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1、第六章 正弦波发生电路,半导体器件工作在线性放大区时，主要用来组成放大电路。另外，在该工作区，还能用来组成产生正弦信号的振荡电路。,正弦信号普遍存在，用途十分广泛，是大家都十分熟悉的一种信号。,我们将讨论能产生正弦信号的各种各样电路。产生正弦信号的原理，电路组成，信号频率的具体计算等。,2.6.1 产生正弦振荡的条件,正弦振荡器：即不需要任何输入信号，能产生稳定输出并具有的一定幅度和频率的正弦波。,在负反馈放大电路中，放大器在通频带以内是负反馈，而在通频带以外，由于附加相位移的原因，可能会形成正反馈，从而产生自激振荡（产生的也是正弦波为什么？）。这是不希望的，必须加以消除和克服。,而在正弦波振
2、荡电路中，目的是产生正弦波。所以在通频带以内，就要求连接成正反馈。这是构成正弦振荡电路的首要条件。,如能在无输入信号下（ ）也能振荡起来（称自激），应使电路的环,如图所示：,路增益应大于1（即 ），这样能利用开启电源时的噪声，使 不断地增大，最终产生自激振荡。,产生自激振荡必须满足下列两个条件：,幅度条件,相位条件,但是稳定的正弦波振荡还应该具备：,单一频率的正弦波所以要有选频网络,稳定的正弦波环路增益自动达到,2.6.2 RC正弦波振荡电路,用RC选频网络实现正弦波振荡的电路。,通常满足了这两个条件，电路一定振荡。,具有负反馈的放大器Av部分；,放大电路中反馈量能自动调节稳定振荡幅度。,电路
3、由二部分组成：,RC串并联反馈网络形成正反馈,决定着振荡频率（选频网络）；,RC选频网络,电路是如何振荡起来的呢？,当然应该从振荡的相位条件和幅度条件来分析。,RC串并联网络的频率特性可用下式表示，,从正反馈支路分析相位,将上式整理后得：,当参数选取,令式中,则,正反馈网络的幅频表达式：,正反馈网络的相频表达式：,由图说明：,频率特性如左图所示,当,电路为正反馈，而且正反馈最强。所以，只有在此时才能产生单一频率的振荡。,看幅度条件：,这又说明，只要有大于3倍的闭环增益，电路就能起振。3倍的闭环增益可方便地通过调节负反馈网络的两只电阻实现。,起振后，如不加稳幅措施，则输出幅度会越来越大，最终出现
4、非线性失真（饱和和截止失真）停振又慢慢起振。,为使输出信号幅度稳定，必须有一个稳幅电路。,当输出幅度增加时，希望负反馈加强；幅度减少时，负反馈减弱。,这个过程可由负反馈网络实现，如 固定，则 用负温度系数的热敏电阻；如 固定，则 用正温度系数的热敏电阻。,请分析振荡电路是如何自动稳幅的。,用二极管实现自动稳幅的RC正弦振荡电路。,RC正弦振荡电路的其它类型,1.移相式RC正弦振荡电路,超前移相式,滞后移相式,以下放大器如何连成正弦振荡器呢？,振荡频率,也可以用一只晶体三极管或是一只场效应管组成超前移相式，滞后移相式RC正弦振荡电路。同学可以自画电路。,2.双T选频网络RC正弦振荡器,RC正弦振
5、荡只适于低频振荡，振荡频率在1Hz1MHz范围。,2.6.3 LC正弦波振荡器,LC正弦振荡器通常用LC并联谐振回路作为选频网络，所以，其振荡频率即为谐振回路的谐振频率O。,根据电路理论，回路总阻抗：,谐振时,电路谐振时，回路呈现纯阻特性，且阻抗最大,电路谐振时，谐振回路电流比外电路的电流大得多，所以可以略去外电路的参数影响。,电路谐振时的谐振特性和品质因数Q,谐振回路的频率特性如图所示。,Q越高，选频特性越好。（这和收音机中的选择性好坏相一致）,在LC正弦波振荡器中，由于放大电路都采用共射或共基放大电路，不用共集电路，所以增益大，环路增益大于1的条件很容易满足，因此只要保证其满足正反馈（即相
6、位条件）就能振荡。,电路类型有电感反馈式和变压器反馈等几种。,分析时应注意电容容量大小，是耦合电容还是谐振电容（决定振荡频率）。,一、变压器反馈式正弦波振荡器,(a),(b),(c),例:有以下三个变压器反馈式的电路，试分析能否产生正弦振荡？,解(a)电路,在谐振频率下，Cb和Ce都可视作短路。因此用瞬时极性法，可得反馈到基极的信号v 与原假设输入同相，即满足相位条件。是一个正弦波振荡器。,(b)电路,同样在谐振时，Cb和Ce都可视作短路，由瞬时极性分析，同样满足相位条件，所以，也能产生正弦振荡。,这是一个共射电路组成的正弦振荡电路。,信号从基极注入，,(c)电路,用瞬时极性方法，电路同样满足
7、相位条件，所以是一个正弦波产生电路。,这是共基正弦波振荡器；,反馈信号从发射极注入；,二、三点式LC正弦波发生器,三点式是指：LC并联谐振电路的三个引出端分别与三极管的三个电极（或运算放大器的三个端子）相连接，然后组成振荡器。,在略去电源及偏置电路后，三点式振荡器的基本电路结构如图所示。,Z1、Z2、Z3是谐振电路的三个电抗，它们可以是电容和电感元件。根据谐振电路中 间的矢量关系可以证明：当Z1、Z2同为电感,（或电容），而Z3为电容（或电感）时，,相位反相，（即 ）才能满足正反馈的相位要求，（即 ）,三点式振荡有电感三点式和电容三点式两种电路, 电感三点式LC正弦振荡器,谐振在fo时的交流通
8、路,假定基极的瞬时极性为正，则谐振回路极性是上负下正，,反馈到基极的信号同相位，即为正，所以为正反馈，能产生正弦振荡。,电感三点式非常容易起振，但波形不理想。其振荡频率仍是并联谐振回路决定为：,电容三点式LC正弦振荡器,电容三点式振荡电路在振荡频率f0时的交流通路,该电路在射极注入正极性的电压后，并联谐振回路产生上正下负的瞬时极性，所以反馈回到射极的极性仍为正，满足正反馈的相位要求，电路能产生正弦振荡。,振荡频率为：,该电路的优点是波形好，原因是反馈信号取自电容两端，不含有高次谐波。缺点是不容易起振。,三、振荡电路中的稳幅和稳频问题, 要求振荡频率稳定，应选用高质量的电感L和电容C，提高谐振回
9、路的Q值。在频率高稳定要求场合，可用石英晶体振荡器。, 振荡幅度稳定,这可在电路中设置稳幅电路实现，如下面的两种情况。,如放大器因某种原因使输出 增大时，放大器的增益下降，反之增益增加。,假如放大器振荡时，其输出在,增益A不变时，用调节反馈系数F来自动稳幅（即使 ） 稳幅环节设在F中,利用器件的非线性特性实现稳幅的说明（以电感三点式为例说明）。,Rb1、Rb2并联电阻,电容上充足的直流电压,电感L2上的反馈信号,振荡电路的基极回路,稳幅过程：开始起振时，,因振幅小，信号正负半周对电容的充放电基本相等，VBQ电压基本不变，电路以正反馈使振荡加强,振荡电路的基极回路,电容上充足的直流电压,电感L2
10、上的反馈信号,Rb1、Rb2并联电阻,输出幅变增大。当幅度大到一定程度，反馈信号 也增大，在正半周时，Cb放电快（VBE正偏时电阻和R并联），使VBQ下降，rbe变大，增益A,下降，从而使输出幅度变小。反之，也一样，使输出幅度增大，达到稳幅的目的。,2.6.4 其它正弦波振荡器,一、石英晶体振荡器,石英晶体是一种谐振器件（利用了SiO2结晶体的压电效应原理制成）,外形,结构,等效电路,电路符号,静电电容（平行板电容）约几几十皮法,晶体弹性电容10-410-1pF,模拟晶体机械振动惯性10-310-2H,模拟机械振动摩擦损耗，很小,因L大，C、R小，则,又因加工精度很高，所以能获得很高的频率稳定
11、度。,在略去R下，其两端看进去的等效电抗为：,其电抗频率特性如图所示：,当电抗为 ，回路产生串联谐振。,当 时，LCR支路呈感性，与CO构成并联谐振，谐振频率为：,石英晶体振荡器的电路主要有两种结构：,它是将振荡频率设计在 之间，使晶体呈感性，它和两只电容构成电容三点式正弦振荡。,并联式石英晶体正弦振荡器,串联式石英晶体正弦振荡器,它将原电容三点式中的电感用晶体代替罢了，所以有振荡频率为：,其中,这时把振荡频率设计在 ，此时，晶体电抗为0，晶体接在正反馈支路，而且是正反馈最强。,二、数字式正弦波发生器,用D/A转换方式将数字量变换成模拟量，即脉冲波变换成正弦波输出，电路方案如框图所示。,转换后的波形是一个台阶式的连续波形，加滤波后便可得到平滑的正弦波。,上节课的主要内容,一、正弦波振荡器,1.正弦波振荡的基本条件,2.RC正弦振荡电路类型特点,4.三点式LC正弦振荡电路,5.石英晶体正弦振荡电路,二、要求掌握的内容,1.能否产生正弦振荡的判别,2.振荡频率的计算,习 题,2.6.4 2.6.7 2.6.8 2.6.9,