信号产生电路第 7 章
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 言第 7 章 信号产生电路
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

振荡条件第 7 章 信号产生电路二,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
ufu
f起振 稳幅
1?AF

第 7 章 信号产生电路三、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,
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,是否满足起振条件第 7 章 信号产生电路
)
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
第 7 章 信号产生电路
2,RC 桥氏振荡电路
A = 2n?
F = 0o
nAF 2?
2) 电路：
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：
同相放大器
1?uu FA

3
1?F?
3 A
1) 组成：
8
C
R1
Rf
R
iU
oU
C RfU

第 7 章 信号产生电路
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
第 7 章 信号产生电路二,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，输出波形差第 7 章 信号产生电路
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

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
(一 )LC 并联回路的特性
Z
第 7 章 信号产生电路
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 相频特性第 7 章 信号产生电路
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?
第 7 章 信号产生电路
(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
×
第 7 章 信号产生电路二、三点式 LC 振荡电路
(一 )电感三点式 振荡电路
C
+VCC
V
RE
RB1
RB2 C
E
CB
L1
L2
C1
×
)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 。
M
1
2
3
oU
iU
fU
第 7 章 信号产生电路
(二 )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
优点：波形较好缺点：
2) V 极间电容影响 f0
1) 调频时易停振克拉泼振荡器 la p)
321
1111
CCCC 3
1
C? 2
1
2
1
3
0 LCLCf
+VCC
V
RE
RB1
RB2 C
E
CB
L
C1
C2
1
2
3
C3
改进
oU
iU
fU
第 7 章 信号产生电路三、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
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。
第 7 章 信号产生电路
3,等效电路
rq
C0
Cq
Lq
Co — 晶片静态电容 (几 ~ 几十 pF)
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?
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
第 7 章 信号产生电路
5,使用注意
1)要 接 一定的负载电容 CL(微调 ),以 达标称频率。
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。
第 7 章 信号产生电路
(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
×
×
第 7 章 信号产生电路