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1、课程主讲人：（本科）第9章 波形发生及变换电路ppt课件第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 放大电路放大电路反馈反馈网络网络iXf.Uo.U.A.F12+i.U.UUfi=.UFUof=.UAUio=自激振荡的自激振荡的条件条件：1=.FA振荡电路的输入信号是从自己的输出端反馈回来的振荡电路的输入信号是从自己的输出端反馈回来的第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 ifUU 产生产生正弦波振荡的条件是：正弦波振荡的条件是：1 FA2argFAnFA , 2
2、 , 1 , 0 n.UUAFUiif=正反馈正反馈 (1) 相位相位平衡条件平衡条件1 FA(2) 幅度幅度平衡条件平衡条件由此知放大电路产生自激振荡的条件是由此知放大电路产生自激振荡的条件是第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 放大电路放大电路反馈反馈网络网络iXf.Uo.U.A.F.UUfi=.UFUof=.UAUio=A=100，F=0.01，AF=1=10mV=0.1 mV=10mV第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 放大电路放大电路反馈反馈网络网络iXf.Uo.U.A.F.UUfi=.UFUof=.UAUio=A=50，F=0.01，AF=0.51
3、=10mV=0.1 mV=20mV=0.2 mV=40mVuo振荡幅度会无限地增大吗振荡幅度会无限地增大吗？ 自激振荡自激振荡建立的建立的过程过程: 在在满足相位条件的基础上满足相位条件的基础上， | | | |从从11到到| |=1| |=1.FA.FA第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 组成组成：放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节。：放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节。(1)放大电路放大电路: 放大微小的信号放大微小的信号(2)正反馈网络正反馈网络:提供反馈信号，反馈信号提供反馈信号，反馈信号实际实际 就是就是输入信号输入信号(3)选选频网络频网络(4)稳稳幅环节
4、幅环节获得单一频率正弦波获得单一频率正弦波稳定振荡幅度、波形好稳定振荡幅度、波形好结合结合在在一起一起第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 1.RC振荡电路：振荡电路： 分为分为桥式桥式、移相式移相式和和双双T式式等常用的等常用的RC振荡电路。振荡电路。桥式、移相式和双桥式、移相式和双T式式RC振荡电路振荡电路 工作频率较低，一般为几赫兹至几百千赫兹，它们的工作频率较低，一般为几赫兹至几百千赫兹，它们的直接输出功率较小，常用于低频电子设备中。直接输出功率较小，常用于低频电子设备中。 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 2.LC振荡电路振荡电路 分为分为变压器反
5、馈式变压器反馈式、电感三点式电感三点式和和电容三点式电容三点式等常用等常用的的LC振荡电路。振荡电路。 工作频率较高，可以产生几十兆赫兹以上的正弦波信工作频率较高，可以产生几十兆赫兹以上的正弦波信号，它们可以直接给出较大的输出功率，常用于高频电号，它们可以直接给出较大的输出功率，常用于高频电子电路或设备中。子电路或设备中。LC振荡电路振荡电路第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 3.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路石英晶体石英晶体振荡电路振荡电路 选用石英晶体作选频网络，主要有选用石英晶体作选频网络，主要有并联型并联型和和串联型串联型石英晶体振荡电路。石英晶体振荡电路的工作频率
6、一般石英晶体振荡电路。石英晶体振荡电路的工作频率一般在几十千赫兹以上，它的频率稳定度较高，多用于时基在几十千赫兹以上，它的频率稳定度较高，多用于时基电路和测量设备中。电路和测量设备中。 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 - -+ +R1RfACRCRoUfUiU1RC桥式振荡电路电路组成桥式振荡电路电路组成(1)放大放大电路电路 同相比例同相比例运算运算(3)稳幅稳幅环节环节 Rf与与 R1 组成的组成的负反馈电路。负反馈电路。(2)选频与正反选频与正反馈馈网络网络R、C 串并联电串并联电路；路；第第9 9章章 波形发生
7、及变换电路波形发生及变换电路 - -+ + + +RfAoUfU1RC桥式振荡桥式振荡电路组成电路组成CRCRR1RCRCR1Rf文氏电桥振荡文氏电桥振荡电路动画电路动画第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 - -+ + + +AoU1RC桥式振荡桥式振荡电路组成电路组成CRRCR1Rf整理的整理的文文氏电桥振荡氏电桥振荡电路电路第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 C1R2C2R1Z1Z2oUfU111j1+=CRZ222j1=C/RZ.f2.12oUZFZZU 2.RC 串并联选频网络串并联选频网络2212121/ /j11+/ /jjRCRRCC 通常通常
8、选选 R1=R2=RC1=C2=C第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 .113j(-)FRCRC RCf 210)-j(+31=00ffffF.幅频特性为幅频特性为2002)-(+31=ffffF.相频特性为相频特性为00arctan3Fffff 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性： F = 0f0f0 F0fFf01/3+90- -90RCRC串并联选频网络的频率特性串并联选频网络的频率特性RCf 2102002)-(+31=ffffF.3arctan00ffffF31=max.F第第9 9章章 波形发生及变换电路波
9、形发生及变换电路 - -+ + + +R1RfACRCRoUfU3.振荡频率与起振条件振荡频率与起振条件.U+RCf 21=0（1）相位条件）相位条件 F = 0 A= 0 F + A= 0第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 - -+ + + +R1RfACRCRoUfURCff 21=0（2）幅度幅度条件条件1 FA由起振条件：由起振条件：3 A电压电压放大倍数为放大倍数为3+1=1fRRA因此：因此：1f2RR 得：得：31=max.F振荡频率为振荡频率为RCf 210第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 如果 振荡振荡幅度超出放大电路的线性放大范围而进入
10、非线性区，幅度超出放大电路的线性放大范围而进入非线性区，输出波形将产生明显的输出波形将产生明显的失真失真。的值太大的值太大 ，fRA过大过大fR12R的值应略大于的值应略大于 1R因此要满足幅度条件，应合理的选取因此要满足幅度条件，应合理的选取fR第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 - -+ + + +R1RfACRCRoUfU 能够能够提高输入电阻提高输入电阻，减小减小输出电阻，输出电阻，提高提高了带负载了带负载能力能力。还还可以提高振荡电路的稳定性和改善输出电压的可以提高振荡电路的稳定性和改善输出电压的波形波形。引入的是电压串联负反馈引入的是电压串联负反馈第第9 9章章
11、波形发生及变换电路波形发生及变换电路 - -+ + + +R1RfACRCRoUfU4.稳幅措施稳幅措施 输出输出幅度不稳定，常幅度不稳定，常采用采用非线性热敏元件、非线性热敏元件、反并联二极管等来稳幅反并联二极管等来稳幅。采用采用热敏电阻热敏电阻Rf：负温度系数：负温度系数原理：原理：UO Rf A UO If电流电流If T UO Rf A UO 电流电流If T R1：正温度系数：正温度系数第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 5.分立元件组成的桥式分立元件组成的桥式RC振荡电路振荡电路 0A RCf210 1ef1RRA 31 F振荡频率：振荡频率：电压放大倍数为电压放
12、大倍数为1ef2RR 桥式桥式RCRC振荡电路振荡电路第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 6.振荡频率的调节振荡频率的调节RCf210 振荡频率：振荡频率： 用双层波段开关接不同电用双层波段开关接不同电容，作为振荡频率容，作为振荡频率f0的的粗调粗调； 用同轴电位器实现用同轴电位器实现f0的的微调微调。 振荡频率的调节振荡频率的调节第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 电子琴的振荡电路电子琴的振荡电路_+ + RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R212345176功率放功率放大器大器可调可调第第9 9章章 波形
13、发生及变换电路波形发生及变换电路 R1VTC1+R3+VCCR5VTR7R6RCCR例例 用用相位平衡条件相位平衡条件判断电路判断电路能否产生能否产生自激振荡自激振荡？R2R4 uiuf负反馈负反馈，电路，电路不能振荡不能振荡第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 例例试试判断如图所示的各电路能否产生正弦波振荡，并判断如图所示的各电路能否产生正弦波振荡，并简述理由。简述理由。 0A 0F 0FA 故相位条件满足故相位条件满足 但因是共集电极放大电路，但因是共集电极放大电路，A小于小于1，幅度条件不满足。，幅度条件不满足。 180A 0F 180FA 故不能振荡故不能振荡图 (a)
14、图 (b)第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 错误一错误一是集成是集成运放输入端的正负运放输入端的正负极性颠倒；极性颠倒； 错误二错误二是电阻是电阻R1与与R2的位置颠倒。的位置颠倒。 例例 一文氏电桥振荡电路如一文氏电桥振荡电路如图所图所示，接通电源后电路示，接通电源后电路不能振荡，请指出电路的错误。不能振荡，请指出电路的错误。解：解：第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +uofuRRRCCC+uouf+RRRCCCRC超前移相电路超前移相电路 RC滞后移相电路滞后移相电路 一节一节 RC 环节环节移相移相 90 二节二节 RC 环节环节移相移相 180
15、三节三节 RC 环节环节移相移相 270 9.2.2 RC 移相式振荡电路移相式振荡电路第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 移相式振荡电路移相式振荡电路 集成运放采用反相集成运放采用反相输入方式，故输入方式，故振荡频率为：振荡频率为：RCf 32100ff0 F27018090当当 F = 180 时，时，f = f0 A = 180， F = 180，即可满足产，即可满足产生正弦波振荡的相位平生正弦波振荡的相位平衡条件。衡条件。 RC移相式振荡电路第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 振荡频率约为：振荡频率约为：RCf510 如果放大电路的放大倍数足够大，同
16、时满足振幅平如果放大电路的放大倍数足够大，同时满足振幅平衡条件，即可产生正弦波振荡。衡条件，即可产生正弦波振荡。 集成运放采用反相输集成运放采用反相输入方式，故入方式，故当当 F = 180 时，时，f = f0 A = 180， F = 180，即可满足，即可满足产生正弦波振荡的相位平产生正弦波振荡的相位平衡条件。衡条件。 双双T T网络正弦波振荡电路网络正弦波振荡电路9.2.3 双双 T 网络振荡电路网络振荡电路第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 表表 9 - 1三种三种 RC 振荡电路的比较振荡电路的比较名称名称RC 串并联网络振荡电路串并联网络振荡电路移相式振荡电路移
17、相式振荡电路双双 T 网络选频振荡电路网络选频振荡电路电路电路形式形式振荡振荡频率频率起振起振条件条件电路电路特点特点及应及应用场用场合合可方便地连续调节振可方便地连续调节振荡频率，便于加负反馈荡频率，便于加负反馈稳幅电路，容易得到良稳幅电路，容易得到良好的振荡波形。好的振荡波形。电路简单，经电路简单，经济方便，适用于波济方便，适用于波形要求不高的轻便形要求不高的轻便测试设备中。测试设备中。选频特性好，适用选频特性好，适用于产生单一频率的振荡于产生单一频率的振荡波形波形。RCf 2103 ARCf 3210RCf510 1 23 FARR，RR12F 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生
18、及变换电路 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 9.3.1 LC并联网络的选频特性并联网络的选频特性 RC振荡电路一般用于产生几赫兹至几百千赫兹低振荡电路一般用于产生几赫兹至几百千赫兹低频信号频信号，如果，如果要产生高频率的信号，应采用要产生高频率的信号，应采用LC正弦波正弦波振荡振荡电路电路。 选选频网络是由频网络是由LC并联电路构成，根据反馈形式的并联电路构成，根据反馈形式的不同，又分为变压器反馈式、电感三点式和电容三点不同，又分为变压器反馈式、电感三点式和电容三点式式3种典型种典型电路电路。第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 2222)(j)(j1jL
19、RLCLRRLRCY 电路发生电路发生并联谐振并联谐振。 2222)(j)(j1jLRLCLRRLRCY 0)(22 LRLC 2222)(j)(j1jLRLCLRRLRCY LR CL001 LC10 即即一般一般则则LCf 210谐振频率：谐振频率：此时，此时，|Z|最大最大RCLZ 0 LC并联电路并联电路第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 CQLQZ00 0 0RCLZ 01. 谐振频率谐振频率 f0 1 0，LC LCf210 3. 回路品质因数回路品质因数 Q RLQ0 CLR1 4. 频率特性频率特性Z 0 Z01Z02Q1 Q2Q1Q2 0 F+90- -90
20、Q1Q2Q1 Q2感性感性纯阻纯阻容性容性不同不同 Q 值时，值时，LC 并联电路并联电路的幅频特性、的幅频特性、相频特性。相频特性。2. 谐振阻抗谐振阻抗 Z0 LC并联电路的幅频特性并联电路的幅频特性和相频特性和相频特性第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 L0 UUCIILC 电容、电感支路的电流值：电容、电感支路的电流值：并联回路的输入电流值：并联回路的输入电流值：L000 QUQCUZUI 所以：所以：IQII LC当当 Q 1 时，时，IICIIL LCII 结论结论：谐振时，电容支路的电流与电感支路的电流大：谐振时，电容支路的电流与电感支路的电流大小近似相等，而谐
21、振回路的输入电流极小。小近似相等，而谐振回路的输入电流极小。5. 并联谐振的本质并联谐振的本质 电流谐振电流谐振第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 Z 0 Z01Z02Q1 Q2Q1Q2 0 F+90- -90Q1Q2Q1 Q2感性感性纯阻纯阻容性容性结论：结论：1.LC 并联电路具有选频并联电路具有选频特性。当特性。当 f = f0 时，电路为纯时，电路为纯电阻性，等效阻抗值最大；当电阻性，等效阻抗值最大；当 f f0 时，电路为容性。时，电路为容性。2. 电路的品质因数电路的品质因数 Q 愈愈大，幅频特性越尖锐，选频特大，幅频特性越尖锐，选频特性愈好。性愈好。 3.谐振频
22、率的数值与谐振频率的数值与LC并并联电路的参数有关。联电路的参数有关。第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 1234磁棒磁棒一次线圈一次线圈二次线圈二次线圈同极性端同极性端1234+CLR+u- -i反馈信号反馈信号通过通过互感互感线圈引出线圈引出第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 分析电路产生分析电路产生正弦波振荡的正弦波振荡的步骤步骤：（1 1）电路电路组成是否有四组成是否有四部分部分；（2 2）看直流看直流和交流，看电路能否正常和交流，看电路能否正常工作工作；（3 3）看看是否满足相位是否满足相位条件条件；（4 4）看看是否满足幅值是否满足幅值条件条件。
23、第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCC1Rb2Rb1ReCeLCVT1电路组成电路组成N2RLN3N1第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCC1Rb2Rb1ReCeLCVT2判断电路能否正常工作判断电路能否正常工作N2RLN3N1（2）看动态看动态 可以可以判断交判断交流电路中无开路流电路中无开路和短路现象，交和短路现象，交流通路能正常传流通路能正常传递递信号信号。（1）看看静态静态 由于由于该电路是该电路是典型的工作点稳定典型的工作点稳定电路，可以设置合电路，可以设置合适的静态工作点适的静态工作点。第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及
24、变换电路 +VCCRb2Rb1ReCeLCVTCbRLN3N1直流直流通路通路，三极管三极管基极的电位为零基极的电位为零，电路，电路不能正常不能正常放大放大。把电容把电容Cb去掉行吗？去掉行吗？N2VB=0第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCRb2Rb1ReCeLCVTCbRLN3N1 反馈反馈电压电压 为反馈为反馈点对地的电压点对地的电压3相位条件相位条件N2.Uf+a 正反馈正反馈.Ui首先找到反馈点首先找到反馈点满足振荡的相位平衡条件满足振荡的相位平衡条件用瞬时极性判断用瞬时极性判断第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCRb2Rb1ReC
25、eLCVTCbRLN3N1N24 4幅值条件幅值条件LCf 210振荡频率振荡频率起振条件起振条件MCRr be rbe为三极管的输入等效为三极管的输入等效电阻，电阻，M为绕组为绕组Nl、N2的互感，的互感，R是折合到谐振回路的是折合到谐振回路的等效总损耗电阻。等效总损耗电阻。 振荡振荡频率一般频率一般为几为几兆赫兆赫至至十几兆赫十几兆赫第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCCbRb2Rb1ReCeLCVTN2RLN3N1ZfZ0f0 F+90- -90感性感性纯阻纯阻容性容性相频特性相频特性幅频特性幅频特性感性感性容性容性0f纯阻纯阻第第9 9章章 波形发生及变换电路
26、波形发生及变换电路 +VCCCbRb2Rb1ReCeLCVTN2RLN3N1 对对f0这个频率的信号来说，这个频率的信号来说，电压放大倍数最高，当满足自电压放大倍数最高，当满足自激振荡条件时，可以产生自激激振荡条件时，可以产生自激振荡振荡。 对于对于其他频率的分量，其他频率的分量，不能发生并联谐振，不满足不能发生并联谐振，不满足自激振荡条件自激振荡条件。MCRrbeR是折合到谐振回路的等效总损耗电阻。是折合到谐振回路的等效总损耗电阻。 起起振条件振条件rbe为三极管的输入为三极管的输入等效电阻等效电阻，M为绕组为绕组Nl、N2的互感，的互感，第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路
27、 +VCCRb2Rb1ReLCVTCN1例例 用相位平衡条件判断电路能否产生正弦波振荡。用相位平衡条件判断电路能否产生正弦波振荡。CbN2 .Ui .Uf 能够产生正弦波振荡能够产生正弦波振荡第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCRb2Rb1ReVTCb.UfCeL1CL2RL1321. 电路组成电路组成第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCRb2Rb1ReVTCb.Ui.UfCeL1CL2RL1322相位条件相位条件 正反馈正反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件。第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCRb2Rb1ReVT
28、Cb.Ui.UfCeL1CL2RL1323振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件 振荡频率振荡频率C)MLL(LCf2+21=21=210 起振条件起振条件RrMLML+be21第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCRb2Rb1ReVT.UfCbL1CL212例例 用用相位平衡条件判断电路能否产生正弦波相位平衡条件判断电路能否产生正弦波振荡振荡C1.Ui 正反馈正反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件，能产生正弦波能产生正弦波振荡。振荡。第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 4.特点特点 (1)由于由于L1、L2的耦合很紧，容易起振。改变电感抽头的耦合很紧，
29、容易起振。改变电感抽头的位置，即改变的位置，即改变L1、L2的比值，可以获得满意的正弦波，的比值，可以获得满意的正弦波，且振幅较大。通常反馈线圈选择为整个线圈的且振幅较大。通常反馈线圈选择为整个线圈的18l4。 (2)并联谐振回路可以采用可变电容，来获得一个较宽并联谐振回路可以采用可变电容，来获得一个较宽的振荡频率调节范围。的振荡频率调节范围。 (3)由于反馈电压取自电感由于反馈电压取自电感L2，而电感对高次谐波的阻，而电感对高次谐波的阻抗较大，在反馈信号中有较大的高次谐波分量，使输出波抗较大，在反馈信号中有较大的高次谐波分量，使输出波形变差。一般用于要求不高的场合，产生几十兆赫以下的形变差。
30、一般用于要求不高的场合，产生几十兆赫以下的正弦波。正弦波。第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCRb2Rb1ReVTCbCe11. 电路组成电路组成RcC1C2L1CL2L23.Uf第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCRb2Rb1ReVTCbCe12相位平衡条件相位平衡条件RcC1C2L23用瞬时极性判断用瞬时极性判断.Ui a .Uf+正反馈正反馈满足相位满足相位平衡条件。平衡条件。第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCRb2Rb1ReVTCbCe13振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件RcC1C2L23.Ui a .
31、Uf+振荡频率振荡频率21210+21=21=CCCCLLCf 起振条件起振条件RrCCbe12第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCRb2Rb1ReVT.UfCb12例例 用用相位平衡条件判断电路能否产生正弦波相位平衡条件判断电路能否产生正弦波振荡振荡C1.Ui 正反馈正反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件，能产生正弦波能产生正弦波振荡。振荡。C1C2第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 4.特点：特点： (1)电容三点式的输出正弦波形较好，因为反馈电压电容三点式的输出正弦波形较好，因为反馈电压取自电容取自电容C2，电容对高次谐波的阻抗很小，故反馈到放
32、大，电容对高次谐波的阻抗很小，故反馈到放大电路输入端的高次谐波成分很小电路输入端的高次谐波成分很小。 (2)调节电容值来实现振荡频率调节时会影响起振条调节电容值来实现振荡频率调节时会影响起振条件件。 (3) 频率很高时，电容的取值就很小，这时三极管的频率很高时，电容的取值就很小，这时三极管的极间电容和电路的杂散电容影响不可忽略，会影响振荡频极间电容和电路的杂散电容影响不可忽略，会影响振荡频率的稳定性率的稳定性。第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCRb2Rb1ReVTCbCe15.电容三点式改进型振荡电路电容三点式改进型振荡电路RcC1CL23.Uf+C2振荡频率210
33、1+1+1121CCCLf Cl、C2取得较大取得较大第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 选择选择 C C1， C C2振荡频率振荡频率LCf 210该电路的振荡频率基本取决于该电路的振荡频率基本取决于L和和C的值，而与的值，而与C1和和C2关系很小，可以实现较高关系很小，可以实现较高频率的频率的正弦波输出正弦波输出。2101+1+1121CCCLf 频率稳定度：用频率的频率稳定度：用频率的相对变化量相对变化量ff来表示。来表示。其中，其中，f为振荡频率，为振荡频率，f 为频率偏移。为频率偏移。ff的值越小，的值越小，频率稳定度越高。频率稳定度越高。第第9 9章章 波形发生及
34、变换电路波形发生及变换电路 名称名称变压器反馈式变压器反馈式电感三点式电感三点式电容三点式电容三点式电容三点式改进型电容三点式改进型电电路路形形式式振荡频率振荡频率起振条件起振条件同左同左频率调节方频率调节方法及范围法及范围频率可调，范围较频率可调，范围较宽。宽。同左同左频率可调，范围频率可调，范围较小。较小。同左同左振荡波形振荡波形一般一般较差较差好好好好频率稳定度频率稳定度可达可达 10-4同左同左可达可达 10-4 10-5可达可达 10-5适用频率适用频率几千赫几千赫 几十兆赫几十兆赫同左同左几兆赫几兆赫 一百兆一百兆赫赫同左同左表表9.3.1 各种各种LC振荡电路的比较振荡电路的比较
35、LCf 210CMLLf)2(21210 2121021CCCCLf 210111121CCCLf MCRr be RrMLML eb21 RrCC eb12 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 频率稳定度频率稳定度：用频率的：用频率的相对变化量相对变化量ff来表示。来表示。其中，其中，f为振荡频率，为振荡频率，f 为频率偏移。为频率偏移。ff的值越小，的值越小，频率稳定度越高。频率稳定度越高。 振荡振荡频率不稳定的原因：频率不稳定的原因：选频电路的参数、三极管选频电路的参数、三极管参数的不稳定等。参数的不稳定等。 改进改
36、进措施：选用高质量的选频电路元件、采用直流措施：选用高质量的选频电路元件、采用直流稳压电源以及恒温等措施以外、稳压电源以及恒温等措施以外、提高谐振回路的品质因提高谐振回路的品质因数数Q。RLQ0 CLR1 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 实践表明，这样做是有限度的，因为电容器有介质损实践表明，这样做是有限度的，因为电容器有介质损耗，电感器有电阻损耗和高频集肤效应。另外，由于耗，电感器有电阻损耗和高频集肤效应。另外，由于C受受到电路分布电容的限制，不能做得太小，而到电路分布电容的限制，不能做得太小，而L值不能做得值不能做得太大，否则，电感线圈本身的分布电容又要增大，反而太大
37、，否则，电感线圈本身的分布电容又要增大，反而使使LC值下降，所以，一般的值下降，所以，一般的LC回路，回路，Q值最高可达到值最高可达到几百。在要求高频率稳定度的场合，往住采用高几百。在要求高频率稳定度的场合，往住采用高Q值的石值的石英晶体谐振器代替一般的英晶体谐振器代替一般的LC回路。回路。 石英晶体振荡电路突出的特点是谐振频率稳定性好。石英晶体振荡电路突出的特点是谐振频率稳定性好。其频率稳定度可达其频率稳定度可达10-1010-11，频带较宽，可到，频带较宽，可到100 MHz以上。以上。第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 晶片晶片银层银层 将将二氧化硅结晶体按一定的方向切
38、割成很薄的晶片，再二氧化硅结晶体按一定的方向切割成很薄的晶片，再将两个对应的表面刨光，在石英晶片的两个对应表面上涂上将两个对应的表面刨光，在石英晶片的两个对应表面上涂上银层，引出两个电极，加上外壳封装，就构成银层，引出两个电极，加上外壳封装，就构成石英晶体石英晶体。符号结构1.石英晶体的结构石英晶体的结构第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 压电效应压电效应：在在石英晶体的两侧加一电场，晶片就会石英晶体的两侧加一电场，晶片就会产生机械变形，反之若在晶片的两侧施加机械力，则在产生机械变形，反之若在晶片的两侧施加机械力，则在晶片相应的方向上产生电场晶片相应的方向上产生电场。压电谐振
39、压电谐振：在晶片的两侧的电极加交变电压，晶片在晶片的两侧的电极加交变电压，晶片就会产生机械振动。当外加交变电压的频率与晶片的固就会产生机械振动。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率相等时，其振幅有频率相等时，其振幅最大最大。石英晶体又称石英晶体谐振石英晶体又称石英晶体谐振器器。 晶片晶片的固有频率与晶片的切割方式、几何形状和尺的固有频率与晶片的切割方式、几何形状和尺寸有关。寸有关。第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 2. 石英晶体的等效电路石英晶体的等效电路RC0CL机械振动的机械振动的“惯性惯性” ( (几几 几十几十 mH) )C 晶片的晶片的“弹性弹性” ( ( 0.1
40、 pF) )R 晶片振动时的晶片振动时的损耗损耗 100欧姆欧姆C0 晶片静态电容晶片静态电容 ( (几几 几十几十 pF) )L由于晶片的等效电感由于晶片的等效电感L很大，电容很大，电容C很小，很小，R也很小，也很小，故其频率的稳定度很高。故其频率的稳定度很高。因此回路的品质因数因此回路的品质因数 很大，可达很大，可达106。CLRQ1 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 3. 电抗电抗-频率特性频率特性串联谐振频率串联谐振频率并联谐振频率并联谐振频率LCf 21s0s00p121CCfCCCCLf 0s00p121CCfCCCCLf RC0CL纯阻纯阻纯阻纯阻第第9 9章
41、章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 0fXfsfp容性容性容性容性感性感性电阻电阻RC0CL3. 电抗电抗-频率特性频率特性第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +VCCRb2Rb1ReVTCbCeC1C2L1.并联型石英晶体振荡电路并联型石英晶体振荡电路Rcfs f UREF 时，时，uo = - - UOPP当当 ui UREF时时, uo = UOPP1.一般的单限比较器一般的单限比较器 +UoppuO ui i0 UoppUREF传输传输特性特性如果需要，也可采如果需要，也可采用用同相同相输入方式。输入方式。 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路
42、+UoppuO ui i0 UoppUREF阈值电压（门限电压）阈值电压（门限电压）UT：当比较器的输出电压由一种状当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态相应的输态跳变为另一种状态相应的输入电压入电压UREF 。单限比较器单限比较器:只有一个门限电平只有一个门限电平UREF，当输入电压，当输入电压等于此门限电平时，输出端的状态立即发生等于此门限电平时，输出端的状态立即发生跳变跳变。常。常用于检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。用于检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 2.过零比较器过零比较器(1)简单的过零比较器简单的过零比较器
43、当当 ui 0 时，时，uo= - - UoPP ；以上电路输出幅度是以上电路输出幅度是UoPP，有时希望比较器的输出幅，有时希望比较器的输出幅值能限制在一定的范围内，以满足与比较器输出端连接的值能限制在一定的范围内，以满足与比较器输出端连接的数字电路对逻辑电平的要求，此时需要数字电路对逻辑电平的要求，此时需要限幅措施限幅措施。uiuo+Uopp- -Uopp0传输传输特性特性第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 (2)利用稳压管限幅的过零比较器利用稳压管限幅的过零比较器uiuo+Uopp - -UoppO+UZ- -UZ 设设输出电压输出电压幅值小于幅值小于Uoppui 0，
44、ui 0，ui 0，左管导通，右管稳压左管导通，右管稳压右管导通，左管稳压右管导通，左管稳压 引入深度负反馈，引入深度负反馈， u 00虚地，集成运虚地，集成运放工作在放工作在线性区线性区。uo=UZ；uo=UZ；uiuo+Uopp - -UoppO+UZ- -UZ第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 + +uou+u-uiVDZRuo（3）实际的电压比较器）实际的电压比较器R1VD1VD2ui tOi2UZU+ZUuo=+Uzuo=- -Uz当当ui0时，时，uoO t输入为输入为正弦波时正弦波时，输出输出为方波为方波，实现了波形的，实现了波形的转换转换。第第9 9章章 波形
45、发生及变换电路波形发生及变换电路 i212REF211uRRRURRRu 由叠加定理得：由叠加定理得：3. 任意电平比较器任意电平比较器u- - 0，u- - 0，uo=UZ；uo=UZ；REF21iURRu REF21iURRu 该电路的门限电平为该电路的门限电平为REF21TURRU 显然，通过改变显然，通过改变R1与与R2的比值，即可调节门限电平。的比值，即可调节门限电平。第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 例例:已知已知 R1= R2= 5 k，UREF =2 V，UZ = 5 V，输入电压输入电压 ui波形如图，画出输出电压波形如图，画出输出电压 uo 波形。波形。
46、= - -2V5-5-2uouI0传输特性传输特性REF21iTURRuU 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 例例:已知已知 R1= R2= 5k，UREF =2V，UZ = 5V，输入电压输入电压 ui波形如图，画出输出电压波形如图，画出输出电压 uO 波形。波形。5-5tuO/V0REF21iTURRuU = - -2V第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 uo/V0+UZ- -UZui/V0tUTt 若若uI受到干扰或噪受到干扰或噪声的影响，在门限电平声的影响，在门限电平上下波动，则上下波动，则uO将在高、将在高、低两个电平之间反复地低两个电平之间反复
47、地跳变跳变。应为高电平应为高电平错误电平错误电平4.4.特点特点 单限比较电路具有单限比较电路具有电路简单、灵敏度高等电路简单、灵敏度高等优点，但存在的主要问优点，但存在的主要问题是抗干扰能力差。题是抗干扰能力差。解决办法解决办法：采用具有滞回传输特性的比较器。：采用具有滞回传输特性的比较器。第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 1.电路组成电路组成 在单门限比在单门限比较器基础上增加较器基础上增加了正反馈电路实了正反馈电路实现的。现的。 滞回比较器又称施密特触发器，它的特点是当输入滞回比较器又称施密特触发器，它的特点是当输入电压电压ui由小变大或由大变小时，有两种不同的门限电
48、压，由小变大或由大变小时，有两种不同的门限电压，因此电路的传输特性具有因此电路的传输特性具有“电压迟滞回环电压迟滞回环”曲线的形状。曲线的形状。为了加速输出高、低电平的转换，运放接成正反馈形式。为了加速输出高、低电平的转换，运放接成正反馈形式。 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 2.工作原理工作原理输出电压：输出电压：uo = UZ ui=u- -=u+时，时，输出电压的状态输出电压的状态发生跳变。发生跳变。REF21TURRU Of22REFf2fuRRRURRRu UZZf22REFf2fTURRRURRRU 两个门限电压：两个门限电压：门限电压门限电压UT： 输出发生
49、跳转的输入输出发生跳转的输入有两个值，有两个值，UT+和和UT- -。 Zf22REFf2fTURRRURRRU 第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 +UZuiuo - -UZoUT- -UT+ +比较器有两个不同的门限电平，比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈故传输特性呈滞回滞回形状。形状。 电压传输特性电压传输特性 当当ui增加到增加到UT+时，输出时，输出由由UZ跳变到跳变到- -UZ； 当当ui减小到减小到UT- -时，输出时，输出由由- -UZ跳变到跳变到UZ 。ui小小 时，时，uo为为高电平高电平UZ；ui大大 时，时，uo为为低电平低电平- -UZ。传输特
50、性传输特性第第9 9章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路 可见，改变可见，改变UREF的大小，可的大小，可以同时调节两个门限电平以同时调节两个门限电平UT+和和UT- -的大小，但二者之差的大小，但二者之差UT不变。不变。也就是说，当也就是说，当UREF增大或减小时，增大或减小时，滞回比较器的传输特性将平行地滞回比较器的传输特性将平行地右移或左移，但右移或左移，但滞回曲线的宽度滞回曲线的宽度将保持不变。将保持不变。+UZuIuO - -UZOUT- -UT+ +回差回差( (门限宽度门限宽度) ) UT ：ZF22TTT2URRRUUU 与与UREF无关无关ZF22TTT2URRRUUU