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1、7.1 正弦波振荡电路的基础知识 7.2 R正弦波振荡电路 7.3 LC正弦波振荡电路 7.4 石英晶体正弦波振荡电路 7.5 集成函数发生器8038简介 本章小结,第7章 波形发生电路,7.1 正弦波振荡电路的基础知识 7.1.1 自激振荡现象及其振荡条件 1.自激振荡现象 扩音系统在使用中有时会发出刺耳的啸叫声，其 形成的过程如图7.1所示。,图7.1 自激振荡现象,2.自激振荡形成的条件 振荡电路的方框图如图7.2所示。,图7.2 振荡电路的方框图,由图可得：自激振荡形成的基本条件是反馈信 号与输入信号大小相等、相位相同。 即 ，而 ，可得： (7.1) （1）反馈信号与输入信号大小相等
2、意味着 即： =1 （7.2） 称为幅度平衡条件。,（ 2）反馈信号与输入信号相位相同意味着输入 信号经过放大电路产生的相移和反馈网络的相移 之和为 即： （n=0,1,2,3,） （7.3） 称为相位平衡条件。,7.1.2 起振和稳幅 在起振阶段的幅度条件应为： （7.4） 稳幅后的幅度平衡条件为 ,7.1.3 基本组成部分 （1）放大电路 （2）反馈网络 （3）选频网络 （4）稳幅环节,7.1.4 分析方法 判断能否产生正弦波振荡的一般方法和步骤是： （1）检查基本组成部分，即是否有放大电路、反 馈网络和选频网络等。 （2）在合适的地方将振荡电路断开，使之成为 放大电路和反馈网络，如图7.
3、3所示。,图7.3 正弦振荡电路的分析示意图,（3）放大电路是否具有放大作用，例如放大电路 的结构是否合理、静态工作点是否合适等。 （4）分析是否满足相位平衡条件。 （5）分析是否满足幅值条件。,思考题 自激振荡的条件是什么？ 一个正弦波振荡电路应该由哪几部分组成？,返回,7.2 RC正弦波振荡电路 7.2.1 RC串并联网络的频率特性 RC串并联网络如图7.4所示。 图7.4 RC串并联网络,由图可知：,在实际电路中取 C1=C2=C，R1=R2=R， 则式可简化为：,RC串并联网络频率特性如图7.5所示。,图7.5 RC串并联网络的频率特性,当 f=f0 时，电压传输系数最大，即F=1/3
4、；相角为 零，即 。此时，输出电压与输入电压同相位。 当 时，F1/3，且 ，此时输出电压的 相位滞后或超前于输入电压。 由以上分析可知：RC串并联网络只在 时，输出幅度最大，而且输出电压与输入电压同相， 即相位移为零。所以，RC串并联网络具有选频特性。,7.2.2 RC桥式振荡电路的组成及原理 1.电路组成 RC桥式振荡电路如图7.6所示。,图7.6 RC桥式正弦波振荡电路,2.振荡条件 当=0时，RC串并联网络的相位移为零，放大 器是同相放大器，电路的总相位移是零，满足相位 平衡条件。由于RC串并联网络在=0时的传输系数 F1/3，因此要求放大器的总电压增益Au应大于3。 只要适当选择Rf
5、与R1的比值，就能实现Au3的要 求。,3.稳幅措施 稳幅电路由二极管D1、D2和电阻R2组成。 不论在振荡的正半周或者负半周，两只二极 管总有一只处于正向导通状态。 当振荡幅度增大时，二极管正向导通,电阻减 小，放大电路的增益下降，限制了输出幅度的增 大，起到了自动稳幅的作用。 4.估算振荡频率,思考题 为什么说RC串并联网络具有选频特性？ RC桥式振荡器是如何稳幅的？,返回,7.3 LC正弦波振荡电路 7.3.1 变压器反馈式LC正弦波振荡电路 1.电路组成 电路如图7.7所示。,图7.7 变压器反馈式LC正弦波振荡电路,2.振荡条件 利用瞬时极性法的（+）、（）来表示这种简 单的相位关系
6、。如图7.7各点标注所示。 LC正弦波振荡电路起振的幅值条件是 。 只要变压器的变比设计恰当，三极管和变压器原、副 边绕组之间的互感等参数合适，一般都可满足幅值条 件。 3.振荡频率,（7.8）,7.3.2 电感三点式正弦波振荡电路 1.电路组成 电路如图7.8(a)所示。,图7.8(a) 电感三点式正弦波振荡电路,由于这种LC并联电路中的电感有“首端”、中间 抽头和“尾端”三个端点，因此这种电路被称为电感 三点式正弦波振荡电路。 2.振荡条件 采用瞬时极性法可知该电路满足相位平衡条件。 电感三点式正弦波振荡电路的幅值条件是容易满 足的，只需要LC并联电路的Q值和三极管的 值不是 太低，而且L
7、C并联电路谐振时的阻抗在几千欧姆以 上。因此只要满足相位条件，即可起振。,3.振荡频率,（7.9）,其中是谐振回路的等效电感，即 12 （7.10） 式中的M是绕组N1与N2之间的互感。,7.3.3 电容三点式正弦波振荡电路 1.电路组成 电路如图7.9所示。,图7.9 电容三点式正弦波振荡电路,2.振荡条件 图7.9中已用（+）和（）标出了 、 和 的相位关系，可 与 都为（+），表示它们同 相，说明满足相位平衡条件。只要电路参数合适， 它也可满足幅值条件。 3.振荡频率,电容三点式改进电路如图7.10所示。,图7.10 电容三点式改进型正弦波振荡电路,（7.13） 式中的 可由下式求出：
8、在选取电容参数时，可使C1C ，且 C2C ，因此 ，（7.13）式可变为 （7.14）,思考题 总结三点式振荡器的电路连接规律，说明振荡条件的判断方法。,返回,7.4 石英晶体正弦波振荡电路 7.4.1 石英晶体的基本知识 1.石英晶体谐振器的结构 图7.11是一种金属外壳封装的石英晶体结构示 意图。,图7.11 石英晶体结构示意图,2.压电效应 若在石英晶体的两个电极上加一个电场，晶片就 会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压 力，则在晶片相应的方向上产生电场。这种物理现象 称为压电效应。 如果在晶片的两极上加一个交变电压，晶片就会 产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电
9、场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场 的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特 定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得 多，这种现象称为压电谐振。,图7.12 石英晶体的符号、等效电路,3.符号和等效电路 石英晶体谐振器的符号和等效电路如图7.12所示。,当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器 0，称为静电电容。0的大小与晶片的几何尺寸、 电极面积有关，一般约几个皮法到几十皮法。 当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等 效。一般L的值为几十毫亨至几百亨。,晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般 只有0.00020.1 pF。晶片振动时因摩擦而造成的损 耗用R来
10、等效，它的数值约为100。由于晶片的等 效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因 数Q很大，可达104106。加上晶片本身的谐振频率 基本上只与晶片的切方式、几何形状、尺寸有关，而 且可以做得很精确，因此利用石英谐振器组成的振荡 电路可获得很高频率稳定度。,4.谐振频率 从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐 振频率，即 （1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效 阻抗最小（等R）。串联谐振频率为 （7.15）,（2）当频率高于时，L、C、R支路呈感性，可与电容C0发生并联谐振、并联谐振频率为 （7.16）,由于CC0，因此fs和fp非常接近。,石英晶体的电抗频率特性曲线如图7.
11、12 （c）所示。,图7.12（c） 石英晶体的电抗频率特性（设R0）,可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联谐振频率fp时，石英晶体都呈容性。仅在fsffp狭窄的范围内，石英晶体呈感性。,7.4.2 石英晶体正弦波振荡电路 1.并联型石英晶体正弦波振荡电路 电路如图7.13所示。,图7.13 并联型石英晶体正弦波振荡电路,2.串联型石英晶体正弦波振荡电路 利用fsfp时石英晶体呈纯阻性、相移为零的特 性构成正弦波振荡电路，如图7.14所示。,图7.14 串联型石英晶体正弦波振荡电路,思考题 石英晶体具有什么特性？ 石英晶体振荡电路的优点是什么？,返回,7.5 集成函数发生器8038简
12、介 7.5.1 8038的工作原理 8038能输出方波、三角波、正弦波和锯 齿波等四种不同的波形，其内部原理电路框图如图 7.15所示。,图7.15 8038的原理电路框图,7.5.2 8038的典型应用 8038管脚排列如图7.16所示。,图7.16 8038管脚图（顶视图）,由图7.16可见，管脚8为调频电压控制输入端，管脚7输出调频偏置电压，其值（指管脚6与7之间的电压）是（VCCVEE）5，它可作为管脚8的输入电压。 此外，该器件的方波输出端为集电极开路形式，一般需在正电源与9脚之间外接一个电阻，其值常选用10k左右，如图7.17所示。,图7.17 8038接成波形发生器,当电位器RP
13、1动端在中间位置，并且图中管脚8与 7短接时，管脚9、3和2的输出分别为方波、三角波和 正弦波。电路的振荡频率f约为 。调节RP1、 RP2可使正弦波的失真达到比较理想的程度。,思考题 试利用8038接成图7.17电路，用示波器测试8038的3个端输出的波形。,返回,本 章 小 结 1. 本章介绍的正弦波振荡电路是利用选频网络通 过正反馈产生自激振荡的，它的相位平衡条件是 ，幅值平衡条件是 。 2. 正弦波振荡电路一般有放大、反馈、选频和 稳幅四个基本组成部分。按构成选频网络的元件不 同，正弦波振荡电路可分为RC、LC（包括石英晶 体）两大类。,3. RC正弦波振荡电路的振荡频率较低，在常用的
14、RC串并联式正弦波振荡电路中当R12，C12C时，它的振荡频率是 幅度平衡条件要求它的A3，相位平衡条件要求它的 =0。,. LC正弦波振荡电路可产生频率很高的正弦 波，它的电路一般由分立元件组成。LC正弦波振荡 电路有变压器反馈式，电感三点式和电容三点式三 种，它们的振荡频率由谐振回路决定，即 f0 LC正弦波振荡电路的幅值条件容易满足，关于 相位条件分析有以下几点值得注意：,（1）对于谐振频率，LC谐振回路的阻抗呈纯阻 性。 （2）变压器原边绕组和副边反馈绕组通常各有一 端交流接地，其余两个端点若互为同名端则相位相 同，否则相位相反。 （3）电感三点式正弦波振荡电路中电感中间抽头 的交流瞬时电位一定在“首”、“尾”两端点的瞬时 电位之间，电容三点式正弦波振荡电路的情况与之类 似。,5. 石英晶体发生串联谐振时，其阻抗呈纯阻性， 而在fs ffp 极窄的频率范围内呈感性。利用前者和 后者可分别组成串联型和并联型石英晶体正弦波振 荡电路。,6. 判断正弦波振荡电路能否振荡的一般方法和 步骤是： （1）观察电路是否具有放大、选频、反馈、稳 幅等正弦波振荡电路的基本组成部分。 （2）检查它的放大电路的静态工作点是否合适， 集成运放的输入端是否有直流通路。 （3）分析是否满足相位平衡条件。 （4）再检查是否满足幅值平衡条件。,返回,本 章 完,
