1、第第11章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 11.1 正弦波振蕩器正弦波振蕩器11.2 非正弦波振蕩器非正弦波振蕩器11.3 單片集成函數(shù)發(fā)生器單片集成函數(shù)發(fā)生器11.4 Multisim 仿真仿真LC諧振放大器的特性諧振放大器的特性第第11章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 學習本章后，讀者可以了解：學習本章后，讀者可以了解：正弦波振蕩器的原理、組成和振蕩過程，正弦波振蕩器的分正弦波振蕩器的原理、組成和振蕩過程，正弦波振蕩器的分析方法；析方法；RC串并聯(lián)電路的選頻特性，串并聯(lián)電路的選頻特性，RC串并聯(lián)正弦波振蕩器的組成、串并聯(lián)正弦波振蕩器的組成、工作原理和特性參數(shù)的計算；工作原理和特性參數(shù)的計算；L

2、C并聯(lián)諧振電路的特性，并聯(lián)諧振電路的特性，LC選頻放大電路；選頻放大電路；變壓器反饋式、電感反饋式和電容反饋式變壓器反饋式、電感反饋式和電容反饋式LC振蕩電路的組成、振蕩電路的組成、工作原理和特性參數(shù)的計算；工作原理和特性參數(shù)的計算；石英晶體諧振器的結(jié)構(gòu)和選頻特性，石英晶體正弦波振蕩器；石英晶體諧振器的結(jié)構(gòu)和選頻特性，石英晶體正弦波振蕩器；單片集成函數(shù)發(fā)生器單片集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038、壓控振蕩器和三角波、壓控振蕩器和三角波-正弦波正弦波變換器的工作原理，變換器的工作原理，ICL8038的應用電路。的應用電路。第第11章章 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 圖圖(a)正弦波正弦波(b) 矩形波矩形

3、波圖圖 1在沒有輸入信號的情況下產(chǎn)生周期性振蕩輸出信號的在沒有輸入信號的情況下產(chǎn)生周期性振蕩輸出信號的電子電路稱為信號產(chǎn)生電路，簡稱為振蕩器。電子電路稱為信號產(chǎn)生電路，簡稱為振蕩器。 根據(jù)所產(chǎn)生的波形可以分為正弦波振蕩器和非正弦波（矩根據(jù)所產(chǎn)生的波形可以分為正弦波振蕩器和非正弦波（矩形脈沖、三角波、鋸齒波等）振蕩器。振蕩器既可由分立元件、形脈沖、三角波、鋸齒波等）振蕩器。振蕩器既可由分立元件、集成運放組成，也可由集成信號發(fā)生器組件實現(xiàn)。集成運放組成，也可由集成信號發(fā)生器組件實現(xiàn)。 應用應用 正弦波振蕩器能產(chǎn)生頻率范圍寬（正弦波振蕩器能產(chǎn)生頻率范圍寬（1Hz-1GHz）、輸）、輸出功率大出功率大

4、(幾幾mW-幾十幾十kW)的正弦波信號，廣泛應用于通的正弦波信號，廣泛應用于通信、遙控遙感、航空航天、無線電廣播、檢測技術(shù)、生信、遙控遙感、航空航天、無線電廣播、檢測技術(shù)、生物醫(yī)學、熱處理、電加工等領(lǐng)域。物醫(yī)學、熱處理、電加工等領(lǐng)域。n 無線電發(fā)射機無線電發(fā)射機-產(chǎn)生載荷信息的載波信號。產(chǎn)生載荷信息的載波信號。n 超外差接收機超外差接收機-產(chǎn)生本地振蕩信號。產(chǎn)生本地振蕩信號。n 各種電子測量設備和計時儀表各種電子測量設備和計時儀表-產(chǎn)生頻率（或時間）產(chǎn)生頻率（或時間）基準信號?；鶞市盘?。n 工業(yè)生產(chǎn)部門廣泛應用的高頻電加熱設備等。工業(yè)生產(chǎn)部門廣泛應用的高頻電加熱設備等。電警棍電警棍超聲波振蕩器

5、超聲波振蕩器電腦無線發(fā)射器電腦無線發(fā)射器 應應 用用微波爐微波爐無線發(fā)射機無線發(fā)射機11.1正弦波振蕩器正弦波振蕩器11.1.1正弦波振蕩電路原理正弦波振蕩電路原理11.1.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路11.1.3 LC諧振回路的特性和選頻放大器諧振回路的特性和選頻放大器11.1.4 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器11.1.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器已知，在負反饋放大電路中，當附加相移達到已知，在負反饋放大電路中，當附加相移達到1800、環(huán)路增益、環(huán)路增益大于等于大于等于1時，電路會產(chǎn)生自激振蕩。正弦波振蕩器正是利用自時，電路會產(chǎn)生自激振蕩。正弦波振蕩器正是利用自激振蕩原理產(chǎn)生穩(wěn)定

6、的正弦波輸出信號。為了有利于自激振蕩，激振蕩原理產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波輸出信號。為了有利于自激振蕩，在基本放大電路的增益最大的頻段引入正反饋。在基本放大電路的增益最大的頻段引入正反饋。 因為因為ffiidXXXX，圖，圖(a)簡化為圖簡化為圖(b) 。在沒有外加輸入信號的情況下，反饋信號維持了穩(wěn)定的輸出信號。在沒有外加輸入信號的情況下，反饋信號維持了穩(wěn)定的輸出信號。 11.1.1正弦波振蕩電路原理正弦波振蕩電路原理1平衡振蕩條件平衡振蕩條件1平衡振蕩條件平衡振蕩條件幅值平衡條件）是整數(shù)相位平衡條件（1 2AFFAnnfa如果環(huán)路增益等于如果環(huán)路增益等于1，即，即1FA此即正弦波振蕩器的平衡振蕩條件，

7、可分解為相位平衡條件此即正弦波振蕩器的平衡振蕩條件，可分解為相位平衡條件和幅度平衡條件：和幅度平衡條件： 相位平衡條件表示正反饋。通常，電路結(jié)構(gòu)影響相位平衡條件，相位平衡條件表示正反饋。通常，電路結(jié)構(gòu)影響相位平衡條件，電路參數(shù)影響幅度平衡條件。電路參數(shù)影響幅度平衡條件。為了產(chǎn)生單一頻率的正弦波，基本放大電路或者反饋網(wǎng)絡應具為了產(chǎn)生單一頻率的正弦波，基本放大電路或者反饋網(wǎng)絡應具有選頻功能，使電路在特定頻率滿足平衡振蕩條件。否則，輸有選頻功能，使電路在特定頻率滿足平衡振蕩條件。否則，輸出信號的諧波成分嚴重。出信號的諧波成分嚴重。起振條件起振條件2. 起振和穩(wěn)幅起振和穩(wěn)幅電路器件內(nèi)部噪聲以及電源接通

8、擾動。電路器件內(nèi)部噪聲以及電源接通擾動。 當輸出信號幅值增加到一定程度時，就要限制它繼續(xù)增當輸出信號幅值增加到一定程度時，就要限制它繼續(xù)增加，否則波形將出現(xiàn)失真。加，否則波形將出現(xiàn)失真。 噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率 0 0的噪聲信號被的噪聲信號被放大，成為振蕩電路的輸出信號。放大，成為振蕩電路的輸出信號。 穩(wěn)幅的作用就是，當輸出信號幅值增加到一定程度時，穩(wěn)幅的作用就是，當輸出信號幅值增加到一定程度時，使振幅平衡條件從使振幅平衡條件從 回到回到1 AF。 1 AF幅值條件）是整數(shù)相位平衡條件（1 2AFFAnnfa起振條件起振條件2. 起振和穩(wěn)幅起振和穩(wěn)

9、幅幅值條件）是整數(shù)相位平衡條件（1 2AFFAnnfa振蕩電路產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出信號必須經(jīng)歷起振和穩(wěn)幅兩個過程。振蕩電路產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出信號必須經(jīng)歷起振和穩(wěn)幅兩個過程。 穩(wěn)幅的作用就是，當輸出信號幅值增加到一定程度時，穩(wěn)幅的作用就是，當輸出信號幅值增加到一定程度時，使振幅平衡條件從使振幅平衡條件從 回到回到1 AF。 1 AF4放大電路（包括負反饋放大電路）放大電路（包括負反饋放大電路）振蕩電路基本組成部分振蕩電路基本組成部分4反饋網(wǎng)絡（構(gòu)成正反饋）反饋網(wǎng)絡（構(gòu)成正反饋）4選頻網(wǎng)絡（選擇滿足相位平衡條件的一個頻率。通常與反饋選頻網(wǎng)絡（選擇滿足相位平衡條件的一個頻率。通常與反饋 網(wǎng)絡合二為一。）網(wǎng)絡合

10、二為一。）4穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)判斷電路能否產(chǎn)生正弦振蕩的一般方法是：判斷電路能否產(chǎn)生正弦振蕩的一般方法是：（1）電路是否具有放大、反饋、選頻和穩(wěn)幅功能。）電路是否具有放大、反饋、選頻和穩(wěn)幅功能。（2）是否滿足相位平衡條件。一般用瞬時極性法判斷，若是）是否滿足相位平衡條件。一般用瞬時極性法判斷，若是正反饋則滿足相位平衡條件。正反饋則滿足相位平衡條件。（3）是否滿足幅度平衡條件。）是否滿足幅度平衡條件。3分析方法分析方法RC振蕩器有振蕩器有RC串并聯(lián)型，串并聯(lián)型，RC移相型和移相型和RC雙雙T型等電路。型等電路。它們的共同特點是反饋網(wǎng)絡兼作選頻網(wǎng)絡（合二為一）。它們的共同特點是反饋網(wǎng)絡兼作選頻網(wǎng)絡（

11、合二為一）。 11.1.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器1RC串并聯(lián)電路的選頻特性串并聯(lián)電路的選頻特性 低頻低頻高頻高頻)1(111/11/12211221221122CRCRjCCRRCjRCjRCjRVVFof1RC串并聯(lián)電路的選頻特性串并聯(lián)電路的選頻特性 令分母的虛部為零，得令分母的虛部為零，得212102121021,1CCRRfCCRR)(1110012211221CRCRjCCRRF當當R1=R2=R、C1=C2=C時，時，CRfCR21,100)(31)(31100100ffffjjF2100)(91ffffFF（11.1.8）)(31arctan100f 1RC串并聯(lián)電路的選頻

12、特性串并聯(lián)電路的選頻特性 當當f=fo時，相移時，相移f0，幅值達到最大值，幅值達到最大值F=1/3。當當f0時，時，f90, F=0；當當f時，時，f-90, F=0。 反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡兼做選頻網(wǎng)絡兼做選頻網(wǎng)絡RC串并聯(lián)振蕩電路串并聯(lián)振蕩電路D1D2R2R3RC串并聯(lián)電路作選頻和正反饋；串并聯(lián)電路作選頻和正反饋；R2、R3、D1和和D2組成非線組成非線性電阻性電阻Rf，是穩(wěn)幅電路；，是穩(wěn)幅電路；Rf、R1和運放和運放A組成同相比例放大電組成同相比例放大電路。由于路。由于RC串并聯(lián)電路、串并聯(lián)電路、Rf和和R1正好形成一個四臂電橋，稱為正好形成一個四臂電橋，稱為文氏電橋，故又稱為文氏電橋振蕩器

13、。文氏電橋，故又稱為文氏電橋振蕩器。2RC串并聯(lián)振蕩電路串并聯(lián)振蕩電路RC串并聯(lián)振蕩電路串并聯(lián)振蕩電路D1D2R2R3010)1 (RRVVAfio（2）相位平衡條件）相位平衡條件當當f=fo時，時，RC串并聯(lián)電路的串并聯(lián)電路的f0，F(xiàn)=1/3，滿足相位平衡，滿足相位平衡條件：條件：a+f0。其它頻率則不滿足。其它頻率則不滿足。 2RC串并聯(lián)振蕩電路串并聯(lián)振蕩電路（1）放大電路增益）放大電路增益同相比例放大電路的增益為同相比例放大電路的增益為（3）起振）起振起振時，輸出信號小，起振時，輸出信號小，D1和和D2截止。截止。311132RRRA則則AF1，滿足起振條件。，滿足起振條件。121RRA

14、選擇選擇R2=2R1，則，則AF=1，滿足幅度平衡條件。，滿足幅度平衡條件。 2RC串并聯(lián)振蕩電路串并聯(lián)振蕩電路（4）幅度平衡條件）幅度平衡條件當輸出信號足夠大時，當輸出信號足夠大時，D1和和D2導通。忽略二極管的導通電導通。忽略二極管的導通電阻，同相放大電路的增益為：阻，同相放大電路的增益為：如果增益如果增益RC串并聯(lián)振蕩電路串并聯(lián)振蕩電路D1D2R2R3（5）振蕩頻率和幅度）振蕩頻率和幅度CRf210電路的輸出電壓幅度為電路的輸出電壓幅度為onomVRRRRV3321式中，式中，Von是二極管的導通壓降。是二極管的導通壓降。RC串并聯(lián)振蕩電路串并聯(lián)振蕩電路D1D2R2R32RC串并聯(lián)振蕩電

15、路串并聯(lián)振蕩電路電路的振蕩頻率為電路的振蕩頻率為非線性元件穩(wěn)幅使輸出電壓諧波大。在每個信號周期內(nèi)，非線性元件穩(wěn)幅使輸出電壓諧波大。在每個信號周期內(nèi)，輸出電壓在負峰值與正峰值之間變化。當輸出電壓絕對值小時輸出電壓在負峰值與正峰值之間變化。當輸出電壓絕對值小時二極管截止，放大電路的增益大；電壓絕對值大時二極管導通，二極管截止，放大電路的增益大；電壓絕對值大時二極管導通，放大電路的增益小，導致輸出諧波大。放大電路的增益小，導致輸出諧波大。 穩(wěn)幅電路可以采用非線性元件、熱敏線性電阻和壓控線性電穩(wěn)幅電路可以采用非線性元件、熱敏線性電阻和壓控線性電阻實現(xiàn)增益自動調(diào)節(jié)。阻實現(xiàn)增益自動調(diào)節(jié)。 3穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅電

16、路正溫度系數(shù)的熱敏電阻穩(wěn)幅正溫度系數(shù)的熱敏電阻穩(wěn)幅t oCR1是具有正溫度系數(shù)的熱是具有正溫度系數(shù)的熱敏線性電阻。敏線性電阻。起振時，起振時，311f RRAV即即1 VVFA熱敏電阻的作用熱敏電阻的作用 oV oI功耗 1R溫度 1R阻值 1R3 VA1 VVFA穩(wěn)幅穩(wěn)幅 VA采用非線性元件采用非線性元件4場效應管（場效應管（JFET）31DS3p3 RRRAV穩(wěn)幅原理穩(wěn)幅原理 oV )(GS負負值值V DSR1 VVFA穩(wěn)幅穩(wěn)幅 VA34 CRD、整流濾波整流濾波T 壓控電阻壓控電阻 vDS iD vGS=0V -1V -2V -3V 3 VA可變電阻區(qū)，可變電阻區(qū)，斜率隨斜率隨vGS不不

17、同而變化同而變化3穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅電路頻段開關(guān)頻段開關(guān)S穩(wěn)穩(wěn)幅幅電電路路頻率調(diào)節(jié)電路頻率調(diào)節(jié)電路補充：補充：RC移相式振蕩電路移相式振蕩電路 1. RC移相電路移相電路 +uofuRRRCCC+uouf+RRRCCC（1 ）RC超前移相電路超前移相電路 （2）RC滯后移相電路滯后移相電路 Fo +90+180+2700選擇單級移相選擇單級移相60o,00601RCtg Fo -90-180-2700u+A+/ /= =/oR2R1R0RRCCCufRRR01R2. RC移相式振蕩電路移相式振蕩電路 oA180在在 f0 處處oF180滿足相位條件：滿足相位條件：0FALRCLRCZ jj1)j(j

18、1 等效損耗電阻等效損耗電阻)1j(CLRCLZ 一般有一般有LR 則則CQLQRCLZ000 當當 時，時，LC10 電路諧振。電路諧振。LC10 為諧振頻率為諧振頻率諧振時諧振時阻抗最大，且為純阻性阻抗最大，且為純阻性其中其中CLRRCRLQ1100 為品質(zhì)因數(shù)為品質(zhì)因數(shù)同時有同時有scIQI 即即sLcIII 1LC并聯(lián)回路的選頻特性并聯(lián)回路的選頻特性11.1.3 LC諧振回路的特性和選頻放大器諧振回路的特性和選頻放大器（3）諧振時，）諧振時，SSIZV0電容的電流為電容的電流為SSSSCIIjQICZjVCjI000所以所以CCSLIIII 即諧振時，電感電流和電容電流形成回路電流，稱

19、為槽路電流，即諧振時，電感電流和電容電流形成回路電流，稱為槽路電流，槽路電流遠遠大于槽路電流遠遠大于LC并聯(lián)電路的外部電流。并聯(lián)電路的外部電流。 說明說明:當電感釋放能量（磁場能）時電容吸收能量，而電容釋當電感釋放能量（磁場能）時電容吸收能量，而電容釋放能量（電場能）時電感吸收能量。放能量（電場能）時電感吸收能量。 諧振時，電場能和磁場能的相互轉(zhuǎn)換正是諧振的實質(zhì)。諧振時，電場能和磁場能的相互轉(zhuǎn)換正是諧振的實質(zhì)。 1LC并聯(lián)回路的選頻特性并聯(lián)回路的選頻特性11.1.3 LC諧振回路的特性和選頻放大器諧振回路的特性和選頻放大器（a）幅頻特性（）幅頻特性（b）相頻特性）相頻特性11.1.3 LC諧振

20、回路的特性和選頻放大器諧振回路的特性和選頻放大器（4）阻抗頻率特性：）阻抗頻率特性：)(1)(1000000ffffjQZjQZZ20020)(11ffffQZZ)(arctan00ffffQ分解為：分解為：幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性2. 選頻放大電路選頻放大電路以以LC并聯(lián)諧振回路作為共射電路的集電極負載，則可組并聯(lián)諧振回路作為共射電路的集電極負載，則可組成具有選頻和放大功能的選頻放大電路。成具有選頻和放大功能的選頻放大電路?！?”表示變壓器表示變壓器的同名端，表明按的同名端，表明按圖示的參考方向，圖示的參考方向，原邊電壓和付邊電原邊電壓和付邊電壓相位相同。壓相位相同。11.1.3 L

21、C諧振回路的特性和選頻放大器諧振回路的特性和選頻放大器諧振頻率：諧振頻率：LCfLC21,1002. 選頻放大電路選頻放大電路11.1.3 LC諧振回路的特性和選頻放大器諧振回路的特性和選頻放大器放大電路的增益為：放大電路的增益為：/1/1)/(LLbeLbeLooioiovRZRZnrRnrRZVVVVVVA/1/LLbeLvvRZRZnrRAA幅頻響應幅頻響應 忽略忽略LC諧振回路的電阻（諧振回路的電阻（Z0），則），則在諧振頻率處，最大增益為在諧振頻率處，最大增益為beLbeLvrnRnrRA0如果對選頻放大器引入正如果對選頻放大器引入正反饋，并用反饋信號取代輸入信反饋，并用反饋信號取代

22、輸入信號，則可組成號，則可組成LC正弦波振蕩器。正弦波振蕩器。LC振蕩器常用于產(chǎn)生振蕩器常用于產(chǎn)生1MHz以上頻率的正弦波。由于以上頻率的正弦波。由于普通運放頻帶較窄，一般由分立普通運放頻帶較窄，一般由分立元件放大器或高頻集成放大電路元件放大器或高頻集成放大電路組成組成LC振蕩器，分為變壓器反振蕩器，分為變壓器反饋式、電感三點式和電容三點式饋式、電感三點式和電容三點式振蕩器。它們的共同點是用振蕩器。它們的共同點是用LC并聯(lián)諧振回路作選頻電路。并聯(lián)諧振回路作選頻電路。11.1.4 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 雖然波形出現(xiàn)了失真，但由于雖然波形出現(xiàn)了失真，但由于LC諧振電路的諧振電路的Q值很高，

23、值很高，選頻特性好，所以仍能選出選頻特性好，所以仍能選出 0的正弦波信號。的正弦波信號。1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)2. 相位平衡條件相位平衡條件3. 幅值平衡條件幅值平衡條件4. 穩(wěn)幅穩(wěn)幅5. 選頻選頻 通過選擇高通過選擇高增益的場效應管和調(diào)增益的場效應管和調(diào)整變壓器的匝數(shù)比，可以滿足整變壓器的匝數(shù)比，可以滿足1 FA使電路可以起振。使電路可以起振。 BJT進入非線性區(qū)，波形出現(xiàn)失真，進入非線性區(qū)，波形出現(xiàn)失真，從而幅值不再增加，達到穩(wěn)幅目的。從而幅值不再增加，達到穩(wěn)幅目的。（定性分析）（定性分析）11.1.4 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器1變壓器反饋式變壓器反饋式 11.1.4 LC正弦波振蕩器

24、正弦波振蕩器放大器的輸入電阻既是付邊的負放大器的輸入電阻既是付邊的負載電阻載電阻RL。bebebbiLrrRRRR/2101218011nnNNVVFof在諧振頻率，放大電路的增益為：在諧振頻率，放大電路的增益為：021220180)/(bebebbbeLbeLiovrrRRnrRnrRVVA輸入電阻：輸入電阻：反饋系數(shù)：反饋系數(shù)：電路的振蕩頻率是電路的振蕩頻率是LC回路的諧振頻率，即回路的諧振頻率，即LCfLC21,1001變壓器反饋式變壓器反饋式 11.1.4 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器特點：變壓器反饋式正弦波振蕩電路易于產(chǎn)生振蕩（調(diào)整變特點：變壓器反饋式正弦波振蕩電路易于產(chǎn)生振蕩（調(diào)整

25、變比），波形較好。比），波形較好。但是，磁耦合反饋的損耗較大，振蕩頻率的穩(wěn)定度不夠高。但是，磁耦合反饋的損耗較大，振蕩頻率的穩(wěn)定度不夠高。 起振條件是：起振條件是：11)/(2120nnrrRRnFAbebebbv2電感反饋式正弦波振蕩器電感反饋式正弦波振蕩器11.1.4 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器LC諧振回路中的總電感為諧振回路中的總電感為LL1+L2+2M，M為互感為互感CMLL)2(1210諧振角頻率為：諧振角頻率為：諧振頻率對應的反饋系數(shù)：諧振頻率對應的反饋系數(shù)：02121020010180)(MLMLMLMLIMjILjIMjILjVVFof輸入電阻：輸入電阻：bebeirrRRR

26、/212電感反饋式正弦波振蕩器電感反饋式正弦波振蕩器11.1.4 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器諧振時，諧振時，Ri等效到電感線圈的等效到電感線圈的2端和端和3端的電阻：端的電阻：bebeberMLMLrRRMLMLFrRRR2122121222132)(/)(/忽略忽略LC諧振回路的損耗，諧諧振回路的損耗，諧振時放大電路的增益：振時放大電路的增益：0212320180)(MLMLrRrRVVAbebeLiov 可見，唯有在諧振頻率處，滿足相位平衡條件：可見，唯有在諧振頻率處，滿足相位平衡條件：a+f1800+1800=3600。采用瞬時極性法定性分析相位平衡條件，如圖示。采用瞬時極性法定性分析

27、相位平衡條件，如圖示。 11.1.4 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器起振條件：起振條件：1120MLMLFAvCMLLf)2(21210電路的振蕩頻率是電路的振蕩頻率是LC回路的諧振回路的諧振頻率，即：頻率，即：特點：由于反饋電壓取自電感，感抗隨頻率升高而增大，增特點：由于反饋電壓取自電感，感抗隨頻率升高而增大，增強反饋電壓中的高次諧波，使輸出波形不理想。強反饋電壓中的高次諧波，使輸出波形不理想。在要求輸出更純的正弦波時，可采電容反饋式振蕩電路。在要求輸出更純的正弦波時，可采電容反饋式振蕩電路。 用可變電容替換固定電容用可變電容替換固定電容C可實現(xiàn)頻率可實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍較寬。通常振蕩頻率在

28、幾百調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍較寬。通常振蕩頻率在幾百kHz到幾十到幾十MHz之間。之間。3電容反饋式正弦波振蕩器電容反饋式正弦波振蕩器11.1.4 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器電容電容C1和和C2串聯(lián)，與電感串聯(lián)，與電感L組成組成LC諧振回路。諧振回路。諧振角頻率：諧振角頻率： 212101CCCCL諧振頻率對應的反饋系數(shù)：諧振頻率對應的反饋系數(shù)：01212201018011CCCCICjICjVVFof 晶體管晶體管T構(gòu)成共射極放大電路，構(gòu)成共射極放大電路，輸入電阻為：輸入電阻為：bebeirrRRR/213電容反饋式正弦波振蕩器電容反饋式正弦波振蕩器11.1.4 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器諧振時，

29、諧振時，Ri等效到諧振回路的等效到諧振回路的2端和端和3端的電阻為：端的電阻為：bebeberCCrRRCCFrRRR2212122122132)(/)(/忽略忽略LC諧振回路的損耗，諧振回路的損耗，諧振時放大電路的增益為諧振時放大電路的增益為0221320180)(CCrRrRVVAbebeLiov唯有在諧振頻率處，滿足相位平衡條件：唯有在諧振頻率處，滿足相位平衡條件：a+f1800+1800=3600。采用瞬時極性法定性分析相位平衡條件，如圖示。采用瞬時極性法定性分析相位平衡條件，如圖示。 起振條件：起振條件：1210CCFAv電路的振蕩頻率是電路的振蕩頻率是LC回路的諧振回路的諧振頻率，

30、即：頻率，即：2121021CCCCLf由于反饋電壓取自電容，容抗隨頻率升高而減小，抑制反饋由于反饋電壓取自電容，容抗隨頻率升高而減小，抑制反饋電壓中的高次諧波，因而輸出波形是較純的正弦波。電壓中的高次諧波，因而輸出波形是較純的正弦波。適當選擇適當選擇C1/C2或選擇合適的晶或選擇合適的晶體管體管，可滿足上述起振條件。，可滿足上述起振條件。3電容反饋式正弦波振蕩器電容反饋式正弦波振蕩器11.1.4 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器注意：注意：C1和和C2必須同步調(diào)整，以保證起振條件，故頻率調(diào)整不方便。必須同步調(diào)整，以保證起振條件，故頻率調(diào)整不方便。 3電容反饋式正弦波振蕩器電容反饋式正弦波振蕩器1

31、1.1.4 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器)(21321210CCCCCLf振蕩頻率：振蕩頻率： 輸入電容輸入電容Ci：主要是晶體管的發(fā)射結(jié)電容：主要是晶體管的發(fā)射結(jié)電容 寄生電容：寄生電容： 輸出電容輸出電容Co：主要是晶體管的集電結(jié)電容：主要是晶體管的集電結(jié)電容 晶體管極間電容是溫度的函數(shù)，晶體管極間電容是溫度的函數(shù)，C1和和C2必須遠必須遠大于大于Ci和和Co ，振蕩頻率才不受，振蕩頻率才不受Ci和和Co的影響，提高的影響，提高振蕩頻率穩(wěn)定性。振蕩頻率穩(wěn)定性。3電容反饋式正弦波振蕩器電容反饋式正弦波振蕩器11.1.4 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器選擇選擇C1和和C2遠大于遠大于Ci、Co和

32、和C3，消除了，消除了Ci和和Co對振蕩對振蕩頻率的影響。頻率的影響。332111111CCCCC振蕩頻率：振蕩頻率：302121LCLCf 在在LC振蕩回路中，振蕩回路中，C1、C2和和C3串聯(lián)，回路總電容：串聯(lián)，回路總電容：頻率穩(wěn)定度定義：各種因素引起的振蕩頻率變化量頻率穩(wěn)定度定義：各種因素引起的振蕩頻率變化量f0與振與振蕩頻率蕩頻率f0之比（之比（f0/f0）。）。改進的電容反饋式正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定度改進的電容反饋式正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定度f0/f0可可小于小于0.01，頻率穩(wěn)定度較高。，頻率穩(wěn)定度較高。 11.1.5石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定問題如果對振蕩頻率

33、的穩(wěn)定性要求更高，可在振蕩電路中用石英如果對振蕩頻率的穩(wěn)定性要求更高，可在振蕩電路中用石英晶體諧振器取代晶體諧振器取代LC選頻電路，構(gòu)成石英晶體振蕩器。選頻電路，構(gòu)成石英晶體振蕩器。石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度高達石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度高達10-910-11。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)極板間加電場極板間加電場極板間加機械力極板間加機械力晶體機械變形晶體機械變形晶體產(chǎn)生電場晶體產(chǎn)生電場壓電效應壓電效應交變電壓交變電壓機械振動機械振動交變電壓交變電壓機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高當交變電壓頻率當交變電壓頻率 = 固有頻率時，振幅最大。固有頻率時，振幅最大。

34、壓電諧振壓電諧振11.1.5石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器1石英晶體諧振器的電特性石英晶體諧振器的電特性等效電路等效電路:LCf21s (1) 串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振電特性電特性: 晶 體 等 效 阻晶 體 等 效 阻抗為純阻性?？篂榧冏栊?。0p121CCLCf (2) 并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振通常通常0CC 0s1CCf 所以所以很很接接近近與與 psff（a）符號）符號 （b）電路模型）電路模型 （c）電抗）電抗-頻率響應特性頻率響應特性 11.1.5石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器1石英晶體諧振器的電特性石英晶體諧振器的電特性11.1.5石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器1石英晶體諧振器的電特性石英晶體諧振器的電

35、特性（3）電抗頻率特性）電抗頻率特性忽略電阻忽略電阻R，回路的等效阻抗，回路的等效阻抗:jXCCjCjLjCjCjLjCjZps)1)(111)1(12202200)1)(21)1)(12202222022pspsffCCfffCCXZ近似為純電抗近似為純電抗X。當。當ffs時，時，X0，呈容性；呈容性；當當fsf0，呈感性；呈感性；當當ffp時，時，X0，呈容性。呈容性。實際使用時外接一小電容實際使用時外接一小電容Cs則新的諧振頻率為則新的諧振頻率為s0s121CCCLCf 由于由于s0CCC s0s1CCCf 由此看出由此看出 )(21s0ssCCCff；時，時， 0 pssffC sss

36、 ffC 時時，調(diào)整調(diào)整之之間間變變化化和和在在可可使使 psssfffC 1石英晶體諧振器的電特性石英晶體諧振器的電特性（4）石英晶體并聯(lián)諧振電路）石英晶體并聯(lián)諧振電路 (a)串聯(lián)型串聯(lián)型 f f0 0 =f fs s （b）并聯(lián)型）并聯(lián)型 f fs s f f0 0 VT+ , 就有就有 v- v+ ,vo 立即由立即由VZ變成變成VZ 。在在 vc VT+ 時，時，v- v+ , 設設uC初始值初始值uC(0+)= 0vo保持保持+VZ不變不變+VZ11.2.1矩形波振蕩器矩形波振蕩器 A此時，此時，C向向v vO O放電放電, ,再反向充電再反向充電(2) 當當vo = -VZ 時，時

37、， v+=VT-vc達到達到V VT-時，時，v vo上跳。上跳。VT+vctVT-當當vo 重新回到重新回到VZ 后，電路又進入另一個周期性的變化。后，電路又進入另一個周期性的變化。-VZ0VT+vctVT-+VZvo0t - VZT完整的波形：完整的波形：計算振蕩周期計算振蕩周期T。A3.周期與頻率的計算：周期與頻率的計算：0 VT+vct VT- +VZ -VZT1T2TT= T1 + T2 =2 T2 vc(t)=vC ( )+ vC (0+) -vC ( ) e , =RC-t T2階段階段vc(t)的過渡過程方程為的過渡過程方程為:)21ln(2ln2f1RRRCVVVVRCTZT

38、ZT可推出可推出:因為電容充電和放電的時間常數(shù)、電壓變化幅度等相因為電容充電和放電的時間常數(shù)、電壓變化幅度等相同，所以輸出高電平、低電平持續(xù)時間相等的方波。同，所以輸出高電平、低電平持續(xù)時間相等的方波。 A4.4.占空比可調(diào)的方波發(fā)生器占空比可調(diào)的方波發(fā)生器UZuo0t- UZD2D1RW充電充電放電放電充電時間：充電時間： )21ln()(2111RRCRRTW放電時間：放電時間：)21ln()(2122RRCRRTW周期周期T：)21ln()2(2121RRCRRTTTW（11.2.4）RRRRTTWW211 占空比占空比：電路結(jié)構(gòu)：遲滯比較器電路結(jié)構(gòu)：遲滯比較器+反相積分器反相積分器工作

39、原理工作原理：若若vo1=+VZ， vo2， u+ 。)(0dt12o01o2ovvRCvt2o2121o211vRRRvRRRv 當當v+ 0時，時， vo1翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為-VZ。若若vo1=-VZ， vo2， u+ 。 當當v+ 0時，時， vo1翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為+VZ。vO1vI(b) 同相遲滯比較器的傳輸特性同相遲滯比較器的傳輸特性VOH=VZVOL =-VZoVT-VT+(a) 電路電路11.2.2 三角波振蕩器三角波振蕩器波形圖波形圖振蕩周期：振蕩周期：0VT+uo2tVT-+UZuo10t - VZT214RRCRT 0,210201201vRRvvRvv三角波輸出電壓峰峰值三角波輸出

40、電壓峰峰值Vopp:ZTToppVRRVVV212因此，調(diào)節(jié)因此，調(diào)節(jié)R或或C值只改變振蕩周期而不影響振蕩幅度。值只改變振蕩周期而不影響振蕩幅度。11.2.3 鋸齒波振蕩器鋸齒波振蕩器三角波的上升斜率和下降斜率的絕對值相等，而鋸齒波三角波的上升斜率和下降斜率的絕對值相等，而鋸齒波的上升斜率和下降斜率的絕對值不相等，改變?nèi)遣娐分械纳仙甭屎拖陆敌甭实慕^對值不相等，改變?nèi)遣娐分蟹聪喾e分器的正反向充電時間常數(shù)即可。反相積分器的正反向充電時間常數(shù)即可。鋸齒波振蕩電路鋸齒波振蕩電路 鋸齒波振蕩器輸出電壓波形鋸齒波振蕩器輸出電壓波形斜率斜率-VZ/(R+RW1)C斜率斜率VZ/ (R+RW2)C1

41、1.2.3 鋸齒波振蕩器鋸齒波振蕩電路鋸齒波振蕩電路 鋸齒波振蕩器輸出電壓波形鋸齒波振蕩器輸出電壓波形斜率斜率-VZ/(R+RW1)C斜率斜率VZ/ (R+RW2)C輸出電壓的上升時間：輸出電壓的上升時間：CRRRRCRRVVRRVRRTWWZZZ)(2)()(221221212輸出電壓的下降時間：輸出電壓的下降時間：CRRRRCRRVVRRVRRTWWZZZ)(2)(121121211振蕩周期：振蕩周期：CRRRRTTTW)2(22121鋸齒波輸出電壓峰峰值鋸齒波輸出電壓峰峰值Vopp：ZTToppVRRVVV21211.3 單片集成函數(shù)發(fā)生器單片集成函數(shù)發(fā)生器單片集成函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時產(chǎn)生三角波、方波和正單片集成函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時產(chǎn)生三角波、方波和正弦波的專用集成電路。通過調(diào)節(jié)外部電路參數(shù)，還可以獲得鋸齒弦波的專用集成電路。通過調(diào)節(jié)外部電路參數(shù)，還可以獲得鋸齒波和矩形波。電路核心是一個壓控振蕩器，產(chǎn)生三角波和方波，波和矩形波。電路核心是一個壓控振蕩器，