1、模 擬 電 子 技 術波形發生電路波形發生電路第第 9 章章9.1正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路9.2非正弦波信號產生電路非正弦波信號產生電路小結小結模 擬 電 子 技 術正弦波振蕩電路的工作原理正弦波振蕩電路的工作原理RC 正弦振蕩正弦振蕩LC 正弦振蕩正弦振蕩模 擬 電 子 技 術信號產生電路信號產生電路( (振蕩器振蕩器Oscillators) )分類：分類：正弦波振蕩正弦波振蕩:非正弦波振蕩：非正弦波振蕩：RC 振蕩器振蕩器( (1 kHz 數百數百 kHz) )LC 振蕩器振蕩器( (幾百幾百 kHz 以上以上) )石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器( (頻率穩定度高頻率穩定度高) )方波、

2、方波、三角波、三角波、 鋸齒波等鋸齒波等主要性主要性要求能：要求能：輸出信號的輸出信號的幅度準確穩定幅度準確穩定輸出信號的輸出信號的頻率準確穩定頻率準確穩定模 擬 電 子 技 術9.1.1 正弦波振蕩電路的工作原理正弦波振蕩電路的工作原理一、自激條件一、自激條件放大器放大器反饋網絡反饋網絡UiAuFuUoUfRL微弱的電擾動中，某一頻微弱的電擾動中，某一頻率成分通過正反饋逐漸放率成分通過正反饋逐漸放大，則產生正弦振蕩。大，則產生正弦振蕩。;ioUUAu ;ofUUFu 1 uuFA 振幅平衡條件振幅平衡條件2 FAAFn 相位平衡條件相位平衡條件n = 0, 1, 2, 1 uuFA模 擬 電

3、 子 技 術二、起振條件起振條件起振條件起振條件 iouuAu ofuuFu 2AFn 放大器放大器Au反饋網絡反饋網絡FuUoUfUi 1/FuAu = 1/FuOuiuoAuuoAu Fu 1Au Fu 3，穩幅后，穩幅后 Au = 3。正溫度系數正溫度系數負溫度系數負溫度系數 )/1(1fuffRRART模 擬 電 子 技 術二極管穩幅二極管穩幅12.4 k R2 8.1 k 起振時信號小，起振時信號小，二極管電阻大二極管電阻大Au 1 + (R2+ R3)/R1 3R2 2R1 R3起振后二極管電阻逐漸減小，起振后二極管電阻逐漸減小，Au 1 + R2/R1 = 3為使失真小：為使失真

4、小： R2 2R1f0 = 1.94 kHzRCf 2108R1R2oUV1V2R38.2 k 6.2 k 22 k 4.3 k 0.01 F8.2 k 0.01 F動畫演示動畫演示模 擬 電 子 技 術二、二、RC 移相式振蕩電路移相式振蕩電路8CRRfRoUCRC一節一節 RC 環節環節移相移相 90 二節二節 RC 環節環節移相移相 180 三節三節 RC 環節環節移相移相 270 RCf6210 對于對于的信號的信號， 180F 180A 0 AF 滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件優點：優點：結構簡單結構簡單缺點：缺點：選頻特性差，輸出波形差選頻特性差，輸出波形差模 擬 電 子 技 術

5、 雙雙T選頻網絡正弦波發生電路選頻網絡正弦波發生電路模 擬 電 子 技 術9.1.3 LC 振蕩電路振蕩電路類型：類型：變壓器反饋式變壓器反饋式 、 電感三點式、電感三點式、 電容三點式電容三點式一、變壓器反饋式一、變壓器反饋式 LC 振蕩電路振蕩電路LrCIs.L 的等的等效損耗效損耗電阻電阻)j(j1)j(j1LrCLrCZ )1( j1/CrrLrCL ( (一一) ) LC 并聯回路的特性并聯回路的特性Z模 擬 電 子 技 術1. 諧振頻率諧振頻率 f0 1 0，LC LCf210 2. 諧振阻抗諧振阻抗 Z0rCLZ 03. 回路品質因數回路品質因數 Q CLrCrrLQ1100 C

6、QLQZ00 0 0模 擬 電 子 技 術4. 頻率特性頻率特性)1( j1/rCrLrCLZ )/(j1000ffffQZ 0Z Z 0 Q 大大Q 小小 0 f90 90Q 增大增大幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性容性容性感性感性模 擬 電 子 技 術5. 并聯諧振的本質并聯諧振的本質 電流諧振電流諧振L Lu uC Cr r + +i ii iL Li iC C1) ) Z = Z0 呈純阻呈純阻2)2)形成形成環流環流，大小是總電流的，大小是總電流的 Q Q 倍倍IQILLQIZZIILLC 000CLII I IC CI IL LU UI I模 擬 電 子 技 術( (二二) )變壓

7、器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路L LC C+VCCVRERB1RB2C CE EC CB B180 A 180 F 0 AF 滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件LCf 210模 擬 電 子 技 術模 擬 電 子 技 術模 擬 電 子 技 術模 擬 電 子 技 術1、電感三點式和電容三點式、電感三點式和電容三點式LC正弦波發生器正弦波發生器把并聯把并聯LC回路中的回路中的C或或L分成兩個，則分成兩個，則LC回路就回路就有三個端點。把這三個端點分別與三極管的三個有三個端點。把這三個端點分別與三極管的三個極相連，就形成了極相連，就形成了LC三點式正弦波發生電路。三點式正弦波發生電路。它們又分為電

8、感三點式和電容三點式兩類。它們又分為電感三點式和電容三點式兩類。LC三點式正弦波發生電路圖a）電感三點式b）電容三點式二、三點式二、三點式 LC 振蕩電路振蕩電路模 擬 電 子 技 術2、組成、組成LC三點式正弦波發生電路的規律三點式正弦波發生電路的規律LC三點式正弦波發生電路的一般結構如下圖所示。三點式正弦波發生電路的一般結構如下圖所示。圖 LC三點式正弦波發生電路的一般結構a）反相放大b）同相放大a）圖：若考慮到a中的負載阻抗運放輸出電阻為0r，模 擬 電 子 技 術無反饋時的無反饋時的 LLuoUZrZAA 0/ 311/ZZZFu 31232121ZZZZZZrZZAFAououu 因

9、此因此 32131221XXXjrXXXZZAouo 其中，其中，模 擬 電 子 技 術為了使電路振蕩，應有為了使電路振蕩，應有1 uuFA，上式應為實數，上式應為實數，分母的需不應為零分母的需不應為零，即：0321 XXX 213XXX 進而可得 31131221XXXAXXXXXAFAuououu 21XXAuo模 擬 電 子 技 術、上式說明，為了產生振蕩上式說明，為了產生振蕩，1X2X的符號必須相同的符號必須相同而3X必須與它們異號必須與它們異號。b)圖圖:由因為：由因為：LoLuouZrZAA 211ZZZFu 所以得所以得： 211ZZZrZZAFALoLuouu 模 擬 電 子

10、技 術 32121331XXXjrXXXXXAouo 為了產生振蕩，由上式可得： 213XXX 和31XXAFAuouu 因此，3X必須與1X異號。由于31XIUXIUooof 所以必然有13XX 模 擬 電 子 技 術結論：在LC三點式正弦波發生電路中，為了 滿足產生振蕩的相位平衡條件，同性 質電抗的中間點必須接集成運放的同 相輸入端。模 擬 電 子 技 術3 3、 電感三點式電感三點式 振蕩電路振蕩電路C C+VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL L1 1L L2 2C C1 1M123oUiUfU模 擬 電 子 技 術 )2(2121210CMLLLCf 優點：優點：缺點：

11、缺點：易起振易起振( (L 間耦合緊間耦合緊) )；易調節易調節( (C 可調可調) )。輸出取自電感，對輸出取自電感，對高次諧波阻抗大高次諧波阻抗大，輸出波形差。輸出波形差。模 擬 電 子 技 術4 4、 電容三點式振蕩電路電容三點式振蕩電路考畢茲振蕩器考畢茲振蕩器( (Colpitts) )LCCCCLCf212102121 +VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL LC C1 1C C2 2123L LC3oUiUfU模 擬 電 子 技 術優點：波形較好優點：波形較好缺點：缺點：2) ) V 極間電容影響極間電容影響 f01) ) 調頻時易停振調頻時易停振3211111CCC

12、C 212130LCLCf C 3的改進的改進模 擬 電 子 技 術三、石英晶體三、石英晶體( (Crystal) )振蕩電路振蕩電路( (一一) )石英晶體諧振器的阻抗特性石英晶體諧振器的阻抗特性1. 結構和符號結構和符號化學成分化學成分 SiO2結構結構晶片晶片涂銀層涂銀層焊點焊點符號符號模 擬 電 子 技 術2. 壓電效應壓電效應形變形變形變形變機械振動機械振動壓電諧振壓電諧振外加交變外加交變電壓的頻率等電壓的頻率等于晶體固有頻于晶體固有頻率時，機械振率時，機械振動幅度急劇加動幅度急劇加大的現象。大的現象。模 擬 電 子 技 術3. 等效電路等效電路rqC0CqLqLq 晶體的動態電感晶

13、體的動態電感 ( (10 3 102 H) )( (大大) )Cq 晶體的動態電容晶體的動態電容 ( ( 0.1 pF) )( (小小) )rq 等效摩擦損耗電阻等效摩擦損耗電阻( (小小) ) 1qqqCLrQ Co 晶片靜態電容晶片靜態電容 ( (幾幾 幾十幾十 pF) )模 擬 電 子 技 術 1qqqCLrQ 4. 頻率特性和諧振頻率頻率特性和諧振頻率fXfPfS容性容性感性 21 qqSCLf 21 q0q0qPCCCCLf 1 0qSCCf 22001LCXCCLCC模 擬 電 子 技 術5. 使用注意使用注意2) )要有合適的激勵電平。過大會影響要有合適的激勵電平。過大會影響 頻

14、率穩定度、振壞晶片；過小會使頻率穩定度、振壞晶片；過小會使 噪聲影響大，還能停振。噪聲影響大，還能停振。1) )要要接接一定的負載電容一定的負載電容 CL( (微調微調) )， 以以達標稱頻率。達標稱頻率。模 擬 電 子 技 術( (二二) )石英晶體諧振電路石英晶體諧振電路1. 串聯型串聯型 f = fs，晶體，晶體呈純阻呈純阻+VCCVRERB1RB2C CB BL LC C2. 并聯型并聯型fs f fp，晶體，晶體呈感性呈感性+VCCVRERB1RB2C CE EC C3 3C C1 1C C2 2RC模 擬 電 子 技 術模 擬 電 子 技 術9.2. 電壓比較電壓比較器器( (Co

15、mparer) )功能：功能：類型類型基本比較器基本比較器簡單比較器簡單比較器( (單門限單門限) )窗口比較器窗口比較器( (雙門限雙門限) )遲滯比較器遲滯比較器( (施密特觸發器施密特觸發器) )比較電壓信號比較電壓信號( (被測試信號與標準信號被測試信號與標準信號) )大小大小一、單限電壓比較器一、單限電壓比較器1. 過零電壓比較器過零電壓比較器（1）電路組成）電路組成8uIuO模 擬 電 子 技 術OuIuOuI 0UOmax UOmaxUOHUOL（2）工作原理）工作原理（3）轉換條件）轉換條件uu（4）閾值（門限電壓）閾值（門限電壓）THU（5）電壓傳輸特性）電壓傳輸特性（6）輸

16、入端的保護電路）輸入端的保護電路 和輸出端的限幅電路和輸出端的限幅電路模 擬 電 子 技 術模 擬 電 子 技 術2. 同相輸入單門限比較器同相輸入單門限比較器8uIUREF UZ（1）計算閾值）計算閾值（2）畫出電壓傳輸特性）畫出電壓傳輸特性OuIuOUZUREFuI UREF門限門限電壓電壓 UT模 擬 電 子 技 術特點特點:1) )工作在非線性區工作在非線性區2) )不存在虛短不存在虛短 ( (除了除了uI = UREF 時時) ) 3) )存在虛斷存在虛斷門限電壓門限電壓 UT = UREF舉例舉例:模 擬 電 子 技 術電路組成電路組成計算閾值計算閾值畫電壓傳輸特性畫電壓傳輸特性模

17、 擬 電 子 技 術二、窗口比較器二、窗口比較器uO88U1U2uIV1V2uO1uO2模 擬 電 子 技 術設設 U1 U2 ，比較器采用單電源，比較器采用單電源uIuO1 uO2 V1 V2uO U1U2 uI U1UOmax截止截止 導通導通UZ0UOmax0導通導通 截止截止UZ00截止截止 截止截止0UZOuIuOU1U2模 擬 電 子 技 術應用舉例應用舉例模 擬 電 子 技 術 三極管三極管 值分選電路值分選電路885 V2.5 VV1V2V+15 V10 k 20 k 20 k 430 k 1 M 5 k 1.5 k 3CG50 100，LED 不亮。不亮。分析電路是否滿足要求

18、：分析電路是否滿足要求： 100，LED 亮，亮，模 擬 電 子 技 術 解解 IB = (15 0.7 ) /1430= 0.01 mA當當 50 時，時，IC 0.5 mA，UC 100 時，時，IC 1 mA，UC 5 V V1 導通，導通，LED 亮亮當當 50 100 時，時，2.5 V UC uP 時，時， uO = UZ當當 uI uP 時，時， uO = +UZ當當 uI = uP 時，時， 狀態翻轉狀態翻轉212Z1REFTRRRURUU 212Z1REFTRRRURUU 模 擬 電 子 技 術例：例：R1 = 30 k ，R2 =15 k , UZ = 6 V, UREF

19、= 0, 求求 UT。)(V 23015156 V)( 23015156-TT UU，模 擬 電 子 技 術特點：特點：2) )傳輸特性傳輸特性RR18uIUREFR2R3 UZuOOuIuOUT+UT UZ UZ當當 uI 逐漸增大時逐漸增大時 只要只要 uI UT+ ，則，則 uO = UZ當當 uI 逐漸減小時逐漸減小時只要只要 uI U T ，則，則 uO = UZ一旦一旦 uI I01電子開關 1. 原理原理88+VCCRRRRSCI01I02uC VEE或地或地QQ反相器反相器電壓跟隨器電壓跟隨器正弦波變換器正弦波變換器模 擬 電 子 技 術當當 Q = 0，S 斷開，斷開，C 充

20、電充電 (I01) 至至 2/3VCCQ = 1當當 Q = 1，S 閉合，閉合，C 放電放電 (I02 I01) 至至 1/3VCCQ = 0當當 I02 = 2I01， 引腳引腳 9 輸出方波，引腳輸出方波，引腳 3 輸出三角波；輸出三角波；當當 I02 2I01， 引腳引腳 9 輸出矩形波，引腳輸出矩形波，引腳 3 輸出鋸齒波。輸出鋸齒波。模 擬 電 子 技 術2. 應用應用12345678ICL8038141312111091314正弦波正弦波失真度調整失真度調整正弦波失正弦波失真度調整真度調整正弦波輸出正弦波輸出三角波輸出三角波輸出矩形波輸出矩形波輸出調頻偏置調頻偏置電壓輸入電壓輸入

21、調頻偏置調頻偏置電壓輸出電壓輸出接電阻接電阻 RA接電阻接電阻 RB接電容接電容 C+VCC VEE (或地或地)模 擬 電 子 技 術調占空比和正弦波失真調頻率調占空比和正弦波失真RP2RP4 RP1+VCC VEERRAICL8038451310 11128RBRP3CC1692模 擬 電 子 技 術小小 結結第第 9 章章模 擬 電 子 技 術一、信號產生電路的分類：一、信號產生電路的分類：正弦波振蕩正弦波振蕩:非正弦波振蕩：非正弦波振蕩：RC 振蕩器振蕩器 ( (低頻低頻) )LC 振蕩器振蕩器 ( (高頻高頻) )石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器( (振蕩頻率精確振蕩頻率精確) )方波、

22、方波、三角波、三角波、鋸齒波等。鋸齒波等。模 擬 電 子 技 術二、二、正弦波振蕩正弦波振蕩條件、電路結構和選頻電路條件、電路結構和選頻電路1. 振蕩條件振蕩條件 振幅平衡條件振幅平衡條件2 FAAFn 相位平衡條件相位平衡條件n = 0, 1, 2, 1 uuFA判斷電路是否起振采用判斷電路是否起振采用瞬時極性法，瞬時極性法，即斷開反饋即斷開反饋網絡，加一信號，如果信號極性逐級變化后，網絡，加一信號，如果信號極性逐級變化后，返回后與原信號同極性，則滿足相位平衡條件。返回后與原信號同極性，則滿足相位平衡條件。模 擬 電 子 技 術2. 振蕩電路的兩種結構振蕩電路的兩種結構放大器放大器選頻正選頻

23、正反饋網絡反饋網絡UoUfUi選頻選頻放大器放大器正反饋正反饋網絡網絡UoUfUi3. 選頻電路及其特性選頻電路及其特性模 擬 電 子 技 術1) ) RC 串并聯式串并聯式幅幅頻頻特特性性 0 Fu .31相相頻頻特特性性 0 f90 90當當 = 0 = 1/RC 時時 Fu = 1/3. = 0電電路路模 擬 電 子 技 術2) ) LC并聯諧振回路并聯諧振回路L Lu uC Cr r + +i ii iL Li iC C阻抗幅頻特性阻抗幅頻特性電路電路 0Z Z 0 阻抗相頻特性阻抗相頻特性 0 f90 90諧振頻率諧振頻率LCf 210諧振阻抗諧振阻抗rCLZ 0回路品質因數回路品質

24、因數CLrCrrLQ1100 模 擬 電 子 技 術三、三、正弦波振蕩正弦波振蕩電路電路1. RC 橋氏振蕩電路橋氏振蕩電路8CR1RfRiUoUCRfU振蕩頻率振蕩頻率RCf210 振蕩條件振蕩條件3 uA即即1f2RR 自動穩幅措施：自動穩幅措施：使電使電 Au 成為非線性成為非線性Rf 串接二極管串接二極管( (圖略圖略) )Rf 串接負溫度系數熱敏電阻串接負溫度系數熱敏電阻R1 采用正溫度系數熱敏電阻采用正溫度系數熱敏電阻模 擬 電 子 技 術3. LC 振蕩電路振蕩電路變壓器反饋式變壓器反饋式L LC C+VCCVRERB1RB2C CE EC CB BLCf 210電感三點式電感三

25、點式C C+VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL L1 1L L2 2C C1 1模 擬 電 子 技 術 )2(2121210CMLLLCf 電容三點式電容三點式+VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL LC C1 1C C2 2123oUfUiULCCCCLCf212102121 模 擬 電 子 技 術四、四、石英晶體振蕩石英晶體振蕩電路電路1. 等效電路和頻率特性等效電路和頻率特性符號符號等效電路等效電路rqC0CqLq頻率特性頻率特性fXfPfS串聯諧振頻率串聯諧振頻率并聯諧振頻率并聯諧振頻率2. 石英晶體諧振電路石英晶體諧振電路串聯型串聯型 f = fs，晶體，晶體呈純阻呈純阻并聯型并聯型fs f fp，晶體，晶體呈感性呈感性模 擬 電 子 技 術五、五、比較器比較器OuIuOUZUREFUZ1. 單限電壓比較器單限電壓比較器 傳傳輸輸特特性性模 擬