第11章信號(hào)產(chǎn)生電路11.1正弦波振蕩器11.2非正弦波振蕩器*11.3單片集成函數(shù)發(fā)生器(略)*11.4Multisim仿真—LC諧振放大器的特性(略)第11章信號(hào)產(chǎn)生電路圖(a)正弦波(b)矩形波圖1在沒有輸入信號(hào)的情況下產(chǎn)生周期性振蕩輸出信號(hào)的電子電路稱為信號(hào)產(chǎn)生電路，簡(jiǎn)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(yùn)放組成，也可由集成信號(hào)發(fā)生器組件實(shí)現(xiàn)。電警棍超聲波振蕩器電腦無線發(fā)射器

應(yīng)用微波爐無線發(fā)射機(jī)11.1正弦波振蕩器11.1.1正弦波振蕩電路原理11.1.2RC正弦波振蕩電路11.1.3LC諧振回路的特性和選頻放大器11.1.4LC正弦波振蕩器11.1.5石英晶體振蕩器已知，在負(fù)反饋放大電路中，當(dāng)附加相移達(dá)到1800、環(huán)路增益大于等于1時(shí)，電路會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。

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。因?yàn)?，圖(a)簡(jiǎn)化為圖(b)

。在沒有外加輸入信號(hào)的情況下，反饋信號(hào)維持了穩(wěn)定的輸出信號(hào)。11.1.1正弦波振蕩電路原理1．平衡振蕩條件1．平衡振蕩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：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。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(luò)應(yīng)具有選頻功能，使電路在特定頻率滿足平衡振蕩條件。否則，輸出信號(hào)的諧波成分嚴(yán)重。起振條件2.

起振和穩(wěn)幅

#振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無須輸入信號(hào)就能起振，起振的信號(hào)源來自何處？電路器件內(nèi)部噪聲以及電源接通擾動(dòng)。

當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，就要限制它繼續(xù)增加，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0的噪聲信號(hào)被放大，成為振蕩電路的輸出信號(hào)。

穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，使振幅平衡條件從回到振蕩電路產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出信號(hào)必須經(jīng)歷起振和穩(wěn)幅兩個(gè)過程。放大電路（包括負(fù)反饋放大電路）振蕩電路基本組成部分反饋網(wǎng)絡(luò)（構(gòu)成正反饋）選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿足相位平衡條件的一個(gè)頻率。通常與反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一。）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：（1）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(shí)極性法判斷，若是正反饋則滿足相位平衡條件。（3）是否滿足幅度平衡條件。3．分析方法11.1.2RC正弦波振蕩器1．RC串并聯(lián)電路的選頻特性令分母的虛部為零，得當(dāng)R1=R2=R、C1=C2=C時(shí)，

（11.1.8）

1．RC串并聯(lián)電路的選頻特性當(dāng)f=fo時(shí)，相移φf＝0，幅值達(dá)到最大值F=1/3。當(dāng)f→0時(shí)，φf＝90°,F=0；當(dāng)f→∞時(shí)，φf＝-90°,F=0。反饋網(wǎng)絡(luò)兼做選頻網(wǎng)絡(luò)RC串并聯(lián)振蕩電路D1D2R2R3

RC串并聯(lián)電路作選頻和正反饋；R2、R3、D1和D2組成非線性電阻Rf，是穩(wěn)幅電路；Rf、R1和運(yùn)放A組成同相比例放大電路。由于RC串并聯(lián)電路、Rf和R1正好形成一個(gè)四臂電橋，稱為文氏電橋，故又稱為文氏電橋振蕩器。2．RC串并聯(lián)振蕩電路RC串并聯(lián)振蕩電路D1D2R2R3（2）相位平衡條件

當(dāng)f=fo時(shí)，RC串并聯(lián)電路的φf＝0，F(xiàn)=1/3，滿足相位平衡條件：φa+φf＝0。其它頻率則不滿足。

2．RC串并聯(lián)振蕩電路（1）放大電路增益同相比例放大電路的增益為（3）起振起振時(shí)，輸出信號(hào)小，D1和D2截止。則AF>1，滿足起振條件。選擇R2=2R1，則AF=1，滿足幅度平衡條件。

2．RC串并聯(lián)振蕩電路（4）幅度平衡條件當(dāng)輸出信號(hào)足夠大時(shí)，D1和D2導(dǎo)通。忽略二極管的導(dǎo)通電阻，同相放大電路的增益為：如果增益RC串并聯(lián)振蕩電路D1D2R2R3F=1/3（5）振蕩頻率和幅度電路的輸出電壓幅度為式中，Von是二極管的導(dǎo)通壓降。RC串并聯(lián)振蕩電路D1D2R2R32．RC串并聯(lián)振蕩電路電路的振蕩頻率為穩(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(shí)現(xiàn)增益自動(dòng)調(diào)節(jié)。3．穩(wěn)幅電路正溫度系數(shù)的熱敏電阻穩(wěn)幅toC

R1是具有正溫度系數(shù)的熱敏線性電阻。起振時(shí)，即熱敏電阻的作用:穩(wěn)幅采用非線性元件場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）穩(wěn)幅原理穩(wěn)幅整流濾波T壓控電阻可變電阻區(qū)，斜率隨vGS不同而變化3．穩(wěn)幅電路頻段開關(guān)S穩(wěn)幅電路頻率調(diào)節(jié)電路等效損耗電阻一般有則電路諧振。為諧振頻率諧振時(shí)阻抗最大，且為純阻性品質(zhì)因數(shù)同時(shí)有即1．LC并聯(lián)回路的選頻特性11.1.3LC諧振回路的特性和選頻放大器當(dāng)時(shí)，2.選頻放大電路以LC并聯(lián)諧振回路作為共射電路的集電極負(fù)載，則可組成具有選頻和放大功能的選頻放大電路。“*”表示變壓器的同名端，表明按圖示的參考方向，原邊電壓和付邊電壓相位相同，也稱為同極性端。諧振頻率：可以證明，在諧振頻率處，增益最大如果對(duì)選頻放大器引入正反饋，并用反饋信號(hào)取代輸入信號(hào)，則可組成LC正弦波振蕩器。

LC振蕩器常用于產(chǎn)生1MHz以上頻率的正弦波。LC振蕩器，分為變壓器反饋式、電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式振蕩器。它們的共同點(diǎn)是用LC并聯(lián)諧振回路作選頻電路。1．變壓器反饋式電路的振蕩頻率是LC回路的諧振頻率，即振蕩的相位條件：正反饋2．電感反饋式正弦波振蕩器LC諧振回路中的總電感為L(zhǎng)＝L1+L2+2M，M為互感諧振角頻率為：振蕩的相位條件：正反饋電路的振蕩頻率是LC回路的諧振頻率，即：補(bǔ)充：三點(diǎn)式LC并聯(lián)電路仍然由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)A.若中間點(diǎn)交流接地，則首端與尾端相位相反。

中間端的瞬時(shí)電位一定在首、尾端電位之間。三點(diǎn)的相位關(guān)系B.若首端或尾端交流接地，則其他兩端相位相同。3．電容反饋式正弦波振蕩器諧振角頻率：電路的振蕩頻率是LC回路的諧振頻率，即：振蕩的相位條件：正反饋

電容C1和C2串聯(lián)，與電感L組成LC諧振回路。補(bǔ)充：例

圖9.2.4所示為一RC橋式正弦波振蕩電路，已知A為運(yùn)放741，其最大輸出電壓為±14V。（1）圖中二極管D1,D2作為自動(dòng)穩(wěn)幅元件，試分析其穩(wěn)幅原理；（2）設(shè)電路已產(chǎn)生穩(wěn)幅正弦波振蕩，當(dāng)輸出電壓達(dá)到正弦波峰值時(shí)，二極管正向壓降約為0.6V,試估算輸出電壓的峰值Vom;(3)試定性說明因不慎使R2

短路時(shí)，輸出電壓的波形；（4）計(jì)算諧振頻率

解：（1）穩(wěn)幅原理

vo的幅值較小時(shí)，D1,D2

截止，放大電路增益

有利于起振；當(dāng)vo的幅值較大時(shí)，D1,D2

導(dǎo)通，并聯(lián)等效電阻減小，A下降，vo幅值趨于穩(wěn)定。正反饋

（2）估算Vom

由穩(wěn)幅振蕩時(shí)，并由電路可列出方程（分壓公式）解之可得（3）（4）11.1.5石英晶體振蕩器（略）頻率穩(wěn)定問題如果對(duì)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LC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(dá)10-9~10-11。結(jié)構(gòu)極板間加電場(chǎng)極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場(chǎng)壓電效應(yīng)交變電壓機(jī)械振動(dòng)交變電壓機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高當(dāng)交變電壓頻率=固有頻率時(shí)，振幅最大。壓電諧振11.1.5石英晶體振蕩器1．石英晶體諧振器的電特性等效電路:(1)串聯(lián)諧振電特性:

晶體等效阻抗為純阻性。(2)并聯(lián)諧振通常所以（a）符號(hào)（b）電路模型（c）電抗-頻率響應(yīng)特性11.1.5石英晶體振蕩器1．石英晶體諧振器的電特性

(a)串聯(lián)型（b）并聯(lián)型2.石英晶體振蕩電路

按照石英晶體諧振器是以串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振形式的不同，分串聯(lián)型和并聯(lián)型石英晶體振蕩器。在電容反饋式LC振蕩器中，用石英晶體諧振器代替電感L，即構(gòu)成并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩器。＋－－－11.2.1矩形波振蕩器11.2非正弦波振蕩器反相遲滯比較器(a)電路AvOvI(b)反相遲滯比較器的傳輸特性oVT-VT+VOH=VZVOL=-VZ1.基本結(jié)構(gòu)：由反相遲滯過零比較器和RC電路組成。上限閾值電壓：

（11.2.1a）

下限閾值電壓：A2.工作原理：(1)設(shè)vo

=

+VZ,

此時(shí)，vO給C充電,vc

，則：v+=VT+0tuo+VZ-VZucVT+0t一旦vc>VT+

,就有v->v+,vo

立即由＋VZ變成－VZ

。在vc<VT+

時(shí)，v-

<v+,

設(shè)uC初始值uC(0+)=0vo保持+VZ不變+VZ11.2.1矩形波振蕩器A此時(shí)，C向vO放電,再反向充電(2)當(dāng)vo

=

-VZ時(shí)，v+=VT-vc達(dá)到VT-時(shí)，vo上跳。VT+vctVT-當(dāng)vo

重新回到＋VZ

后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化。-VZ0VT+vctVT-+VZvo0t-VZT完整的波形：計(jì)算振蕩周期T。（略）A3.周期與頻率的計(jì)算：0VT+vctVT-+VZ-VZT1T2TT=T1+T2=2T2

vc(t)=vC()+vC(0+)-vC()e,=RC-tT2階段vc(t)的過渡過程方程為:可推出:因?yàn)殡娙莩潆姾头烹姷臅r(shí)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(shí)間相等的方波。A4.占空比可調(diào)的方波發(fā)生器UZuo0t-UZD2D1RW充電放電充電時(shí)間：放電時(shí)間：周期T：

（11.2.4）

占空比ρ：電路結(jié)構(gòu)：遲滯比較器+反相積分器工作原理：11.2.2三角波振蕩器波形圖0VT+uo2tVT-+UZuo10t

-VZT(a)電路vO1vI(b)同相遲滯比較器的傳輸特性VOH=VZVOL=-VZoVT-VT+

11.2.3鋸齒波振蕩器三角波的上升斜率和下降斜率的絕對(duì)值相等，而鋸齒波的上升斜率和下降斜率的絕對(duì)值不相等，改變?nèi)遣娐分蟹聪?/p>