf 2 R1 (10-3)式(9-3)表明:为了确保振荡的建立,必须满足Rf 2 R1的条件.四、振荡频率与振荡波形1 f0 = (10-4)2RC10.2 RC正弦波振荡电路Av 略大于3时,输出波形为正弦波;当Av3时,波形将产生严重的非线性失真.五、稳幅措施 非线性元件 1、热敏电阻 Rf Vo If Rf Av
5、 Vo 2、JFET JFET工作在可变电阻区时,其漏源电阻RDS受栅源电压VGS的控制.通过改变VGS的大小,可以调整负反馈的强弱以稳定输出电压.10.2 RC正弦波振荡电路RW4R1RW1R3RW3图 10.4vO VDR4C11AV C12C13C21C22C23RW2R2C3VTR5+A10.2 RC正弦波振荡电路【例10-1】RC文氏桥振荡电路如图10.5所示. 已知A的最大输出电压为14V.试完成下列各题:(1) 分析电路的稳幅原理;(2) 估算Vom;(3) R2=0时,vO的波形如何?(4) R2,vO的波形如何?图 10.5C0.015FR29.1kR15.1kvO R32.
6、7kR 10kD1C 0.015FD2+AR 10k 课堂练习10.2 RC正弦波振荡电路移相振荡器图 10.61 f0 (10-5)2 6 RCa=180of =180o满足相位条件适当调节Rf,使Av适当,即可满足振幅条件.RfvO RCRCCR +A10.3 LC正弦波振荡电路LC振荡电路主要用来产生高频正弦信号(f1MHz).它与RC振荡电路产生正弦振荡的原理基本相同,它们在电路组成方面的主要区别是, RC振荡电路的选频网络由电阻和电容组成.而LC振荡电路的选频网络由电感和电容组成.一、LC选频放大电路的频率特性LC并联谐振回路如图10.7所示.其中,R表示回路的等效损耗电阻,且通常有
7、R1, 所以4、回路的频响曲线如图10.8所示.10.3 LC正弦波振荡电路2+ 0O(a)Z / Z0 12 0Q2+ 0O(b)+90o2 090oQ图 10.8二、变压器反馈式LC振荡电路10.3 LC正弦波振荡电路图 10.9RB2RERB1+VCCC1TCECL(a)M+VDDRGCGTCL(b)RMTCML2L110.3 LC正弦波振荡电路三、三点式振荡电路1、电感三点式振荡电路 Hartley 振荡电路图 10.10R2RER1+VCCCB TCEvbC123Mb(+)(+)()vfN1 L1N2 L210.3 LC正弦波振荡电路图10.10是带有一个BJT的Hartley 振荡
8、器及其交流等效电路 (也可用FET取代BJT) .LC并联谐振电路产生振荡频率,由电感L1和L2之间的分压提供反馈.1 =0 = (10-11)(L1+L2+2M)C 1 或 f = f0 = (10-12)2 (L1+L2+2M)C 2、电容三点式振荡电路 Colpitts 振荡电路图10.11是带有一个BJT的Colpitts 振荡器及其交流等效电路.10.3 LC正弦波振荡电路1RER1+VCCCBTR2CEvbC1 23b(+)(+)()vfC2Lvo图 10.111 1=0 或 f = f0 (10-13) C1C2 L C1+C2 C1C2 2 L C1+C2 TC2C1L10.4
9、 石英晶体振荡电路一、正弦波振荡电路的频率稳定问题频率稳定度:f /f0 . f0为振荡频率, f 为频率偏移.对LC振荡电路:Q f /f0 .一般的LC振荡电路,其Q值只可达数百.在要求频率稳定度高的场合,往往采用石英晶体振荡电路,其频率稳定度可高达109甚至1011.二、石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体具有压电效应.给晶体两端施加电压时,晶体会表现出电子机械谐振特性.振荡相对与时间和温度是非常稳定的.振荡频率由晶体的尺寸和切割方向决定.这意味着晶体振10.4 石英晶体振荡电路荡器是具有固定频率的设备.图10.12示出了石英晶体的一种结构.图10.13示出了石英晶体的电路符号、等效电路
10、和电抗特性.图 10.1210.4 石英晶体振荡电路图 10.13(a)(b)(c)CRC0LXpOs感性容性C0 切片与金属板构成的静电电容; L晶体的质量(惯性);C 晶体的弹性; R晶片振动时,因摩擦而造成的损耗.10.4 石英晶体振荡电路由图10.13可知:石英晶体有两个谐振频率,且非常接近.串联谐振频率:1 fs = (10-14)2 LC并联谐振频率:1 C fp = 1+ =2 LC C0C fs 1+ (10-15)C0CC0 fsfpf=fs时,晶体呈纯阻性,且其阻值很小; fs ffp时,晶体呈感性.10.4 石英晶体振荡电路三、石英晶体振荡器1、串联石英晶体振荡器T2 T1RE1RB1+VCCC1RB2C2(+)(+) RvoRC1(+)图 10.14f=fs时,晶体呈纯阻性,且相移为零.10.4 石英晶体振荡电路2、并联石英晶体振荡器图 10.15fs ffp时,晶体呈感性Colpitts 振荡电路LeqCsQ f /f0 C1C2voCS+A10.5 非正弦信号产生电路很多系统,特别是数字电子系统,都采用非正弦方波振荡器来产生系统的时钟信号.用特定高度和宽度的脉冲启动
