9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
9.6 RC正弦波振荡电路
9.7 LC正弦波振荡电路
9.8 非正弦波振荡电路
9.1 滤波电路的基本概念与分类
9.2 一阶有源滤波电路
9.3 高阶有源滤波电路
9.4 开关电容滤波电路
1,基本概念
)(
)()(
i
o
sV
sVsA?
滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号得电子装置 。
有源滤波器：由有源器件构成的滤波器 。
)(I tv )(O tv滤波电路滤波电路传递函数定义时,有?j?s
)(je)j()j( AA )(j( A
其中 )j(?A
)(
—— 模,幅频响应
—— 相位角,相频响应时延响应为
)( d )(d)( s
9.1 滤波电路的基本概念与分类
2,分类 —— 按幅频特性分低通 （ LPF） 用于工作信号为低频 （ 或直流 ）,并且需要削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声等场合 —— 整流后滤波 。
高通 （ HPF） 用于信号处于高频,并且需要削弱低频的场合 —— 阻容放大器的耦合 。
带通 （ BPF） 用于突出有用频段的信号,
削弱其它频段的信号或干扰和噪声 ——
载波通信 。
带阻 （ BEF） 用于抑制干扰 。
全通 （ APF）
通阻通
Au
ω
阻 通
Au
ω
通 阻
Au
ω
阻阻 通
Au
ω
3,无源滤波电路和有源滤波电路无源滤波电路,由无源元件 R,L,C组成的滤波电路 。
有源滤波电路,由晶体管和 R,C网络组成的滤波电路 。
R
ui
RLC uo
ui
RLCL uo
4,由集成运放 （ 工作在线性区 ） 和 RC网络组成的有源滤波电路的优点：
（ 1） 体积小,重量轻,不需要加磁屏蔽 。
（ 2） 电路中的集成运放可以加串联负反馈,使 ri高,ro低 。
（ 3） 除起有源滤波作用外,还可以放大,而且放大倍数容易调节 。
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
1,振荡条件
2,起振和稳幅
3,振荡电路基本组成部分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 相位平衡条件起振条件
2,起振和稳幅
# 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
放大电路 （ 包括负反馈放大电路 ）
3,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
end
9.6 RC正弦波振荡电路
1,电路组成
2,RC串并联选频网络的选频特性
3,振荡电路工作原理
4,稳幅措施
1,电路组成反馈网络兼做选频网络反馈系数
2,RC串并联选频网络的选频特性
)(
)()(
o
f
sV
sVsF
V?
幅频响应又
21
2
ZZ
Z
2)(31 s C Rs C R
s C R
j?s 且令
RC
1
0
则
)(j3
1
0
0?
VF
20
0
2 )(3
1
VF
相频响应
3
)(
a r c t g
0
0
f
2,RC串并联选频网络的选频特性当
20
0
2 )(3
1
VF
幅频响应有最大值
3
)(
a r c t g
0
0
f
RCffRC 2
1 1
00 或
3
1
ma x?VF
相频响应 0
f
3,振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为用瞬时极性法判断可知,电路满足相位平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件
0f
当
RC
1
0
时,
n2fa
(+)
(+)
(+)
(+)
Av
31
1
f
R
RA
V
1313VV FA
电路可以输出频率为 的正弦波
RCf?2
1
0?
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波采用非线性元件
4,稳幅措施
热敏元件热敏电阻起振时,
31
1
f
R
RA
V
即 1?
VV FA
热敏电阻的作用
oVoI功耗 fR?温度 fR?阻值 fR
3?VA 1?VV FA 稳幅?VA
采用非线性元件
4,稳幅措施
场效应管 （ JFET）
31
DS3
p3?
RR
RA
V
稳幅原理
oV)(GS 负值V?DSR 3?VA
1?VV FA 稳幅
VA
34 CRD,、
整流滤波
T 压控电阻 v DS
i D
v GS = 0 V
- 1 V
- 2 V
- 3 V
可变电阻区，斜率随 vGS不同而变化采用非线性元件
4,稳幅措施
二极管
end
9.7 LC正弦波振荡电路
9.7.1 LC并联谐振回路选频特性
9.7.2 变压器反馈式 LC振荡电路
9.7.3 三点式 LC振荡电路
9.7.4 石英晶体 振荡电路
1,等效阻抗
9.7.1 LC并联谐振回路选频特性
LR
C
LR
C
Z
j
j
1
)j(
j
1
等效损耗电阻
)1j(
C
LR
C
L
Z
一般有 LR 则
C
QLQ
RC
LZ
0
00
当 时,
LC
1
0
电路谐振 。
LC
1
0
为谐振频率谐振时 阻抗最大,且为纯阻性其中
C
L
RRCR
LQ 11
0
0
为品质因数同时有
IQII LL 即 III LL
2,频率响应
9.7.1 LC并联谐振回路选频特性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 。
9.7.2 变压器反馈式 LC振荡电路
1,电路结构
2,相位平衡条件
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 。
（ 定性分析 ）
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
(+)
(+)
(+)
(+)
9.7.2 变压器反馈式 LC振荡电路反馈满足相位平衡条件 满足相位平衡条件反馈仍然由 LC并联谐振电路构成选频网络
A,若中间点交流接地,则首端与尾端相位相反 。
9.7.3 三点式 LC振荡电路
1,三点式 LC并联电路
C 1
C 2
首端尾端中间端 L
电容三点式
C
首端尾端中间端
L 1
L 2
电感三点式中间端的瞬时电位一定在首,尾端电位之间 。
三点的相位关系
B,若首端或尾端交流接地,则其他两端相位相同 。
9.7.3 三点式 LC振荡电路
2,电感三点式振荡电路
9.7.3 三点式 LC振荡电路
3,电容三点式振荡电路
Q值越高,选频特性越好,频率越稳定 。
9.7.4 石英晶体 振荡电路
1,频率稳定问题频率稳定度一般由 来衡量
0f
f?
—— 频率偏移量 。f?
0f
—— 振荡频率 。
LC振荡电路 Q —— 数百石英晶体振荡电路 Q —— 10000? 500000
9.7.4 石英晶体 振荡电路
2,石英晶体的基本特性与等效电路结构极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场压电效应交变电压 机械振动 交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关,稳定性高当交变电压频率 = 固有频率时,振幅最大 。 压电谐振
9.7.4 石英晶体 振荡电路
2,石英晶体的基本特性与等效电路等效电路
LCf?2
1
s?
A,串联谐振特性晶体等效阻抗为纯阻性
0
p 12
1
C
C
LCf
B,并联谐振通常
0CC
0
s 1 C
Cf
所以 很接近与
ps ff
9.7.4 石英晶体 振荡电路
2,石英晶体的基本特性与等效电路实际使用时外接一小电容 Cs
则新的谐振频率为
s0
s 12
1
CC
C
LCf
由于
s0 CCC
s0
s 1 CC
Cf
由此看出
)(21 s0ss CC
Cff；时,0 pss ffC sss ffC 时，
调整之间变化和在可使 psss fffC?
9.7.4 石英晶体 振荡电路
3,石英晶体振荡电路
end
9.8 非正弦信号产生电路
9.8.1 比较器
9.8.3 锯齿波产生电路
9.8.2 方波产生电路
,由于 |vO |不可能超过 VM，
9.8.1 比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE特点：
时,
0
M
I A
Vv?
1,单门限电压比较器
（ 1） 过零比较器开环,虚短 和 虚断 不成立增益 A0大于 105
CCOEE VvV
MI0O VvAv
（ 忽略了放大器输出级的饱和压降 ）
MO m a x Vv?
所以当 |+VCC | = |-VEE | =VM = 15V,A0=105 时,
0mV15.01015 5
0
M
A
V
可以认为 vI >0 时,vOmax = +VCC
vI <0 时,vOmax = -VEE （ 过零比较器 ）
运算放大器工作在非线性状态下
MCCEE VVV假设
9.8.1 比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE特点：
1,单门限电压比较器
（ 1） 过零比较器开环,虚短 和 虚断 不成立增益 A0大于 105
CCOEE VvV
v
I
O
T
2? 3? 4?
t
t
v
O
V
O H
O
V
OL
输入为正负对称的正弦波时,输出为方波 。
电压传输特性
v O
V O H
V O L
v IO
思考
1,若过零比较器如图所示,则它的电压传输特性将是怎样的？
2,输入为正负对称的正弦波时,
输出波形是怎样的？
v I
v O
+
-
A
+ V CC
- V EE
v O
V O H
V O L
v IO
v
I
O
T
2? 3? 4?
t
t
v
O
V
O H
O
V
OL
9.8.1 比较器 v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EEV R EF
1,单门限电压比较器
（ 2） 门限电压不为零的比较器电压传输特性
v O
V O H
V O L
v IO V
R E F
输入为正负对称的正弦波时,输出波形如图所示 。
v
I
O
T
2? 3? 4?
t
t
v
O
V
O H
O
V
OL
V
R E F
9.8.1 比较器
2,迟滞比较器
9.8.2 方波产生器
1,电路图
2,输出波形
9.8.2 方波产生器
3.占空比可调的 矩形波发生电路
9.8.2 方波产生器
1,方案一
9.8.3 锯齿波产生器
9.8.3 锯齿波产生器
1,方案二
3.锯齿波发生电路及其波形
9.8.3 锯齿波产生器
9.6 RC正弦波振荡电路
9.7 LC正弦波振荡电路
9.8 非正弦波振荡电路
9.1 滤波电路的基本概念与分类
9.2 一阶有源滤波电路
9.3 高阶有源滤波电路
9.4 开关电容滤波电路
1,基本概念
)(
)()(
i
o
sV
sVsA?
滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号得电子装置 。
有源滤波器：由有源器件构成的滤波器 。
)(I tv )(O tv滤波电路滤波电路传递函数定义时,有?j?s
)(je)j()j( AA )(j( A
其中 )j(?A
)(
—— 模,幅频响应
—— 相位角,相频响应时延响应为
)( d )(d)( s
9.1 滤波电路的基本概念与分类
2,分类 —— 按幅频特性分低通 （ LPF） 用于工作信号为低频 （ 或直流 ）,并且需要削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声等场合 —— 整流后滤波 。
高通 （ HPF） 用于信号处于高频,并且需要削弱低频的场合 —— 阻容放大器的耦合 。
带通 （ BPF） 用于突出有用频段的信号,
削弱其它频段的信号或干扰和噪声 ——
载波通信 。
带阻 （ BEF） 用于抑制干扰 。
全通 （ APF）
通阻通
Au
ω
阻 通
Au
ω
通 阻
Au
ω
阻阻 通
Au
ω
3,无源滤波电路和有源滤波电路无源滤波电路,由无源元件 R,L,C组成的滤波电路 。
有源滤波电路,由晶体管和 R,C网络组成的滤波电路 。
R
ui
RLC uo
ui
RLCL uo
4,由集成运放 （ 工作在线性区 ） 和 RC网络组成的有源滤波电路的优点：
（ 1） 体积小,重量轻,不需要加磁屏蔽 。
（ 2） 电路中的集成运放可以加串联负反馈,使 ri高,ro低 。
（ 3） 除起有源滤波作用外,还可以放大,而且放大倍数容易调节 。
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
1,振荡条件
2,起振和稳幅
3,振荡电路基本组成部分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 相位平衡条件起振条件
2,起振和稳幅
# 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
放大电路 （ 包括负反馈放大电路 ）
3,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
end
9.6 RC正弦波振荡电路
1,电路组成
2,RC串并联选频网络的选频特性
3,振荡电路工作原理
4,稳幅措施
1,电路组成反馈网络兼做选频网络反馈系数
2,RC串并联选频网络的选频特性
)(
)()(
o
f
sV
sVsF
V?
幅频响应又
21
2
ZZ
Z
2)(31 s C Rs C R
s C R
j?s 且令
RC
1
0
则
)(j3
1
0
0?
VF
20
0
2 )(3
1
VF
相频响应
3
)(
a r c t g
0
0
f
2,RC串并联选频网络的选频特性当
20
0
2 )(3
1
VF
幅频响应有最大值
3
)(
a r c t g
0
0
f
RCffRC 2
1 1
00 或
3
1
ma x?VF
相频响应 0
f
3,振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为用瞬时极性法判断可知,电路满足相位平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件
0f
当
RC
1
0
时,
n2fa
(+)
(+)
(+)
(+)
Av
31
1
f
R
RA
V
1313VV FA
电路可以输出频率为 的正弦波
RCf?2
1
0?
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波采用非线性元件
4,稳幅措施
热敏元件热敏电阻起振时,
31
1
f
R
RA
V
即 1?
VV FA
热敏电阻的作用
oVoI功耗 fR?温度 fR?阻值 fR
3?VA 1?VV FA 稳幅?VA
采用非线性元件
4,稳幅措施
场效应管 （ JFET）
31
DS3
p3?
RR
RA
V
稳幅原理
oV)(GS 负值V?DSR 3?VA
1?VV FA 稳幅
VA
34 CRD,、
整流滤波
T 压控电阻 v DS
i D
v GS = 0 V
- 1 V
- 2 V
- 3 V
可变电阻区，斜率随 vGS不同而变化采用非线性元件
4,稳幅措施
二极管
end
9.7 LC正弦波振荡电路
9.7.1 LC并联谐振回路选频特性
9.7.2 变压器反馈式 LC振荡电路
9.7.3 三点式 LC振荡电路
9.7.4 石英晶体 振荡电路
1,等效阻抗
9.7.1 LC并联谐振回路选频特性
LR
C
LR
C
Z
j
j
1
)j(
j
1
等效损耗电阻
)1j(
C
LR
C
L
Z
一般有 LR 则
C
QLQ
RC
LZ
0
00
当 时,
LC
1
0
电路谐振 。
LC
1
0
为谐振频率谐振时 阻抗最大,且为纯阻性其中
C
L
RRCR
LQ 11
0
0
为品质因数同时有
IQII LL 即 III LL
2,频率响应
9.7.1 LC并联谐振回路选频特性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 。
9.7.2 变压器反馈式 LC振荡电路
1,电路结构
2,相位平衡条件
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 。
（ 定性分析 ）
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
(+)
(+)
(+)
(+)
9.7.2 变压器反馈式 LC振荡电路反馈满足相位平衡条件 满足相位平衡条件反馈仍然由 LC并联谐振电路构成选频网络
A,若中间点交流接地,则首端与尾端相位相反 。
9.7.3 三点式 LC振荡电路
1,三点式 LC并联电路
C 1
C 2
首端尾端中间端 L
电容三点式
C
首端尾端中间端
L 1
L 2
电感三点式中间端的瞬时电位一定在首,尾端电位之间 。
三点的相位关系
B,若首端或尾端交流接地,则其他两端相位相同 。
9.7.3 三点式 LC振荡电路
2,电感三点式振荡电路
9.7.3 三点式 LC振荡电路
3,电容三点式振荡电路
Q值越高,选频特性越好,频率越稳定 。
9.7.4 石英晶体 振荡电路
1,频率稳定问题频率稳定度一般由 来衡量
0f
f?
—— 频率偏移量 。f?
0f
—— 振荡频率 。
LC振荡电路 Q —— 数百石英晶体振荡电路 Q —— 10000? 500000
9.7.4 石英晶体 振荡电路
2,石英晶体的基本特性与等效电路结构极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场压电效应交变电压 机械振动 交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关,稳定性高当交变电压频率 = 固有频率时,振幅最大 。 压电谐振
9.7.4 石英晶体 振荡电路
2,石英晶体的基本特性与等效电路等效电路
LCf?2
1
s?
A,串联谐振特性晶体等效阻抗为纯阻性
0
p 12
1
C
C
LCf
B,并联谐振通常
0CC
0
s 1 C
Cf
所以 很接近与
ps ff
9.7.4 石英晶体 振荡电路
2,石英晶体的基本特性与等效电路实际使用时外接一小电容 Cs
则新的谐振频率为
s0
s 12
1
CC
C
LCf
由于
s0 CCC
s0
s 1 CC
Cf
由此看出
)(21 s0ss CC
Cff；时,0 pss ffC sss ffC 时，
调整之间变化和在可使 psss fffC?
9.7.4 石英晶体 振荡电路
3,石英晶体振荡电路
end
9.8 非正弦信号产生电路
9.8.1 比较器
9.8.3 锯齿波产生电路
9.8.2 方波产生电路
,由于 |vO |不可能超过 VM，
9.8.1 比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE特点：
时,
0
M
I A
Vv?
1,单门限电压比较器
（ 1） 过零比较器开环,虚短 和 虚断 不成立增益 A0大于 105
CCOEE VvV
MI0O VvAv
（ 忽略了放大器输出级的饱和压降 ）
MO m a x Vv?
所以当 |+VCC | = |-VEE | =VM = 15V,A0=105 时,
0mV15.01015 5
0
M
A
V
可以认为 vI >0 时,vOmax = +VCC
vI <0 时,vOmax = -VEE （ 过零比较器 ）
运算放大器工作在非线性状态下
MCCEE VVV假设
9.8.1 比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE特点：
1,单门限电压比较器
（ 1） 过零比较器开环,虚短 和 虚断 不成立增益 A0大于 105
CCOEE VvV
v
I
O
T
2? 3? 4?
t
t
v
O
V
O H
O
V
OL
输入为正负对称的正弦波时,输出为方波 。
电压传输特性
v O
V O H
V O L
v IO
思考
1,若过零比较器如图所示,则它的电压传输特性将是怎样的？
2,输入为正负对称的正弦波时,
输出波形是怎样的？
v I
v O
+
-
A
+ V CC
- V EE
v O
V O H
V O L
v IO
v
I
O
T
2? 3? 4?
t
t
v
O
V
O H
O
V
OL
9.8.1 比较器 v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EEV R EF
1,单门限电压比较器
（ 2） 门限电压不为零的比较器电压传输特性
v O
V O H
V O L
v IO V
R E F
输入为正负对称的正弦波时,输出波形如图所示 。
v
I
O
T
2? 3? 4?
t
t
v
O
V
O H
O
V
OL
V
R E F
9.8.1 比较器
2,迟滞比较器
9.8.2 方波产生器
1,电路图
2,输出波形
9.8.2 方波产生器
3.占空比可调的 矩形波发生电路
9.8.2 方波产生器
1,方案一
9.8.3 锯齿波产生器
9.8.3 锯齿波产生器
1,方案二
3.锯齿波发生电路及其波形
9.8.3 锯齿波产生器
