模 拟 电 子 技 术波形发生电路第 7 章
7.1 正弦波振荡电路
7.2 非正弦波信号产生电路小 结模 拟 电 子 技 术
7.1 正弦波振荡电路
7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理
7.1.2 RC 正弦振荡
7.1.3 LC 正弦振荡引 言模 拟 电 子 技 术信号产生电路 (振荡器 —Oscillators)
分类：
正弦波振荡,
非正弦波振荡：
RC 振荡器 (1 kHz ~ 数百 kHz)
LC 振荡器 (几百 kHz 以上 )
石英晶体振荡器 (频率稳定度高 )
方波,三角波,锯齿波等主要性要求能：
输出信号的 幅度准确稳定输出信号的 频率准确稳定引 言模 拟 电 子 技 术
7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理一、振荡条件放大器反馈网络
Ui? A
u
Fu?
Uo?
Uf?
RL
微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。;
i
o
U
UA
u?
;
o
f
U
UF
u?
1?uu FA
— 振幅平衡条件
π2 FAAF n
— 相位平衡条件
n = 0,1,2,
1?uu FA
模 拟 电 子 技 术二,起振条件起振条件
i
o
u
uA
u?
o
f
u
uF
u?
π2AF n
放大器
Au
反馈网络
Fu
Uo
Uf
Ui
1/Fu
Au = 1/Fu
O ui
uo
Au
uo A
u Fu > 1 Au Fu < 1
Ui1
Uo1
Uf1
Ui2
Uo2
Uf2
Ui3
Uo3
Uf2
Ui4
Uo4
ufuf
起振 稳幅
1?AF
模 拟 电 子 技 术三、电路的组成和起振的判断
1,放大电路 Au
2,正反馈网络 Fu
3,选频率网络 —实现单一频率的振荡
4,稳幅环节 —使振荡稳定、波形好满足振荡条件组成,
模 拟 电 子 技 术放大器选频正反馈网络
Uo
Uf
Ui 选频放大器正反馈 网络
Uo
Uf
Ui
判断,
1,检查电路组成
2.―Q‖是否合适
3,是否满足起振条件模 拟 电 子 技 术
)
j
1
//(
j
1
Cj
1
//
1
2
ωC
R
ωC
R
ω
R
U
U
F u
7.1.2 RC 正弦振荡一,RC 桥式振荡电路
)1(j3
1
ω R C
ω R C
)(j3
1
0
0 ω
ω
ω
ω
3
//a r c t a n 00 ωωωω
F
0
Fu?.
31
0
f90?
90?
2
00 )//(9
1
uF
1,RC 串并联选频网络 式中,?0 = 1/RC
当? =?0 时
Fu?= 1/3.
= 0o
模 拟 电 子 技 术
2,RC 桥氏振荡电路
A = 2n?
F = 0o
2) 电路：
同相放大器
1) 组成：
8
C
R1
Rf
R
iU
oU
C RfU
模 拟 电 子 技 术
nAF 2?
3)振荡频率
RCf 2
1
0
4)振荡条件
21f?RR 1f 2 RR?
Rf 不能太大，否则正弦波将变成方波应使：
1?uu FA
3
1?F?
3 A
模 拟 电 子 技 术
5)稳幅措施热敏电阻稳幅
8
C
R1
Rf
R
iU?
oU?
C RfU?
为使电 Au 为非线性，起振时，应使 Au > 3，稳幅后 Au = 3。
正温度系数负温度系数
)/1( 1fuff RRART
二极管稳幅
8R1
R2
oU?
V1
V2
R3
12.4 k? > R2 > 8.1 k?
起振时信号小，
二极管电阻大
Au? 1 + (R2+ R3)/R1 > 3
R2 > 2R1? R3起振后二极管电阻逐渐减小，
Au? 1 + R2/R1 = 3 为使失真小,R2 < 2R1
f0 = 1.94 kHz
RCf 2
1
0
8.2 k?
6.2 k?
22 k?
4.3 k?
0.01?F8.2 k? 0.01?F
模 拟 电 子 技 术二,RC 移相式振荡电路
8C R Rf
R
oU?
C
R
C
一节 RC 环节移相? 90?
二节 RC 环节移相? 180?
三节 RC 环节移相? 270?
RC
f
6π2
1
0?
对于 的信号, 180
F?
180A0 AF? —满足相位平衡条件优点,结构简单缺点,选频特性差，输出波形差模 拟 电 子 技 术
7.1.3 LC 振荡电路类型,变压器反馈式,电感三点式,电容三点式一、变压器反馈式 LC 振荡电路
L
rCI
s
.
L 的等效损耗电阻
)j(
j
1
)j(
j
1
ωLr
ωC
ωLr
ωC
Z
)
1
(j1
/
Crr
L
rCL
(一 )LC 并联回路的特性
Z
模 拟 电 子 技 术
1,谐振频率 f0
1 0,
LC
ω? LCf π2
1
0?
2,谐振阻抗 Z0
rCLZ?0
3,回路品质因数 Q
CLrCr ωr
LωQ 11
0
0
CωQLQ ωZ
00
0
模 拟 电 子 技 术
4,频率特性
)1(j1
/
ω r Cω r L
rCLZ
)//(j1
00
0
ffffQ
Z
0
Z?Z
0
Q
大Q小
0
f
90o
90o
Q 增大幅频特性 相频特性模 拟 电 子 技 术
5,并联谐振的本质 —电流谐振
Lu C
r
–
+
i
iL iC
1) Z = Z0 呈纯阻
2)形成 环流,大小是总电流的 Q 倍
IQILω LQ ωIZZII
L
LC
0
00
CL II
IC?
IL?
U?
I?
模 拟 电 子 技 术
(二 )变压器反馈式振荡电路
LC
+VCC
V
RE
RB1
RB2 C
E
CB
180A?
180?F?
0?AF?
—满足相位平衡条件
LC
f
2
1
0
×
模 拟 电 子 技 术
1、电感三点式和电容三点式 LC正弦波发生器把并联 LC回路中的 C或 L分成两个，则 LC回路就有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形成了 LC三点式正弦波发生电路。
它们又分为电感三点式和电容三点式两类。
LC三点式正弦波发生电路图
a） 电感三点式 b）电容三点式二、三点式 LC 振荡电路模 拟 电 子 技 术
2、组成 LC三点式正弦波发生电路的规律
LC三点式正弦波发生电路的一般结构如下图所示。
图 LC三点式正弦波发生电路的一般结构
a）反相放大 b）同相放大若考虑到 a中的负载阻抗运放输出电阻为
0r
，
模 拟 电 子 技 术无反馈时的
LLuoU ZrZAA 0/
311 / ZZZF u
312321 21 ZZZZZZr
ZZAFA
o
uo
uu
因此
321312
21
XXXjrXXX
ZZA
o
uo
其中，
模 拟 电 子 技 术为了使电路振荡，应有 1?
uu FA
,上式应为实数，
分母的需不应为零，即：
0321 XXX
213 XXX
进而可得
31
1
312
21
XX
XA
XXX
XXAFA uouo
uu
2
1
X
XA uo
模 拟 电 子 技 术
、上式说明，为了产生振荡,1X 2X 的符号必须而
3X
必须与它们异号。
由因为：
Lo
L
uou Zr
ZAA
21
1
ZZ
ZF
u
所以得：
21
1
ZZZr
ZZAFA
Lo
Luo
uu
模 拟 电 子 技 术
321213 31 XXXjrXXX
XXA
o
uo
为了产生振荡，由上式可得：
213 XXX 和
3
1
X
XAFA uo
uu
因此，
3X
必须与
1X
异号。由于
31 XIUXIU ooof
所以必然有
13 XX?
模 拟 电 子 技 术结论,在 LC三点式正弦波发生电路中，为了满足产生振荡的相位平衡条件，同性质电抗的中间点必须接集成运放的同相输入端。
模 拟 电 子 技 术
3,电感三点式 振荡电路
C
+VCC
V
RE
RB1
RB2 C
E
CB
L1
L2
C1
×
M
1
2
3
oU
iU
fU
模 拟 电 子 技 术
)2(2
1
2
1
21
0 CMLLLCf
优点：
缺点：
易起振 (L间耦合紧 )；
易调节 (C可调 )。
输出取自电感,对高次谐波阻抗大,
输出波形差 。
模 拟 电 子 技 术
4,电容三点式振荡电路考毕兹振荡器 (Colpitts)
×
L
CC
CCLC
f
21
21
0
2
1
2
1
+VCC
V
RE
RB1
RB2 C
E
CB
L
C1
C2
1
2
3
C3
oU
iU
fU
模 拟 电 子 技 术优点：波形较好缺点：
2) V 极间电容影响 f0
1) 调频时易停振
321
1111
CCCC
2
1
2
1
3
0 LCLCf
C 3的改进模 拟 电 子 技 术三、石英晶体 (Crystal)振荡电路
(一 )石英晶体谐振器的阻抗特性
1,结构和符号 化学成分 SiO2
结构晶片涂银层 焊点符号模 拟 电 子 技 术
2,压电效应形变 形变机械振动外力压电谐振 —
外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。
模 拟 电 子 技 术
3,等效电路
rq
C0
Cq
Lq
Lq — 晶体的动态电感
(10?3 ~ 102 H)(大 )
Cq — 晶体的动态电容
(< 0.1 pF)(小 )
rq — 等效摩擦损耗电阻 (小 )
1
q
q
q C
L
r
Q?
Co — 晶片静态电容
(几 ~ 几十 pF)
模 拟 电 子 技 术
1
q
q
q C
L
r
Q?
大小小大
4,频率特性和谐振频率
f
X
fPfS
容性 容性感性
2
1
qq
S CLf
2
1
q0
q0
q
P
CC
CC
L
f
1
0
q
S C
C
f
模 拟 电 子 技 术
5,使用注意
2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。
1)要 接 一定的负载电容 CL(微调 )，
以 达标称频率。
模 拟 电 子 技 术
(二 )石英晶体谐振电路
1,串联型
f = fs，晶体 呈纯阻
+VCC
V
RE
RB1
RB2CB
LC
2,并联型
fs < f < fp，晶体 呈感性
+VCC
V
RE
RB1
RB2
CE C3C1
C2
RC
×
×
模 拟 电 子 技 术
7.2 非 正弦波信号产生电路
7.2.1 电压比较器
7.2.2 方波产生电路
7.2.3 压控方波产生电路
7.2.4 三角波发生电路模 拟 电 子 技 术
7.2.1 电压比较 器 (Comparer)
一、单限电压比较器功能：
类型 基本比较器简单比较器 (单门限 )
窗口比较器 (双门限 )
迟滞比较器 (施密特触发器 )
比较电压信号 (被测试信号与标准信号 )大小
8u
I uO O uI
uO1,过零电压比较器 u
I < 0
uI > 0
UOmax
UOmax
UOH
UOL
模 拟 电 子 技 术
O uI
uO
2,同相输入单门限比较器
8u
I
UREF?U
Z
UZ
UREF
uI < UREF?UZ
uI > UREF
门限电压 UT
特点,1)工作在非线性区
2)不存在虚短 (除了 uI = UREF 时 )
3)存在虚断门限电压 UT = UREF
模 拟 电 子 技 术二、窗口比较器
uO
8
8
U1
U2
uI V1
V2
uO1
uO2
模 拟 电 子 技 术设 U1 > U2,比较器采用单电源
uI uO1 uO2 V1 V2 uO
< U2
> U1
U2 < uI < U1
UOmax 截止 导通 UZ0
UOmax 0 导通 截止 UZ
0 0 截止 截止 0
UZ
O uI
uO
U1U2
模 拟 电 子 技 术应用举例
— 三极管? 值分选电路
8
8
5 V
2.5 V
V1
V2
V
+15 V
10 k?
20 k?
20 k?
430 k?
1 M? 5 k?
1.5 k?
3CG
50 100,LED 不亮。
分析电路是否满足要求,? < 50 或? > 100,LED 亮，
模 拟 电 子 技 术
[解 ]
IB = (15? 0.7 ) /1430= 0.01 mA
当? < 50 时,IC < 0.5 mA,UC < 2.5 V,
V2 导通,LED 亮当? > 100 时,IC > 1 mA,UC > 5 V
V1 导通,LED 亮当 50 100 时,2.5 V? UC <5 V，
LED 不亮模 拟 电 子 技 术
1)电路和门限电压三,迟滞 比较器
1,反相型 迟滞 比较器
uI R
R1
8
UREF
R2
R3
UZP
uO
正反馈
21
2Z
21
1R E F
P RR
RU
RR
RUU
当 uI > uP 时,uO =?UZ
当 uI < uP 时,uO = +UZ
当 uI = uP 时,状态翻转
21
2Z1R E F
T RR
RURUU
21
2Z1R E F
T RR
RURUU
模 拟 电 子 技 术例,R1 = 30 k?,R2 =15 k?,UZ =?6 V,UREF = 0,
求 UT。
)(V 2
3015
156
V)( 2
3015
156
-T
T
U
U,
模 拟 电 子 技 术特点：
2)传输特性
R
R1
8uI
UREF
R2
R3
UZP
uO
O uI
uO
UT+UT?
UZ
UZ当 uI 逐渐增大时只要 u
I < UT+,则 uO = UZ
一旦 uI > UT+,则 uO =?UZ
当 uI 逐渐减小时只要 uI > U T?，则 uO =?
UZ一旦 u
I < UT?,则 uO = UZ
上门限下门限
U = UT+? UT?
U 回差电压
uI 上升时与上门限比,
uI 下降时与下门限比。
模 拟 电 子 技 术
2,同相型 迟滞 比较器
R1
R 8
uI
UREF
R2
R3
UZ
N
P
uO
状态翻转时,uP= uN = UREF
R E F
21
2Z1I U
RR
RURu?
即若 UREF = 0
1
2Z
T R
RUU?
则 1
2Z
T R
RUU
模 拟 电 子 技 术
21
2Z1I
P RR
RURuu
传输特性
O uI
uO
UT+UT?
UZ
UZ
U = UT+? UT?
1
2Z2
R
RU?
模 拟 电 子 技 术抗干扰
O
uI
t
单门限比较
UT
uO
UOH
UOLO t
迟滞比较
O
uI
t
UT-
UT+
UOH
UOLO t
uO
模 拟 电 子 技 术整形
O
uI
t
UT+
UT-
O
uO
t
UOH
UOL
O
uI
t
UT+
UT-
O
uO
t
UOH
UOL
模 拟 电 子 技 术
7.2.2 方波产生电路 (Astable Multivibrator)
1,电路组成和输出波形
R1
C
8
R2
R3
UZ
uOR
积分电路 滞回比较器?UZ
uO uC
t
UT+
UT-
UZ
模 拟 电 子 技 术
2,振荡频率
21
2ZT
RR
RUU
21
2ZT
RR
RUU
)21l n (2
1
2
R
RRCT
Tf
1? 占空比 = 50%
模 拟 电 子 技 术
7.2.3 压控方波产生电路一、积分 - 施密特触发器型压控振荡器
V1
V2
+VCC
V3
施密特触发器
ud
uO
R
C
uC
I0
V4 V5
压控恒流源恒流源积分器积分器镜象电流源电流源
uO = UOL V3 截止,uO = UOH
C 充电 至 UT+
V3 导通，
C 放电 至 UT?
uO = UOL
uC
t
UOm uO
t
UT+
UT-
占空比 50%
I0
I0
模 拟 电 子 技 术二,8038 集成函数发生器
CC32 V
CC31 V
> I01
电子开关 S
1,原理
11
8
8
+VCC
R
R
R
R
S
C
I01
I02
uC
6
9
3
2
VEE
或地
Q
10
Q
反相器电压跟随器正弦波变换器模 拟 电 子 技 术当 Q = 0,S 断开，
C 充电 (I01) 至 2/3VCC Q = 1
当 Q = 1,S 闭合，
C 放电 (I02?I01) 至 1/3VCC Q = 0
当 I02 = 2I01，
引脚 9 输出方波，引脚 3 输出三角波；
当 I02 < 2I01，
引脚 9 输出矩形波，引脚 3 输出锯齿波。
模 拟 电 子 技 术
2,应用
1
2
3
4
5
6
7 8
ICL
8038
14
13
12
11
10
9
1314正弦波失真度调整正弦波失真度调整正弦波输出三角波输出矩形波输出调频偏置电压输入调频偏置电压输出接电阻 RA
接电阻 RB 接电容 C
+VCC
VEE (或地 )
模 拟 电 子 技 术调占空比和正弦波失真调频率 调占空比和正弦波失真
RP2
RP4
RP1
+VCC
VEE
RR
A
ICL8038
4 5
1
3
10 11 12
8
RB
RP3
C
C1
6 9
2
模 拟 电 子 技 术
1,获得三角 波 的基本方法方波 积分电路 三角 波
2,锯齿波发生电路在三角波发生电路中，如果电容的充电、放电时间常数不相等，则可使积分电路的输出为锯齿波。
7.2.4 三角波发生电路模 拟 电 子 技 术小 结第 7 章模 拟 电 子 技 术一、信号产生电路的分类：
正弦波振荡,
非正弦波振荡：
RC 振荡器 (低频 )
LC 振荡器 (高频 )
石英晶体振荡器 (振荡频率精确 )
方波,三角波,锯齿波等。
模 拟 电 子 技 术二,正弦波振荡 条件、电路结构和选频电路
1,振荡条件
— 振幅平衡条件
π2 FAAF n
— 相位平衡条件
n = 0,1,2,
1?uu FA
判断电路是否起振采用 瞬时极性法,即断开反馈网络,加一信号,如果信号极性逐级变化后,
返回后与原信号同极性,则满足相位平衡条件 。
模 拟 电 子 技 术
2,振荡电路的两种结构放大器选频正反馈网络
Uo
Uf
Ui
选频放大器正反馈 网络
Uo
Uf
Ui
3,选频电路及其特性模 拟 电 子 技 术
1)RC 串并联式幅频特性
0
Fu?.
31
相频特性
0
f90°
– 90°
当? =?0 = 1/RC 时
Fu?= 1/3.
= 0o
电路模 拟 电 子 技 术
2)LC并联谐振回路
Lu C
r
–
+
i
iL iC
阻抗幅频特性电路
0
Z?Z
0
阻抗相频特性
0
f
90o
– 90o
谐振频率
LCf 2
1
0
谐振阻抗
rC
LZ?
0
回路品质因数
C
L
rCrr
LQ 11
0
0
模 拟 电 子 技 术三,正弦波振荡 电路
1,RC 桥氏振荡电路
8
C
R1
Rf
R
iU
oU
C RfU
振荡频率
RCf 2 π
1
0?
振荡条件
3?uA?
即
1f 2 RR?
自动稳幅措施：
使电 Au 成为非线性
Rf 串接二极管 (图略 )
Rf 串接负温度系数热敏电阻
R1 采用正温度系数热敏电阻模 拟 电 子 技 术
3,LC 振荡电路变压器反馈式
LC
+VCC
V
RE
RB1
RB2 CE
CB
LCf 2
1
0
电感三点式
C
+VCC
V
RE
RB1
RB2 CE
CB
L1
L2
C1
模 拟 电 子 技 术
)2(2
1
2
1
21
0
CMLL
LC
f
电容三点式 +VCC
V
RE
RB1
RB2 CE
CB
L
C1
C2
1
2
3
oU?
fU?
iU?
L
CC
CLC
f
21
21
0
2
1
2
1
模 拟 电 子 技 术四,石英晶体振荡 电路
1,等效电路和频率特性符号 等效电路
rq
C0
Cq
Lq
频率特性
f
X
fPfS
串联谐振频率并联谐振频率
2,石英晶体谐振电路串联型 f = fs，晶体 呈纯阻并联型 fs < f < fp，晶体 呈感性模 拟 电 子 技 术五,比较器
O uI
uO
UZ
UREF
–UZ
1,单限电压比较器传输特性模 拟 电 子 技 术
O uI
uOU
Z
UREF–U
Z
特点,1) 工作在非 线性 区
2) 不存在虚短 (除了 uI = UREF 时 )
3) 存在虚断门限电压 UT = UREF
模 拟 电 子 技 术六,非正弦波振荡电路
1,产生 方波 振荡的基本原理
C
uOR 施密特触发器当施密特触发器输出高 (低 )电平时,
电容 C 的充电方向不同,每当 uC 超过上 (下 )门限 电压时,施密特触发器的输出电平就发生跳变,使电容改变充电方向,于是形成 uO 周而复始的高,低电平跳变,即 方波 振荡 。
模 拟 电 子 技 术施密特触发器的构成：
迟滞 比较器 (运放接成正反馈 )
555 定时器 的施密特触发器形式集成施密特触发器
2,获得三角 波 的基本方法方波 积分电路 三角 波模 拟 电 子 技 术
2,迟滞 比较器 (施密特触发器 )
反相型 迟滞 比较器
uI R
R1
8
UREF
R2
R3
UZP
uO
O uI
uO
UT+UT–
UZ
– UZ
传输特性模 拟 电 子 技 术同相型 迟滞 比较器
R1
R 8
uI
UREF
R2
R3
UZ
N
P
uO
传输特性
O uI
uO
UT+UT-
UZ
–UZ
门限电压的求法：
根据叠加定理求出同相端电压 uP的表达式，当输出状态变化时，与反相端电压 uN 相等,此时的输入电压 uI即为门限电压 UT+和 UT–。
7.1 正弦波振荡电路
7.2 非正弦波信号产生电路小 结模 拟 电 子 技 术
7.1 正弦波振荡电路
7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理
7.1.2 RC 正弦振荡
7.1.3 LC 正弦振荡引 言模 拟 电 子 技 术信号产生电路 (振荡器 —Oscillators)
分类：
正弦波振荡,
非正弦波振荡：
RC 振荡器 (1 kHz ~ 数百 kHz)
LC 振荡器 (几百 kHz 以上 )
石英晶体振荡器 (频率稳定度高 )
方波,三角波,锯齿波等主要性要求能：
输出信号的 幅度准确稳定输出信号的 频率准确稳定引 言模 拟 电 子 技 术
7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理一、振荡条件放大器反馈网络
Ui? A
u
Fu?
Uo?
Uf?
RL
微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。;
i
o
U
UA
u?
;
o
f
U
UF
u?
1?uu FA
— 振幅平衡条件
π2 FAAF n
— 相位平衡条件
n = 0,1,2,
1?uu FA
模 拟 电 子 技 术二,起振条件起振条件
i
o
u
uA
u?
o
f
u
uF
u?
π2AF n
放大器
Au
反馈网络
Fu
Uo
Uf
Ui
1/Fu
Au = 1/Fu
O ui
uo
Au
uo A
u Fu > 1 Au Fu < 1
Ui1
Uo1
Uf1
Ui2
Uo2
Uf2
Ui3
Uo3
Uf2
Ui4
Uo4
ufuf
起振 稳幅
1?AF
模 拟 电 子 技 术三、电路的组成和起振的判断
1,放大电路 Au
2,正反馈网络 Fu
3,选频率网络 —实现单一频率的振荡
4,稳幅环节 —使振荡稳定、波形好满足振荡条件组成,
模 拟 电 子 技 术放大器选频正反馈网络
Uo
Uf
Ui 选频放大器正反馈 网络
Uo
Uf
Ui
判断,
1,检查电路组成
2.―Q‖是否合适
3,是否满足起振条件模 拟 电 子 技 术
)
j
1
//(
j
1
Cj
1
//
1
2
ωC
R
ωC
R
ω
R
U
U
F u
7.1.2 RC 正弦振荡一,RC 桥式振荡电路
)1(j3
1
ω R C
ω R C
)(j3
1
0
0 ω
ω
ω
ω
3
//a r c t a n 00 ωωωω
F
0
Fu?.
31
0
f90?
90?
2
00 )//(9
1
uF
1,RC 串并联选频网络 式中,?0 = 1/RC
当? =?0 时
Fu?= 1/3.
= 0o
模 拟 电 子 技 术
2,RC 桥氏振荡电路
A = 2n?
F = 0o
2) 电路：
同相放大器
1) 组成：
8
C
R1
Rf
R
iU
oU
C RfU
模 拟 电 子 技 术
nAF 2?
3)振荡频率
RCf 2
1
0
4)振荡条件
21f?RR 1f 2 RR?
Rf 不能太大，否则正弦波将变成方波应使：
1?uu FA
3
1?F?
3 A
模 拟 电 子 技 术
5)稳幅措施热敏电阻稳幅
8
C
R1
Rf
R
iU?
oU?
C RfU?
为使电 Au 为非线性，起振时，应使 Au > 3，稳幅后 Au = 3。
正温度系数负温度系数
)/1( 1fuff RRART
二极管稳幅
8R1
R2
oU?
V1
V2
R3
12.4 k? > R2 > 8.1 k?
起振时信号小，
二极管电阻大
Au? 1 + (R2+ R3)/R1 > 3
R2 > 2R1? R3起振后二极管电阻逐渐减小，
Au? 1 + R2/R1 = 3 为使失真小,R2 < 2R1
f0 = 1.94 kHz
RCf 2
1
0
8.2 k?
6.2 k?
22 k?
4.3 k?
0.01?F8.2 k? 0.01?F
模 拟 电 子 技 术二,RC 移相式振荡电路
8C R Rf
R
oU?
C
R
C
一节 RC 环节移相? 90?
二节 RC 环节移相? 180?
三节 RC 环节移相? 270?
RC
f
6π2
1
0?
对于 的信号, 180
F?
180A0 AF? —满足相位平衡条件优点,结构简单缺点,选频特性差，输出波形差模 拟 电 子 技 术
7.1.3 LC 振荡电路类型,变压器反馈式,电感三点式,电容三点式一、变压器反馈式 LC 振荡电路
L
rCI
s
.
L 的等效损耗电阻
)j(
j
1
)j(
j
1
ωLr
ωC
ωLr
ωC
Z
)
1
(j1
/
Crr
L
rCL
(一 )LC 并联回路的特性
Z
模 拟 电 子 技 术
1,谐振频率 f0
1 0,
LC
ω? LCf π2
1
0?
2,谐振阻抗 Z0
rCLZ?0
3,回路品质因数 Q
CLrCr ωr
LωQ 11
0
0
CωQLQ ωZ
00
0
模 拟 电 子 技 术
4,频率特性
)1(j1
/
ω r Cω r L
rCLZ
)//(j1
00
0
ffffQ
Z
0
Z?Z
0
Q
大Q小
0
f
90o
90o
Q 增大幅频特性 相频特性模 拟 电 子 技 术
5,并联谐振的本质 —电流谐振
Lu C
r
–
+
i
iL iC
1) Z = Z0 呈纯阻
2)形成 环流,大小是总电流的 Q 倍
IQILω LQ ωIZZII
L
LC
0
00
CL II
IC?
IL?
U?
I?
模 拟 电 子 技 术
(二 )变压器反馈式振荡电路
LC
+VCC
V
RE
RB1
RB2 C
E
CB
180A?
180?F?
0?AF?
—满足相位平衡条件
LC
f
2
1
0
×
模 拟 电 子 技 术
1、电感三点式和电容三点式 LC正弦波发生器把并联 LC回路中的 C或 L分成两个，则 LC回路就有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形成了 LC三点式正弦波发生电路。
它们又分为电感三点式和电容三点式两类。
LC三点式正弦波发生电路图
a） 电感三点式 b）电容三点式二、三点式 LC 振荡电路模 拟 电 子 技 术
2、组成 LC三点式正弦波发生电路的规律
LC三点式正弦波发生电路的一般结构如下图所示。
图 LC三点式正弦波发生电路的一般结构
a）反相放大 b）同相放大若考虑到 a中的负载阻抗运放输出电阻为
0r
，
模 拟 电 子 技 术无反馈时的
LLuoU ZrZAA 0/
311 / ZZZF u
312321 21 ZZZZZZr
ZZAFA
o
uo
uu
因此
321312
21
XXXjrXXX
ZZA
o
uo
其中，
模 拟 电 子 技 术为了使电路振荡，应有 1?
uu FA
,上式应为实数，
分母的需不应为零，即：
0321 XXX
213 XXX
进而可得
31
1
312
21
XX
XA
XXX
XXAFA uouo
uu
2
1
X
XA uo
模 拟 电 子 技 术
、上式说明，为了产生振荡,1X 2X 的符号必须而
3X
必须与它们异号。
由因为：
Lo
L
uou Zr
ZAA
21
1
ZZ
ZF
u
所以得：
21
1
ZZZr
ZZAFA
Lo
Luo
uu
模 拟 电 子 技 术
321213 31 XXXjrXXX
XXA
o
uo
为了产生振荡，由上式可得：
213 XXX 和
3
1
X
XAFA uo
uu
因此，
3X
必须与
1X
异号。由于
31 XIUXIU ooof
所以必然有
13 XX?
模 拟 电 子 技 术结论,在 LC三点式正弦波发生电路中，为了满足产生振荡的相位平衡条件，同性质电抗的中间点必须接集成运放的同相输入端。
模 拟 电 子 技 术
3,电感三点式 振荡电路
C
+VCC
V
RE
RB1
RB2 C
E
CB
L1
L2
C1
×
M
1
2
3
oU
iU
fU
模 拟 电 子 技 术
)2(2
1
2
1
21
0 CMLLLCf
优点：
缺点：
易起振 (L间耦合紧 )；
易调节 (C可调 )。
输出取自电感,对高次谐波阻抗大,
输出波形差 。
模 拟 电 子 技 术
4,电容三点式振荡电路考毕兹振荡器 (Colpitts)
×
L
CC
CCLC
f
21
21
0
2
1
2
1
+VCC
V
RE
RB1
RB2 C
E
CB
L
C1
C2
1
2
3
C3
oU
iU
fU
模 拟 电 子 技 术优点：波形较好缺点：
2) V 极间电容影响 f0
1) 调频时易停振
321
1111
CCCC
2
1
2
1
3
0 LCLCf
C 3的改进模 拟 电 子 技 术三、石英晶体 (Crystal)振荡电路
(一 )石英晶体谐振器的阻抗特性
1,结构和符号 化学成分 SiO2
结构晶片涂银层 焊点符号模 拟 电 子 技 术
2,压电效应形变 形变机械振动外力压电谐振 —
外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。
模 拟 电 子 技 术
3,等效电路
rq
C0
Cq
Lq
Lq — 晶体的动态电感
(10?3 ~ 102 H)(大 )
Cq — 晶体的动态电容
(< 0.1 pF)(小 )
rq — 等效摩擦损耗电阻 (小 )
1
q
q
q C
L
r
Q?
Co — 晶片静态电容
(几 ~ 几十 pF)
模 拟 电 子 技 术
1
q
q
q C
L
r
Q?
大小小大
4,频率特性和谐振频率
f
X
fPfS
容性 容性感性
2
1
S CLf
2
1
q0
q0
q
P
CC
CC
L
f
1
0
q
S C
C
f
模 拟 电 子 技 术
5,使用注意
2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。
1)要 接 一定的负载电容 CL(微调 )，
以 达标称频率。
模 拟 电 子 技 术
(二 )石英晶体谐振电路
1,串联型
f = fs，晶体 呈纯阻
+VCC
V
RE
RB1
RB2CB
LC
2,并联型
fs < f < fp，晶体 呈感性
+VCC
V
RE
RB1
RB2
CE C3C1
C2
RC
×
×
模 拟 电 子 技 术
7.2 非 正弦波信号产生电路
7.2.1 电压比较器
7.2.2 方波产生电路
7.2.3 压控方波产生电路
7.2.4 三角波发生电路模 拟 电 子 技 术
7.2.1 电压比较 器 (Comparer)
一、单限电压比较器功能：
类型 基本比较器简单比较器 (单门限 )
窗口比较器 (双门限 )
迟滞比较器 (施密特触发器 )
比较电压信号 (被测试信号与标准信号 )大小
8u
I uO O uI
uO1,过零电压比较器 u
I < 0
uI > 0
UOmax
UOmax
UOH
UOL
模 拟 电 子 技 术
O uI
uO
2,同相输入单门限比较器
8u
I
UREF?U
Z
UZ
UREF
uI < UREF?UZ
uI > UREF
门限电压 UT
特点,1)工作在非线性区
2)不存在虚短 (除了 uI = UREF 时 )
3)存在虚断门限电压 UT = UREF
模 拟 电 子 技 术二、窗口比较器
uO
8
8
U1
U2
uI V1
V2
uO1
uO2
模 拟 电 子 技 术设 U1 > U2,比较器采用单电源
uI uO1 uO2 V1 V2 uO
< U2
> U1
U2 < uI < U1
UOmax 截止 导通 UZ0
UOmax 0 导通 截止 UZ
0 0 截止 截止 0
UZ
O uI
uO
U1U2
模 拟 电 子 技 术应用举例
— 三极管? 值分选电路
8
8
5 V
2.5 V
V1
V2
V
+15 V
10 k?
20 k?
20 k?
430 k?
1 M? 5 k?
1.5 k?
3CG
50 100,LED 不亮。
分析电路是否满足要求,? < 50 或? > 100,LED 亮，
模 拟 电 子 技 术
[解 ]
IB = (15? 0.7 ) /1430= 0.01 mA
当? < 50 时,IC < 0.5 mA,UC < 2.5 V,
V2 导通,LED 亮当? > 100 时,IC > 1 mA,UC > 5 V
V1 导通,LED 亮当 50 100 时,2.5 V? UC <5 V，
LED 不亮模 拟 电 子 技 术
1)电路和门限电压三,迟滞 比较器
1,反相型 迟滞 比较器
uI R
R1
8
UREF
R2
R3
UZP
uO
正反馈
21
2Z
21
1R E F
P RR
RU
RR
RUU
当 uI > uP 时,uO =?UZ
当 uI < uP 时,uO = +UZ
当 uI = uP 时,状态翻转
21
2Z1R E F
T RR
RURUU
21
2Z1R E F
T RR
RURUU
模 拟 电 子 技 术例,R1 = 30 k?,R2 =15 k?,UZ =?6 V,UREF = 0,
求 UT。
)(V 2
3015
156
V)( 2
3015
156
-T
T
U
U,
模 拟 电 子 技 术特点：
2)传输特性
R
R1
8uI
UREF
R2
R3
UZP
uO
O uI
uO
UT+UT?
UZ
UZ当 uI 逐渐增大时只要 u
I < UT+,则 uO = UZ
一旦 uI > UT+,则 uO =?UZ
当 uI 逐渐减小时只要 uI > U T?，则 uO =?
UZ一旦 u
I < UT?,则 uO = UZ
上门限下门限
U = UT+? UT?
U 回差电压
uI 上升时与上门限比,
uI 下降时与下门限比。
模 拟 电 子 技 术
2,同相型 迟滞 比较器
R1
R 8
uI
UREF
R2
R3
UZ
N
P
uO
状态翻转时,uP= uN = UREF
R E F
21
2Z1I U
RR
RURu?
即若 UREF = 0
1
2Z
T R
RUU?
则 1
2Z
T R
RUU
模 拟 电 子 技 术
21
2Z1I
P RR
RURuu
传输特性
O uI
uO
UT+UT?
UZ
UZ
U = UT+? UT?
1
2Z2
R
RU?
模 拟 电 子 技 术抗干扰
O
uI
t
单门限比较
UT
uO
UOH
UOLO t
迟滞比较
O
uI
t
UT-
UT+
UOH
UOLO t
uO
模 拟 电 子 技 术整形
O
uI
t
UT+
UT-
O
uO
t
UOH
UOL
O
uI
t
UT+
UT-
O
uO
t
UOH
UOL
模 拟 电 子 技 术
7.2.2 方波产生电路 (Astable Multivibrator)
1,电路组成和输出波形
R1
C
8
R2
R3
UZ
uOR
积分电路 滞回比较器?UZ
uO uC
t
UT+
UT-
UZ
模 拟 电 子 技 术
2,振荡频率
21
2ZT
RR
RUU
21
2ZT
RR
RUU
)21l n (2
1
2
R
RRCT
Tf
1? 占空比 = 50%
模 拟 电 子 技 术
7.2.3 压控方波产生电路一、积分 - 施密特触发器型压控振荡器
V1
V2
+VCC
V3
施密特触发器
ud
uO
R
C
uC
I0
V4 V5
压控恒流源恒流源积分器积分器镜象电流源电流源
uO = UOL V3 截止,uO = UOH
C 充电 至 UT+
V3 导通，
C 放电 至 UT?
uO = UOL
uC
t
UOm uO
t
UT+
UT-
占空比 50%
I0
I0
模 拟 电 子 技 术二,8038 集成函数发生器
CC32 V
CC31 V
> I01
电子开关 S
1,原理
11
8
8
+VCC
R
R
R
R
S
C
I01
I02
uC
6
9
3
2
VEE
或地
Q
10
Q
反相器电压跟随器正弦波变换器模 拟 电 子 技 术当 Q = 0,S 断开，
C 充电 (I01) 至 2/3VCC Q = 1
当 Q = 1,S 闭合，
C 放电 (I02?I01) 至 1/3VCC Q = 0
当 I02 = 2I01，
引脚 9 输出方波，引脚 3 输出三角波；
当 I02 < 2I01，
引脚 9 输出矩形波，引脚 3 输出锯齿波。
模 拟 电 子 技 术
2,应用
1
2
3
4
5
6
7 8
ICL
8038
14
13
12
11
10
9
1314正弦波失真度调整正弦波失真度调整正弦波输出三角波输出矩形波输出调频偏置电压输入调频偏置电压输出接电阻 RA
接电阻 RB 接电容 C
+VCC
VEE (或地 )
模 拟 电 子 技 术调占空比和正弦波失真调频率 调占空比和正弦波失真
RP2
RP4
RP1
+VCC
VEE
RR
A
ICL8038
4 5
1
3
10 11 12
8
RB
RP3
C
C1
6 9
2
模 拟 电 子 技 术
1,获得三角 波 的基本方法方波 积分电路 三角 波
2,锯齿波发生电路在三角波发生电路中，如果电容的充电、放电时间常数不相等，则可使积分电路的输出为锯齿波。
7.2.4 三角波发生电路模 拟 电 子 技 术小 结第 7 章模 拟 电 子 技 术一、信号产生电路的分类：
正弦波振荡,
非正弦波振荡：
RC 振荡器 (低频 )
LC 振荡器 (高频 )
石英晶体振荡器 (振荡频率精确 )
方波,三角波,锯齿波等。
模 拟 电 子 技 术二,正弦波振荡 条件、电路结构和选频电路
1,振荡条件
— 振幅平衡条件
π2 FAAF n
— 相位平衡条件
n = 0,1,2,
1?uu FA
判断电路是否起振采用 瞬时极性法,即断开反馈网络,加一信号,如果信号极性逐级变化后,
返回后与原信号同极性,则满足相位平衡条件 。
模 拟 电 子 技 术
2,振荡电路的两种结构放大器选频正反馈网络
Uo
Uf
Ui
选频放大器正反馈 网络
Uo
Uf
Ui
3,选频电路及其特性模 拟 电 子 技 术
1)RC 串并联式幅频特性
0
Fu?.
31
相频特性
0
f90°
– 90°
当? =?0 = 1/RC 时
Fu?= 1/3.
= 0o
电路模 拟 电 子 技 术
2)LC并联谐振回路
Lu C
r
–
+
i
iL iC
阻抗幅频特性电路
0
Z?Z
0
阻抗相频特性
0
f
90o
– 90o
谐振频率
LCf 2
1
0
谐振阻抗
rC
LZ?
0
回路品质因数
C
L
rCrr
LQ 11
0
0
模 拟 电 子 技 术三,正弦波振荡 电路
1,RC 桥氏振荡电路
8
C
R1
Rf
R
iU
oU
C RfU
振荡频率
RCf 2 π
1
0?
振荡条件
3?uA?
即
1f 2 RR?
自动稳幅措施：
使电 Au 成为非线性
Rf 串接二极管 (图略 )
Rf 串接负温度系数热敏电阻
R1 采用正温度系数热敏电阻模 拟 电 子 技 术
3,LC 振荡电路变压器反馈式
LC
+VCC
V
RE
RB1
RB2 CE
CB
LCf 2
1
0
电感三点式
C
+VCC
V
RE
RB1
RB2 CE
CB
L1
L2
C1
模 拟 电 子 技 术
)2(2
1
2
1
21
0
CMLL
LC
f
电容三点式 +VCC
V
RE
RB1
RB2 CE
CB
L
C1
C2
1
2
3
oU?
fU?
iU?
L
CC
CLC
f
21
21
0
2
1
2
1
模 拟 电 子 技 术四,石英晶体振荡 电路
1,等效电路和频率特性符号 等效电路
rq
C0
Cq
Lq
频率特性
f
X
fPfS
串联谐振频率并联谐振频率
2,石英晶体谐振电路串联型 f = fs，晶体 呈纯阻并联型 fs < f < fp，晶体 呈感性模 拟 电 子 技 术五,比较器
O uI
uO
UZ
UREF
–UZ
1,单限电压比较器传输特性模 拟 电 子 技 术
O uI
uOU
Z
UREF–U
Z
特点,1) 工作在非 线性 区
2) 不存在虚短 (除了 uI = UREF 时 )
3) 存在虚断门限电压 UT = UREF
模 拟 电 子 技 术六,非正弦波振荡电路
1,产生 方波 振荡的基本原理
C
uOR 施密特触发器当施密特触发器输出高 (低 )电平时,
电容 C 的充电方向不同,每当 uC 超过上 (下 )门限 电压时,施密特触发器的输出电平就发生跳变,使电容改变充电方向,于是形成 uO 周而复始的高,低电平跳变,即 方波 振荡 。
模 拟 电 子 技 术施密特触发器的构成：
迟滞 比较器 (运放接成正反馈 )
555 定时器 的施密特触发器形式集成施密特触发器
2,获得三角 波 的基本方法方波 积分电路 三角 波模 拟 电 子 技 术
2,迟滞 比较器 (施密特触发器 )
反相型 迟滞 比较器
uI R
R1
8
UREF
R2
R3
UZP
uO
O uI
uO
UT+UT–
UZ
– UZ
传输特性模 拟 电 子 技 术同相型 迟滞 比较器
R1
R 8
uI
UREF
R2
R3
UZ
N
P
uO
传输特性
O uI
uO
UT+UT-
UZ
–UZ
门限电压的求法：
根据叠加定理求出同相端电压 uP的表达式，当输出状态变化时，与反相端电压 uN 相等,此时的输入电压 uI即为门限电压 UT+和 UT–。
