第六章 波形产生与整形电路信号产生电路 (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
(1-2)
第六章 波形产生与整形电路
§ 6.1 正弦波振荡电路的基本概念
§ 6.4 正弦波振荡电路
§ 6.2 正弦波振荡电路
§ 6.3 波形整形电路
(1-3)
正反馈放大电路如图示 。 （ 注意与负反馈方框图的差别 ）
1,振荡条件
fia XXX
若环路增益 1?FA
则,
fa XX 去掉,iX? oX?
仍有稳定的输出又
fafa AFFAFA
所以振荡条件为 1)()( FA 振幅平衡条件
n2)()( fa 相位平衡条件
§ 6.1 正弦波振荡电路的基本概念一、正弦波振荡器的振荡条件
(1-4)
起振条件
2,起振过程振荡电路是单口网络,无须输入信号就能起振,起振的信号源来自何处？
电路器件内部噪声
1)()( FA
n2)()( fa
当输出信号幅值增加到一定程度时,就要限制它继续增加,否则波形将出现失真 。
噪声中,满足相位平衡条件的某一频率?0的噪声信号被放大,成为振荡电路的输出信号 。
稳幅的作用就是,当输出信号幅值增加到一定程度时,
使振幅平衡条件从 回到1?AF 。 1?AF
§ 6.1 正弦波振荡电路的基本概念
(1-5)
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
uf
uf
起振 稳幅
1?AF
§ 6.1 正弦波振荡电路的基本概念
3,稳幅过程
(1-6)
放大电路 （ 包括负反馈放大电路 ）
1,基本组成部分
反馈网络 （ 构成正反馈的 ）
选频网络 （ 选择满足相位平衡条件的一个频率 。 经常与反馈网络合二为一 。 ）
稳幅环节
§ 6.1 正弦波振荡电路的基本概念二、正弦波振荡器的组成及分类
2,分类
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 )
(1-7)
)
j
1
//(
j
1
Cj
1
//
1
2
ωC
R
ωC
R
ω
R
U
U
F u
一,RC文氏桥式振荡电路
)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
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-8)
2,RC 桥氏振荡电路
A = 2n?
F = 0o
2) 电路：
同相放大器
1) 组成：
§ 6.2 正弦波振荡电路
8
C
R1
Rf
R
iU
oU
C RfU
(1-9)
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
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-10)
8
C
R1
Rf
R
iU?
oU?
C RfU?
5)稳幅措施热敏电阻稳幅为使电 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
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
§ 6.2 正弦波振荡电路
4.3 k?
8R1
R2
oU?
V1
V2
R3
8.2 k?
6.2 k?
22 k?
0.01?F8.2 k? 0.01?F
(1-11)
二,RC移相式振荡电路 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
§ 6.2 正弦波振荡电路
C R
Rf
R
oU?
C
R
C
(1-12)
类型,变压器反馈式,电感三点式,电容三点式
L
rCI
s
.
L 的等效损耗电阻
))L(r LC(j)ωL(r rZ1 2222
(一 )LC 并联回路的特性
Z
§ 6.2 正弦波振荡电路三,LC三点式振荡电路
0)L(r LC 2
0
2
0
0
如即
L
Cr1
LC
1 2
0
则 Z为纯电阻特性因 r很小,故有
LC
1
0
(1-13)
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
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-14)
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
§ 6.2 正弦波振荡电路
)j(
j
1
)j(
j
1
ωLr
ωC
ωLr
ωC
Z
(1-15)
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?
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-16)
(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?
2,相位平衡条件
LC
f
2
1
0
×
§ 6.2 正弦波振荡电路
1,电路结构
(1-17)
§ 6.2 正弦波振荡电路虽然波形出现了失真,但由于 LC谐振电路的 Q值很高,
选频特性好,所以仍能选出?0的正弦波信号 。
3,幅值平衡条件
4,稳幅
5,选频通过选择高?值的 BJT和调整变压器的匝数比,可以满足
1?FA
,电路可以起振 。
BJT进入非线性区,波形出现失真,从而幅值不再增加,
达到稳幅目的 。
(1-18)
V
CC
R
b 1
R
e
R
b 2
C
1 C
e
M
LC
c
b
e
T
v
o
(+)
(-)
(+)
(+)
V
CC
R
b 1
R
e
R
b 2
C
1
M
L
C
c
b
e
T
(+)
(+)
(+)
(+)
反馈满足相位平衡条件 满足相位平衡条件反馈
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-19)
§ 6.2 正弦波振荡电路
(三）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。
C
首端尾端中间端
L 1
L 2
电感三点式
C 1
C 2
首端尾端中间端 L
电容三点式三点的相位关系
A,若中间点交流接地,则首端与尾端相位相反 。
B,若首端或尾端交流接地,则其他两 端相位相同 。
(1-20)
1,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
§ 6.2 正弦波振荡电路
2
1 1
11
Cj
Lj
Cj
Z
)1(
2
2
2
1 LC
CCj
01
2
2
0
2
1 LC
CC
如即
21
21
0
1
CC
CC
L
则 Z为纯电阻特性
(1-21)
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
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-22)
2,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
§ 6.2 正弦波振荡电路优点：
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 。
)2(2
1
2
1
21
0 CMLLLCf
(1-23)
四、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
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-24)
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。
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-25)
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)
§ 6.2 正弦波振荡电路
1
q
q
q C
L
r
Q?
大小小大
(1-26)
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
§ 6.2 正弦波振荡电路
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。
(1-27)
(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
×
×
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-28)
一、电压比较 器 (Comparer)
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
§ 6.3 波形整形电路作用,对变化缓慢或不规则的信号整形，使之变成边沿陡峭的信号，也可剔除输入信号中的干扰信号。
(1-29)
§ 6.3 波形整形电路
1,基本比较器电路
o ()udu A u u
对于开环或正反馈运放：
且 Aud很大
,?” 端电位高，负饱和
“+” 端电位高，正饱和
(1-30)
§ 6.3 波形整形电路
A,串联型比较器电路
(1 )
( 2 )
i R E F o Z
i R E F o Z
u U u u u U
u U u u u U
(1-31)
§ 6.3 波形整形电路
B,并联型比较器电路
12
1
2
0
I R E F
I R E F
uU
RR
R
uU
R
1
2
1
2
I R E F o Z
I R E F o Z
R
u U u U
R
R
u U u U
R
(1-32)
§ 6.3 波形整形电路
2,集成电压比较器 — LM311
(1-33)
§ 6.3 波形整形电路
LM311电路接法
(1-34)
二,555集成定时 器
§ 6.3 波形整形电路
1.电路组成
(1-35)
§ 6.3 波形整形电路
2.基本功能不变不变><1
0导通>>1
1截止<<1
0导通XX0
QVTTRTHR
输出输入
23 CCV
23 CCV
23 CCV
13 CCV
13 CCV
13 CCV
(1-36)
1)电路和门限电压三,迟滞 比较器
1,反相型 迟滞 比较器正反馈
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
§ 6.3 波形整形电路
uI R
R1
UREF
R2
R3
UZP
uO
(1-37)
特点：
2)传输特性
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。
§ 6.3 波形整形电路
uI R
R1
UREF
R2
R3
UZP
uO
(1-38)
2,同相型 迟滞 比较器状态翻转时,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
§ 6.3 波形整形电路
R1
R
uI
UREF
R2
R3
UZ
N
P
uO
(1-39)
21
2Z1I
P RR
RURuu
传输特性
O uI
uO
UT+UT?
UZ
UZ
U = UT+? UT?
1
2Z2
R
RU?
§ 6.3 波形整形电路
(1-40)
§ 6.3 波形整形电路
3,555定时器构成的施密特触发器电路
CC
VU
3
1
T
CCVU 3
2
T
CC
VU
3
1
T
(1-41)
整形
O
uI
t
UT+
UT-
O
uO
t
UOH
UOL
§ 6.3 波形整形电路应用整形及抗干扰
O
uI
t
UT+
UT-
O
uO
t
UOH
UOL
(1-42)
§ 6.3 波形整形电路
4,单稳态触发器电路
1
1
( ) ( ) ( 0 ) ( )
2
( 0 ) 0,( ),( )
3
ln 3 1,1
t
C C C C
C C C C C C C
u t u u u e
u u V u t V
t R C R C
(1-43)
一、矩形波振荡电路 (Astable Multivibrator)
1,用电压比较器构成的 矩形波振荡电路滞回比较器
UZ
uO uC
t
UT+
UT-
UZ
§ 6.4 非正弦波振荡电路积分电路
UZ
R1
C
R2
R3 uO
R
21
2ZT
RR
RUU
21
2ZT
RR
RUU
（ 1）工作原理
(1-44)
（ 2）振荡频率
§ 6.4 非正弦波振荡电路
( 0 ),( ),C C Z T Tu U u U R C
1
2
( ) ( ) ( 0 ) ( )
()
22
2
2 l n( 1 )
1
t
C C C C
C
TT
u t u u u e
TT
t u U
R
T R C
R
f
T
(1-45)
§ 6.4 非正弦波振荡电路
2.占空比可调的矩形波振荡电路要点,应改变 C的充,放电时间常数
C放电时,放电电流经 RT,二极管 VD2,电位器的下半部 。
C充电时,充电电流经电位器的上半部,二极管
VD1,RT；
(1-46)
§ 6.4 非正弦波振荡电路
3.单电源矩形波振荡电路
2
3 CCUV
1
3 CCUV
( 0 ),( ),C C CC T Tu U u V R C
( ) ( ) (0 ) ( ) tC C C Cu t u u u e
(1-47)
§ 6.4 非正弦波振荡电路
4.用 555构成的矩形波振荡电路
(1)电路结构及工作原理
(1-48)
§ 6.4 非正弦波振荡电路
(2)振荡频率
1）充电过程( ) ( ) (0 ) ( )
t
C C C Cu t u u u e?
1
1 1 2
1 1 2
12
( 0 ),( )
33
( ),( )
0,6 9 ( )
C C C C C C
C C C
u V u t V
u V R R C
t R R C
2）放电过程
2
22
12
21
( 0 ),( )
33
( ) 0,
0,6 9
C C C C C C
C
u V u t V
u R C
t R C
1 2 1 2
1 1 2
1 2 1 2
0,6 9 ( 2 )
2
T t t R R C
t R R
t t R R
占空比＝
(1-49)
二、三角形波振荡电路
§ 6.4 非正弦波振荡电路
（ 1）工作原理
A1— 比较器 A2－积分器
12
11
1 2 1 2
12
11
1 2 1 2
o Z Z o
o Z Z o
RR
u U u U u
R R R R
RR
u U u U u
R R R R
(1-50)
§ 6.4 非正弦波振荡电路
(2)三角波的幅度与频率
t0 Z
4
0 t)dU(CR
1u
Z
2
1
OH UR
RU?
Z
2
1
OL UR
RU
当 UREF=0时，上下门限电压：
2
1
ZOm R
RU2U
又三角波的周期 T=4t1，在 0~t1时有
1t0 Z
42
1
ZOH10 tdUCR
1
R
RUU)t(u
2
41
1 R
CRRt?
2
41
R
CRR4T?
(1-51)
三、锯齿波振荡电路
§ 6.4 非正弦波振荡电路
（ 1）工作原理要点,改变积分器的充,放电时间常数同三角波计算方法一样可得,
2
41
1 R
CRR2T?
2
541
2 R
C)R//R(R2T? 21 TTT
电子技术第六章结束模拟电路部分
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
(1-2)
第六章 波形产生与整形电路
§ 6.1 正弦波振荡电路的基本概念
§ 6.4 正弦波振荡电路
§ 6.2 正弦波振荡电路
§ 6.3 波形整形电路
(1-3)
正反馈放大电路如图示 。 （ 注意与负反馈方框图的差别 ）
1,振荡条件
fia XXX
若环路增益 1?FA
则,
fa XX 去掉,iX? oX?
仍有稳定的输出又
fafa AFFAFA
所以振荡条件为 1)()( FA 振幅平衡条件
n2)()( fa 相位平衡条件
§ 6.1 正弦波振荡电路的基本概念一、正弦波振荡器的振荡条件
(1-4)
起振条件
2,起振过程振荡电路是单口网络,无须输入信号就能起振,起振的信号源来自何处？
电路器件内部噪声
1)()( FA
n2)()( fa
当输出信号幅值增加到一定程度时,就要限制它继续增加,否则波形将出现失真 。
噪声中,满足相位平衡条件的某一频率?0的噪声信号被放大,成为振荡电路的输出信号 。
稳幅的作用就是,当输出信号幅值增加到一定程度时,
使振幅平衡条件从 回到1?AF 。 1?AF
§ 6.1 正弦波振荡电路的基本概念
(1-5)
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
uf
uf
起振 稳幅
1?AF
§ 6.1 正弦波振荡电路的基本概念
3,稳幅过程
(1-6)
放大电路 （ 包括负反馈放大电路 ）
1,基本组成部分
反馈网络 （ 构成正反馈的 ）
选频网络 （ 选择满足相位平衡条件的一个频率 。 经常与反馈网络合二为一 。 ）
稳幅环节
§ 6.1 正弦波振荡电路的基本概念二、正弦波振荡器的组成及分类
2,分类
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 )
(1-7)
)
j
1
//(
j
1
Cj
1
//
1
2
ωC
R
ωC
R
ω
R
U
U
F u
一,RC文氏桥式振荡电路
)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
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-8)
2,RC 桥氏振荡电路
A = 2n?
F = 0o
2) 电路：
同相放大器
1) 组成：
§ 6.2 正弦波振荡电路
8
C
R1
Rf
R
iU
oU
C RfU
(1-9)
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
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-10)
8
C
R1
Rf
R
iU?
oU?
C RfU?
5)稳幅措施热敏电阻稳幅为使电 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
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
§ 6.2 正弦波振荡电路
4.3 k?
8R1
R2
oU?
V1
V2
R3
8.2 k?
6.2 k?
22 k?
0.01?F8.2 k? 0.01?F
(1-11)
二,RC移相式振荡电路 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
§ 6.2 正弦波振荡电路
C R
Rf
R
oU?
C
R
C
(1-12)
类型,变压器反馈式,电感三点式,电容三点式
L
rCI
s
.
L 的等效损耗电阻
))L(r LC(j)ωL(r rZ1 2222
(一 )LC 并联回路的特性
Z
§ 6.2 正弦波振荡电路三,LC三点式振荡电路
0)L(r LC 2
0
2
0
0
如即
L
Cr1
LC
1 2
0
则 Z为纯电阻特性因 r很小,故有
LC
1
0
(1-13)
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
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-14)
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
§ 6.2 正弦波振荡电路
)j(
j
1
)j(
j
1
ωLr
ωC
ωLr
ωC
Z
(1-15)
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?
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-16)
(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?
2,相位平衡条件
LC
f
2
1
0
×
§ 6.2 正弦波振荡电路
1,电路结构
(1-17)
§ 6.2 正弦波振荡电路虽然波形出现了失真,但由于 LC谐振电路的 Q值很高,
选频特性好,所以仍能选出?0的正弦波信号 。
3,幅值平衡条件
4,稳幅
5,选频通过选择高?值的 BJT和调整变压器的匝数比,可以满足
1?FA
,电路可以起振 。
BJT进入非线性区,波形出现失真,从而幅值不再增加,
达到稳幅目的 。
(1-18)
V
CC
R
b 1
R
e
R
b 2
C
1 C
e
M
LC
c
b
e
T
v
o
(+)
(-)
(+)
(+)
V
CC
R
b 1
R
e
R
b 2
C
1
M
L
C
c
b
e
T
(+)
(+)
(+)
(+)
反馈满足相位平衡条件 满足相位平衡条件反馈
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-19)
§ 6.2 正弦波振荡电路
(三）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。
C
首端尾端中间端
L 1
L 2
电感三点式
C 1
C 2
首端尾端中间端 L
电容三点式三点的相位关系
A,若中间点交流接地,则首端与尾端相位相反 。
B,若首端或尾端交流接地,则其他两 端相位相同 。
(1-20)
1,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
§ 6.2 正弦波振荡电路
2
1 1
11
Cj
Lj
Cj
Z
)1(
2
2
2
1 LC
CCj
01
2
2
0
2
1 LC
CC
如即
21
21
0
1
CC
CC
L
则 Z为纯电阻特性
(1-21)
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
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-22)
2,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
§ 6.2 正弦波振荡电路优点：
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 。
)2(2
1
2
1
21
0 CMLLLCf
(1-23)
四、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
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-24)
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。
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-25)
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)
§ 6.2 正弦波振荡电路
1
q
q
q C
L
r
Q?
大小小大
(1-26)
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
§ 6.2 正弦波振荡电路
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。
(1-27)
(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
×
×
§ 6.2 正弦波振荡电路
(1-28)
一、电压比较 器 (Comparer)
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
§ 6.3 波形整形电路作用,对变化缓慢或不规则的信号整形，使之变成边沿陡峭的信号，也可剔除输入信号中的干扰信号。
(1-29)
§ 6.3 波形整形电路
1,基本比较器电路
o ()udu A u u
对于开环或正反馈运放：
且 Aud很大
,?” 端电位高，负饱和
“+” 端电位高，正饱和
(1-30)
§ 6.3 波形整形电路
A,串联型比较器电路
(1 )
( 2 )
i R E F o Z
i R E F o Z
u U u u u U
u U u u u U
(1-31)
§ 6.3 波形整形电路
B,并联型比较器电路
12
1
2
0
I R E F
I R E F
uU
RR
R
uU
R
1
2
1
2
I R E F o Z
I R E F o Z
R
u U u U
R
R
u U u U
R
(1-32)
§ 6.3 波形整形电路
2,集成电压比较器 — LM311
(1-33)
§ 6.3 波形整形电路
LM311电路接法
(1-34)
二,555集成定时 器
§ 6.3 波形整形电路
1.电路组成
(1-35)
§ 6.3 波形整形电路
2.基本功能不变不变><1
0导通>>1
1截止<<1
0导通XX0
QVTTRTHR
输出输入
23 CCV
23 CCV
23 CCV
13 CCV
13 CCV
13 CCV
(1-36)
1)电路和门限电压三,迟滞 比较器
1,反相型 迟滞 比较器正反馈
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
§ 6.3 波形整形电路
uI R
R1
UREF
R2
R3
UZP
uO
(1-37)
特点：
2)传输特性
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。
§ 6.3 波形整形电路
uI R
R1
UREF
R2
R3
UZP
uO
(1-38)
2,同相型 迟滞 比较器状态翻转时,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
§ 6.3 波形整形电路
R1
R
uI
UREF
R2
R3
UZ
N
P
uO
(1-39)
21
2Z1I
P RR
RURuu
传输特性
O uI
uO
UT+UT?
UZ
UZ
U = UT+? UT?
1
2Z2
R
RU?
§ 6.3 波形整形电路
(1-40)
§ 6.3 波形整形电路
3,555定时器构成的施密特触发器电路
CC
VU
3
1
T
CCVU 3
2
T
CC
VU
3
1
T
(1-41)
整形
O
uI
t
UT+
UT-
O
uO
t
UOH
UOL
§ 6.3 波形整形电路应用整形及抗干扰
O
uI
t
UT+
UT-
O
uO
t
UOH
UOL
(1-42)
§ 6.3 波形整形电路
4,单稳态触发器电路
1
1
( ) ( ) ( 0 ) ( )
2
( 0 ) 0,( ),( )
3
ln 3 1,1
t
C C C C
C C C C C C C
u t u u u e
u u V u t V
t R C R C
(1-43)
一、矩形波振荡电路 (Astable Multivibrator)
1,用电压比较器构成的 矩形波振荡电路滞回比较器
UZ
uO uC
t
UT+
UT-
UZ
§ 6.4 非正弦波振荡电路积分电路
UZ
R1
C
R2
R3 uO
R
21
2ZT
RR
RUU
21
2ZT
RR
RUU
（ 1）工作原理
(1-44)
（ 2）振荡频率
§ 6.4 非正弦波振荡电路
( 0 ),( ),C C Z T Tu U u U R C
1
2
( ) ( ) ( 0 ) ( )
()
22
2
2 l n( 1 )
1
t
C C C C
C
TT
u t u u u e
TT
t u U
R
T R C
R
f
T
(1-45)
§ 6.4 非正弦波振荡电路
2.占空比可调的矩形波振荡电路要点,应改变 C的充,放电时间常数
C放电时,放电电流经 RT,二极管 VD2,电位器的下半部 。
C充电时,充电电流经电位器的上半部,二极管
VD1,RT；
(1-46)
§ 6.4 非正弦波振荡电路
3.单电源矩形波振荡电路
2
3 CCUV
1
3 CCUV
( 0 ),( ),C C CC T Tu U u V R C
( ) ( ) (0 ) ( ) tC C C Cu t u u u e
(1-47)
§ 6.4 非正弦波振荡电路
4.用 555构成的矩形波振荡电路
(1)电路结构及工作原理
(1-48)
§ 6.4 非正弦波振荡电路
(2)振荡频率
1）充电过程( ) ( ) (0 ) ( )
t
C C C Cu t u u u e?
1
1 1 2
1 1 2
12
( 0 ),( )
33
( ),( )
0,6 9 ( )
C C C C C C
C C C
u V u t V
u V R R C
t R R C
2）放电过程
2
22
12
21
( 0 ),( )
33
( ) 0,
0,6 9
C C C C C C
C
u V u t V
u R C
t R C
1 2 1 2
1 1 2
1 2 1 2
0,6 9 ( 2 )
2
T t t R R C
t R R
t t R R
占空比＝
(1-49)
二、三角形波振荡电路
§ 6.4 非正弦波振荡电路
（ 1）工作原理
A1— 比较器 A2－积分器
12
11
1 2 1 2
12
11
1 2 1 2
o Z Z o
o Z Z o
RR
u U u U u
R R R R
RR
u U u U u
R R R R
(1-50)
§ 6.4 非正弦波振荡电路
(2)三角波的幅度与频率
t0 Z
4
0 t)dU(CR
1u
Z
2
1
OH UR
RU?
Z
2
1
OL UR
RU
当 UREF=0时，上下门限电压：
2
1
ZOm R
RU2U
又三角波的周期 T=4t1，在 0~t1时有
1t0 Z
42
1
ZOH10 tdUCR
1
R
RUU)t(u
2
41
1 R
CRRt?
2
41
R
CRR4T?
(1-51)
三、锯齿波振荡电路
§ 6.4 非正弦波振荡电路
（ 1）工作原理要点,改变积分器的充,放电时间常数同三角波计算方法一样可得,
2
41
1 R
CRR2T?
2
541
2 R
C)R//R(R2T? 21 TTT
电子技术第六章结束模拟电路部分
