,模拟电路, 精品课程课件
第 8章 信号发生电路
§ 8.1 正弦波振荡电路
§ 8.2 非正弦信号发生电路
第 8章 信号发生电路
§ 8.1 正弦波振荡电路
学习目标,1.掌握正弦波振荡电路的振荡条件；
2.熟悉各种正弦波振荡电路振荡频率及
RC串并联网络与 LC并联回路的选频
特性。
学习重点,1.正弦波振荡电路的振荡条件 ；
2.各种类型的正弦波振荡电路满足相位
平衡条件的判断。
§ 8.1 正弦波 振 荡电路
一,正弦波振荡电路的基础知识
1.振荡条件
fid XXX -=
改成正反馈
只有正反馈电路才能产生自激振荡。
+
Xi
–
f
? 基本放大器 A
反馈网络
F
X + d oX
X
§ 8.1 正弦波震荡电路
所以，自激振荡条件也可以写成：
自激振荡的条件：
（ 1）振幅条件,1|| =AF
（ 2）相位条件,pjj nFA 2=+ n是整数
AAA j?= ||
因为：
FFF j?= ||
..
1.,=FA
§ 8.1 正弦波震荡电路
2.起振条件和稳幅原理
起振条件：
结果：产生增幅振荡
1|| ?FA ?? （ 略大于）
稳幅过程：
起振时,1|| ?FA ??
稳定振荡时,1|| =FA ??
起振过程
3.正弦波振荡器的基本组成部分
① 基本放大电路
② 正反馈网络
③ 选频网络
4.正弦波振荡器的分类
① RC正弦波振荡器
② LC正弦波振荡器
③ 石英晶体振荡器
§ 8.1 正弦波震荡电路
二,RC正弦波振荡电路
1.RC串并联正弦波振荡电路
（ 1） RC串并联网络的频率特性
§ 8.1 正弦波震荡电路
（ 2） RC串并联正弦波振荡电路
① 电路组成
§ 8.1 正弦波震荡电路
RC 串并联网络是正反馈网络,Rf 和 R1为负反馈网络,RC
串并联网络与 Rf,R1负反馈支路构成一个桥路，称为桥式。
② 振荡频率：
RCfo p2
1=
③ 起振条件：
应使
2/ 1 ?RR f
fR
不能太大，否则正弦波将变成方波 。
④ 常用的稳幅措施
为了改善输出电压波形幅度稳定，可以采用下面的措施：
①采用热敏电阻
②利用二极管的非线性实现自动稳幅
③采用场效应管进行自动稳幅
§ 8.1 正弦波震荡电路
8R1
R2
V1
V2
R3
12.4k?> R2 > 8.1k?
起振时信小, 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
8.2k?
6.2k?
22k?
4.3k?
0.01?F
8.2k?
0.01?F
§ 8.1 正弦波震荡电路
2.RC移相式正弦波振荡电路
§ 8.1 正弦波震荡电路
三,LC正弦波振荡电路
1,LC并联回路的频率特性
§ 8.1 正弦波震荡电路
§ 8.1 正弦波震荡电路
（ 4） LC并联回路的频率特性
?0
?Z?
Z 0
?
Q 大
Q 小
??
0
j f
90o
-90o
Q 增大
幅频特性 相频特性
§ 8.1 正弦波震荡电路
2,LC振荡电路的基本形式
类型：变压器反馈式, 电感三点式,电容三点式
（ 1）变压器反馈式振荡电路
LC
+VCC
V
RE
RB1
RB2
CE
CB×
满足相位平衡条件,
RCf o p2
1=
§ 8.1 正弦波震荡电路
（ 2）三点式 LC振荡电路
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。
① 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
§ 8.1 正弦波震荡电路
优点：
易起振 (L 间耦合紧 )；
易调节 (C 可调 )。
缺点,
输出取自电感，对高次谐波阻抗大，
输出波形差 。
§ 8.1 正弦波震荡电路
② 电容三点式振荡电路
§ 8.1 正弦波震荡电路
§ 8.1 正弦波震荡电路
四、石英晶体振荡电路
1,石英晶体的基本特征
（ 1）结构和符号
化学成分 SiO2
结构
晶片
涂银层 焊点点
符号
§ 8.1 正弦波震荡电路
（ 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 。
§ 8.1 正弦波震荡电路
（ 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 )
Co — 晶片静态电容 (几 ~ 几十 pF)
§ 8.1 正弦波震荡电路
（ 4）谐振频率与频率特性
§ 8.1 正弦波震荡电路
2,石英晶体振荡电路
1)串联型
f = fs,晶体呈纯阻
2)并联型
fs < f < fp,晶体呈感性
+VCC
V
RE
RB1
RB2CB
LC
×
+VCC
V
RE
RB1
RB2
CE C3C1
C2
RC
×
返回
第 8章 信号发生电路
§ 8.2 非正弦信号发生电路
学习目标,1.了解电压比较器的工作原理；三角
波、矩形波发生电路；
2.掌握方波放生电路的工作原理、振荡
波形以及振荡频率的计算 。
学习重点：单值电压比较器的工作原理
§ 8.2 非正弦信号发生电路
一、电压比较器
功能 比较电压信号 (被测试信号与标准信号 )大小
类型 基本比较器
迟滞比较器 (施密特触发器 )
简单比较器 (单门限 )
窗口比较器 (双门限 )
1,单值电压比较器
（ 1）过零电压比较器
UOmax
8u
I uO
O uI
uO
uI < 0
uI > 0
-UOmax
UOH
UOL
§ 8.2 非正弦信号发生电路
（ 2）同相输入单门限比较器
O uI
uO8
uI
UREF ?UZ
UZ
UREF
uI < UREF -UZ
uI > UREF
门限
电压 UT
① 工作在非线性区
② 不存在虚短 (除了 uI = UREF 时 )
③ 存在虚断
特点,
门限电压 UT = UREF
§ 8.2 非正弦信号发生电路
2,滞回比较器
（ 1）反相型迟滞比较器
① 电路和门限电压
uI R
R1
8
UREF
R2
R3
?UZP
uO
当 uI < uP 时,uO = +UZ
当 uI > uP 时,uO = -UZ
当 uI = uP 时,状态翻转
21
2Z
21
1R E F
P RR
RU
RR
RUU
+?+=
21
2Z1R E F
T RR
RURUU
+
+=
+
21
2Z1R E F
T RR
RURUU
+
-=
-
§ 8.2 非正弦信号发生电路
② 传输特性
R
R1
8
uI
UREF
R2
R3
?UZP
uO
当 uI 逐渐增大时
uI < UT+, 则 uO = UZ
uI > UT+, 则 uO = -UZ
当 uI 逐渐减小时
uI > U T-, 则 uO =-UZ
uI < UT-, 则 uO = UZ
上门限
下门限
?U = - UT-
O uI
uO
UT-
UZ
-UZ ?U 回差
电压
特点：
uI 上升时与上门限比,
uI 下降时与下门限比 。
§ 8.2 非正弦信号发生电路
二、方波发生电路
1,工作原理和振荡波形
R1
C
8
R2
R3
?UZ
uO
R
积分
电路
滞回比较器 -UZ
uO uC
t
UZ
§ 8.2 非正弦信号发生电路
2,振荡频率的计算
21
2Z
T RR
RUU
+=+
21
2Z
T RR
RUU
+
-=
-
)21l n (2
1
2
R
RRCT +=
Tf
1=
占空比 = 50%
§ 8.2 非正弦信号发生电路
三、锯齿波和三角波发生电路
1,三角波发生电路
获得三角波的基本方法,
三角 波方波 积分电路
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。
§ 8.2 非正弦信号发生电路
四,8038集成函数波形发生器
1,8038的工作原理
CC32 V
CC31 V
> I01电子
开关 S 11
8
8
+VCC
R
R
R
R
S
C
I01
I02
uC
6
9
3
2
-VEE
或地
Q10
Q
反相器
电压跟随器
正弦波变换器
§ 8.2 非正弦信号发生电路
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 。
§ 8.2 非正弦信号发生电路
2,典型应用
1
2
3
4
5
6
7 8
ICL
8038
14
13
12
11
10
9
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 )
返回
§ 8.2 非正弦信号发生电路
小 结
1.正弦波振荡电路的振荡条件。
2.熟悉各种正弦波振荡电路振荡频率及 RC串并联网络
与 LC并联回路的选频特性。
3.电压比较器的工作原理。
4.三角波、矩形波发生电路。
5.方波放生电路的工作原理、振荡频率的计算。
§ 8.2 非正弦信号发生电路
思考题
1.电压比较器是怎样工作的？
2.方波发生电路的振荡频率如何计算？
3.矩形波、三角波发生电路的区别？
4.正弦波振荡电路的振荡条件是什么？
5.这样判断各种类型的正弦波振荡电路是否满足相位
平衡条件？
6.如何确定各种正弦波振荡电路的振荡频率？
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第 8章 信号发生电路
§ 8.1 正弦波振荡电路
§ 8.2 非正弦信号发生电路
第 8章 信号发生电路
§ 8.1 正弦波振荡电路
学习目标,1.掌握正弦波振荡电路的振荡条件；
2.熟悉各种正弦波振荡电路振荡频率及
RC串并联网络与 LC并联回路的选频
特性。
学习重点,1.正弦波振荡电路的振荡条件 ；
2.各种类型的正弦波振荡电路满足相位
平衡条件的判断。
§ 8.1 正弦波 振 荡电路
一,正弦波振荡电路的基础知识
1.振荡条件
fid XXX -=
改成正反馈
只有正反馈电路才能产生自激振荡。
+
Xi
–
f
? 基本放大器 A
反馈网络
F
X + d oX
X
§ 8.1 正弦波震荡电路
所以，自激振荡条件也可以写成：
自激振荡的条件：
（ 1）振幅条件,1|| =AF
（ 2）相位条件,pjj nFA 2=+ n是整数
AAA j?= ||
因为：
FFF j?= ||
..
1.,=FA
§ 8.1 正弦波震荡电路
2.起振条件和稳幅原理
起振条件：
结果：产生增幅振荡
1|| ?FA ?? （ 略大于）
稳幅过程：
起振时,1|| ?FA ??
稳定振荡时,1|| =FA ??
起振过程
3.正弦波振荡器的基本组成部分
① 基本放大电路
② 正反馈网络
③ 选频网络
4.正弦波振荡器的分类
① RC正弦波振荡器
② LC正弦波振荡器
③ 石英晶体振荡器
§ 8.1 正弦波震荡电路
二,RC正弦波振荡电路
1.RC串并联正弦波振荡电路
（ 1） RC串并联网络的频率特性
§ 8.1 正弦波震荡电路
（ 2） RC串并联正弦波振荡电路
① 电路组成
§ 8.1 正弦波震荡电路
RC 串并联网络是正反馈网络,Rf 和 R1为负反馈网络,RC
串并联网络与 Rf,R1负反馈支路构成一个桥路，称为桥式。
② 振荡频率：
RCfo p2
1=
③ 起振条件：
应使
2/ 1 ?RR f
fR
不能太大，否则正弦波将变成方波 。
④ 常用的稳幅措施
为了改善输出电压波形幅度稳定，可以采用下面的措施：
①采用热敏电阻
②利用二极管的非线性实现自动稳幅
③采用场效应管进行自动稳幅
§ 8.1 正弦波震荡电路
8R1
R2
V1
V2
R3
12.4k?> R2 > 8.1k?
起振时信小, 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
8.2k?
6.2k?
22k?
4.3k?
0.01?F
8.2k?
0.01?F
§ 8.1 正弦波震荡电路
2.RC移相式正弦波振荡电路
§ 8.1 正弦波震荡电路
三,LC正弦波振荡电路
1,LC并联回路的频率特性
§ 8.1 正弦波震荡电路
§ 8.1 正弦波震荡电路
（ 4） LC并联回路的频率特性
?0
?Z?
Z 0
?
Q 大
Q 小
??
0
j f
90o
-90o
Q 增大
幅频特性 相频特性
§ 8.1 正弦波震荡电路
2,LC振荡电路的基本形式
类型：变压器反馈式, 电感三点式,电容三点式
（ 1）变压器反馈式振荡电路
LC
+VCC
V
RE
RB1
RB2
CE
CB×
满足相位平衡条件,
RCf o p2
1=
§ 8.1 正弦波震荡电路
（ 2）三点式 LC振荡电路
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。
① 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
§ 8.1 正弦波震荡电路
优点：
易起振 (L 间耦合紧 )；
易调节 (C 可调 )。
缺点,
输出取自电感，对高次谐波阻抗大，
输出波形差 。
§ 8.1 正弦波震荡电路
② 电容三点式振荡电路
§ 8.1 正弦波震荡电路
§ 8.1 正弦波震荡电路
四、石英晶体振荡电路
1,石英晶体的基本特征
（ 1）结构和符号
化学成分 SiO2
结构
晶片
涂银层 焊点点
符号
§ 8.1 正弦波震荡电路
（ 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 。
§ 8.1 正弦波震荡电路
（ 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 )
Co — 晶片静态电容 (几 ~ 几十 pF)
§ 8.1 正弦波震荡电路
（ 4）谐振频率与频率特性
§ 8.1 正弦波震荡电路
2,石英晶体振荡电路
1)串联型
f = fs,晶体呈纯阻
2)并联型
fs < f < fp,晶体呈感性
+VCC
V
RE
RB1
RB2CB
LC
×
+VCC
V
RE
RB1
RB2
CE C3C1
C2
RC
×
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第 8章 信号发生电路
§ 8.2 非正弦信号发生电路
学习目标,1.了解电压比较器的工作原理；三角
波、矩形波发生电路；
2.掌握方波放生电路的工作原理、振荡
波形以及振荡频率的计算 。
学习重点：单值电压比较器的工作原理
§ 8.2 非正弦信号发生电路
一、电压比较器
功能 比较电压信号 (被测试信号与标准信号 )大小
类型 基本比较器
迟滞比较器 (施密特触发器 )
简单比较器 (单门限 )
窗口比较器 (双门限 )
1,单值电压比较器
（ 1）过零电压比较器
UOmax
8u
I uO
O uI
uO
uI < 0
uI > 0
-UOmax
UOH
UOL
§ 8.2 非正弦信号发生电路
（ 2）同相输入单门限比较器
O uI
uO8
uI
UREF ?UZ
UZ
UREF
uI < UREF -UZ
uI > UREF
门限
电压 UT
① 工作在非线性区
② 不存在虚短 (除了 uI = UREF 时 )
③ 存在虚断
特点,
门限电压 UT = UREF
§ 8.2 非正弦信号发生电路
2,滞回比较器
（ 1）反相型迟滞比较器
① 电路和门限电压
uI R
R1
8
UREF
R2
R3
?UZP
uO
当 uI < uP 时,uO = +UZ
当 uI > uP 时,uO = -UZ
当 uI = uP 时,状态翻转
21
2Z
21
1R E F
P RR
RU
RR
RUU
+?+=
21
2Z1R E F
T RR
RURUU
+
+=
+
21
2Z1R E F
T RR
RURUU
+
-=
-
§ 8.2 非正弦信号发生电路
② 传输特性
R
R1
8
uI
UREF
R2
R3
?UZP
uO
当 uI 逐渐增大时
uI < UT+, 则 uO = UZ
uI > UT+, 则 uO = -UZ
当 uI 逐渐减小时
uI > U T-, 则 uO =-UZ
uI < UT-, 则 uO = UZ
上门限
下门限
?U = - UT-
O uI
uO
UT-
UZ
-UZ ?U 回差
电压
特点：
uI 上升时与上门限比,
uI 下降时与下门限比 。
§ 8.2 非正弦信号发生电路
二、方波发生电路
1,工作原理和振荡波形
R1
C
8
R2
R3
?UZ
uO
R
积分
电路
滞回比较器 -UZ
uO uC
t
UZ
§ 8.2 非正弦信号发生电路
2,振荡频率的计算
21
2Z
T RR
RUU
+=+
21
2Z
T RR
RUU
+
-=
-
)21l n (2
1
2
R
RRCT +=
Tf
1=
占空比 = 50%
§ 8.2 非正弦信号发生电路
三、锯齿波和三角波发生电路
1,三角波发生电路
获得三角波的基本方法,
三角 波方波 积分电路
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。
§ 8.2 非正弦信号发生电路
四,8038集成函数波形发生器
1,8038的工作原理
CC32 V
CC31 V
> I01电子
开关 S 11
8
8
+VCC
R
R
R
R
S
C
I01
I02
uC
6
9
3
2
-VEE
或地
Q10
Q
反相器
电压跟随器
正弦波变换器
§ 8.2 非正弦信号发生电路
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 。
§ 8.2 非正弦信号发生电路
2,典型应用
1
2
3
4
5
6
7 8
ICL
8038
14
13
12
11
10
9
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 )
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§ 8.2 非正弦信号发生电路
小 结
1.正弦波振荡电路的振荡条件。
2.熟悉各种正弦波振荡电路振荡频率及 RC串并联网络
与 LC并联回路的选频特性。
3.电压比较器的工作原理。
4.三角波、矩形波发生电路。
5.方波放生电路的工作原理、振荡频率的计算。
§ 8.2 非正弦信号发生电路
思考题
1.电压比较器是怎样工作的？
2.方波发生电路的振荡频率如何计算？
3.矩形波、三角波发生电路的区别？
4.正弦波振荡电路的振荡条件是什么？
5.这样判断各种类型的正弦波振荡电路是否满足相位
平衡条件？
6.如何确定各种正弦波振荡电路的振荡频率？
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