9.1正弦波振蕩電路的振蕩條件9.2RC正弦波振蕩電路9.3LC正弦波振蕩電路9.4非正弦波振蕩電路9信號產生電路學習指導小結作業在實踐中，廣泛采用各種類型的信號產生電路，就其波形來說，可能是正弦波或非正弦波。在通信、廣播、電視系統中，都需要射頻(高頻)發射，這里的射頻波就是載波，把音頻(低頻)、視頻信號或脈沖信號運載出去，這就需要能產生高頻信號的振蕩器。在工業、農業、生物醫學等領域內，如高頻感應加熱、熔煉、淬火，超聲波焊接，超聲診斷，核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。可見，正弦波振蕩電路在各個科學技術領域的應用是十分廣泛的。非正弦信號(方波、鋸齒波等)發生器在測量設備、數字系統及自動控制系統中的應用也日益廣泛。學習指導電壓比較器不僅是波形產生電路中常用的基本單元，也廣泛用于測量電路、自動控制系統和信號處理電路中。希望予以足夠重視。主要內容：(1)正弦波振蕩電路的振蕩條件(2)RC、LC正弦波振蕩電路-----能否振蕩(3)非正弦信號產生電路－－－波形分析、相關計算基本要求及學習目標:(1)掌握正弦波振蕩的相位平衡條件、幅值平衡條件。(2)掌握RC串并聯式正弦波振蕩電路的工作原理、起振條件、穩幅原理及振蕩頻率的計算。(3)了解LC正弦波振蕩電路的工作原理、組成原則、振蕩頻率的計算。(4)掌握單門限電壓比較器和遲滯比較器的工作原理，理解方波、矩形波、三角波、鋸齒波發生器的工作原理。9.1

正弦波振蕩電路的振蕩條件1.振蕩條件2.起振和穩幅3.振蕩電路基本組成部分

正反饋放大電路如圖示。（注意與負反饋方框圖的差別）1.振蕩條件若環路增益則去掉仍有穩定的輸出又所以振蕩條件為振幅平衡條件相位平衡條件動畫三起振條件2.起振和穩幅

#振蕩電路是單口網絡，無須輸入信號就能起振，起振的信號源來自何處？電路器件內部噪聲

當輸出信號幅值增加到一定程度時，就要限制它繼續增加，否則波形將出現失真。

噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率0的噪聲信號被放大，成為振蕩電路的輸出信號。

穩幅的作用就是，當輸出信號幅值增加到一定程度時，使振幅平衡條件從回到平衡點

一個反饋放大電路若能同時滿足自激振蕩的幅度和相位平衡條件，就一定能產生自激振蕩，但并不見得一定能產生正弦波自激振蕩，即輸出信號不一定是正弦波。3.基本組成部分

這是因為，若同時有多種頻率的正弦波信號都滿足自激振蕩條件，則反饋放大電路就能夠在多種頻率下產生振蕩。它的輸出信號就是一個由多種頻率的正弦波信號合成的非正弦波信號。

為了獲得單一頻率的正弦波振蕩，可在反饋放大電路中引入選頻網絡（選擇滿足相位平衡條件的一個頻率），使反饋放大電路對不同頻率的正弦波信號產生不同的相位移和放大倍數，使電路只讓某一特定頻率的正弦波信號滿足自激振蕩條件，保證電路輸出正弦波信號。放大電路（包括負反饋放大電路）3.基本組成部分反饋網絡（構成正反饋）選頻網絡（選擇滿足相位平衡條件的一個頻率，經常與反饋網絡合二為一。）穩幅環節RC振蕩器低頻<1MHZLC振蕩器高頻>1MHZ9.2

RC正弦波振蕩電路1.電路組成2.

RC串并聯選頻網絡的選頻特性3.振蕩電路工作原理4.穩幅措施1.電路組成反饋網絡兼做選頻網絡反饋系數2.

RC串并聯選頻網絡的選頻特性幅頻響應又且令則相頻響應2.

RC串并聯選頻網絡的選頻特性當幅頻響應有最大值相頻響應3.振蕩電路工作原理此時若放大電路的電壓增益為

用瞬時極性法判斷可知，電路滿足相位平衡條件則振蕩電路滿足振幅平衡條件當時，(+)(+)(+)(+)Av電路可以輸出頻率為的正弦波RC正弦波振蕩電路一般用于產生頻率低于1MHz的正弦波采用非線性元件4.穩幅措施熱敏元件熱敏電阻起振時，即熱敏電阻的作用穩幅采用非線性元件4.穩幅措施場效應管（JFET）穩幅原理穩幅整流濾波T壓控電阻可變電阻區，斜率隨vGS不同而變化采用非線性元件4.穩幅措施二極管

當輸出幅值很小時，二極管D1、D2接近開路，由D1、D2和R3組成的并聯支路的等效電阻近似為2.7千歐，A約3.3，>3，有利于起振。

當輸出幅值較大時，二極管D1或D2導通，由D1、D2和R3組成的并聯支路的等效電阻減小，A隨之下降，輸出幅值趨于穩定。9.3

LC正弦波振蕩電路9.3.1

LC并聯諧振回路選頻特性9.3.2變壓器反饋式LC振蕩電路9.3.3三點式LC振蕩電路9.3.4石英晶體振蕩電路1.等效阻抗9.3.1

LC并聯諧振回路選頻特性等效損耗電阻一般有則即時，電路發生諧振。為諧振頻率諧振時阻抗最大且為純阻性其中為品質因數同時有即2.頻率響應9.3.1

LC并聯諧振回路選頻特性諧振回路具有選頻特性1雖然波形出現了失真，但由于LC諧振電路的Q值很高，選頻特性好，所以仍能選出0的正弦波信號。9.3.2變壓器反饋式LC振蕩電路1.電路結構2.相位平衡條件3.幅值平衡條件4.穩幅5.選頻通過選擇高值的BJT和調整變壓器的匝數比，可以滿足，電路可以起振。BJT進入非線性區，波形出現失真，從而幅值不再增加，達到穩幅目的。（定性分析）(+)(－)同名端(+)(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)9.3.2變壓器反饋式LC振蕩電路反饋滿足相位平衡條件，可能振蕩滿足相位平衡條件，可能振蕩反饋仍然由LC并聯諧振電路構成選頻網絡9.3.3三點式LC振蕩電路1.三點式LC并聯電路電容三點式電感三點式諧振回路的三個引出端與三極管的三個電極相連(指交流連接),其中兩個同性質電抗的公共點與發射極相連,而另一個異性電抗則連在集電極與基極間。方法1仍然由LC并聯諧振電路構成選頻網絡9.3.3三點式LC振蕩電路1.三點式LC并聯電路電容三點式電感三點式諧振回路的三個引出端點與場效應管的三個電極相連（指交流連接），其中兩個同性質電抗的公共點與源極相連，而另一個異性電抗則連在柵極與漏極之間。方法1仍然由LC并聯諧振電路構成選頻網絡9.3.3三點式LC振蕩電路1.三點式LC并聯電路電容三點式電感三點式諧振回路的三個引出端與集成運放的三個端子(同相端、反相端、輸出端)相連(指交流連接),其中兩個同性質電抗的公共點與同相端相連，而另一個異性電抗則連在反相端與輸出端之間。方法1仍然由LC并聯諧振電路構成選頻網絡A.若中間點交流接地,則首端與尾端相位相反。9.3.3三點式LC振蕩電路1.三點式LC并聯電路電容三點式電感三點式

中間端的瞬時電位一定在首、尾端電位之間。三點的相位關系B.若首端或尾端交流接地,則其他兩端相位相同。方法29.3.3三點式LC振蕩電路2.電感三點式振蕩電路9.3.3三點式LC振蕩電路3.電容三點式振蕩電路Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩定。9.3.4石英晶體振蕩電路1.頻率穩定問題頻率穩定度一般由來衡量——頻率偏移量。——振蕩頻率。LC振蕩電路Q——數百石英晶體振蕩電路Q——100005000009.3.4石英晶體振蕩電路2.石英晶體的基本特性與等效電路結構極板間加電場極板間加機械力晶體機械變形晶體產生電場壓電效應交變電壓機械振動交變電壓機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關，穩定性高當交變電壓頻率=固有頻率時，振幅最大。壓電諧振9.3.4石英晶體振蕩電路2.石英晶體的基本特性與等效電路等效電路A.串聯諧振特性晶體等效阻抗為純阻性B.并聯諧振通常所以9.3.4石英晶體振蕩電路2.石英晶體的基本特性與等效電路實際使用時外接一小電容Cs則新的諧振頻率為由于由此看出調整9.3.4石英晶體振蕩電路3.石英晶體振蕩電路串聯晶體振蕩器

并聯晶體振蕩器

++++9.4非正弦信號產生電路9.4.1

比較器9.4.2

方波產生電路單門限電壓比較器遲滯電壓比較器9.4.3矩形波產生電路9.4.4方波和三角波發生器9.4.5脈沖和鋸齒波發生器9.4.1比較器1.理想運放的同相和反相輸入端電流近似為零2.當V+>V-時，Vo為正向輸出飽和電壓VOH

當V+<V-時，Vo為負向輸出飽和電壓VOL其數值接近運放的正負電源電壓

V+=V-是兩種狀態的轉折點一、運放工作在非線性區時的特點-V-I-+V+I+VoI+=I-≈0，由于|vO|不可能超過VM，9.4.1比較器二、單門限電壓比較器（1）過零比較器（忽略了放大器輸出級的飽和壓降）所以當|+VCC|

=|-VEE|=VM=

15V，A0=105時，可以認為vI>0時，vOmax=VOH=+VCCvI<0時，vOmax=VOL=-VEE（同相過零比較器）vI=0稱為門限電壓或閾值電壓Vth只有一個門限電壓的比較器9.4.1比較器輸入為正負對稱的正弦波時，輸出為方波。電壓傳輸特性（同相過零比較器）思考

1.若過零比較器如圖所示，則它的電壓傳輸特性將是怎樣的？2.輸入為正負對稱的正弦波時，輸出波形是怎樣的？（同相過零比較器）反相過零比較器9.4.1比較器（2）門限電壓不為零的比較器電壓傳輸特性輸入為正負對稱的正弦波時，輸出波形如圖所示。二、單門限電壓比較器門限電壓Vth＝VREFVREF可正可負對兩個輸入電壓進行比較，比較兩個電壓的大小，將比較結果以高低電平的形式輸出。用于此功能的運放通常工作在飽和區。通常將一個輸入電壓固定UR作為參考電壓，另一個輸入電壓Ui與UR比較，結果由Uo反映-+R1UiR2UR當Ui>UR時，輸出應為負飽和值，穩壓管的導通,輸出電壓的幅度被限定在Uo=-UDUoRoDz當Ui≤UR時，輸出為正飽和值，由于穩壓管的穩壓作用，Uo=UzUDURUoUiUz輸出電壓被限定在（UZ+UD)9.4.1比較器（2）門限電壓不為零的比較器二、單門限電壓比較器9.4.1比較器二、單門限電壓比較器應用9.4.1比較器

由于在ui=Vth=VREF附近出現干擾，uO將時而為VOH，時而為VOL，導致比較器輸出不穩定。如果用這個輸出電壓uO去控制電機，將出現頻繁的起停現象，這種情況是不允許的。

二、單門限電壓比較器存在的問題-+R1ViR2VRVoRf引入正反饋加速輸出電壓變化VoViVOHVOLV2V11.當輸出Vo為高電平VOH時，同相端受到VOH和VR同時作用當Vi≥V1時，輸出將由高電平VOH跳變到低電平VOL

。V1稱為上門限電壓，也稱正向閾值電壓三、遲滯電壓比較器電路1-+R1ViR2VRVoRfVoViVOHVOLV2V1三、遲滯電壓比較器2.當輸出Vo為低電平VOL時，同相端受到VOL和VR同時作用當Vi≤V2時，輸出將由低電平VOL跳變到高電平VOH。V2稱為下門限電壓，也稱負向閾值電壓遲滯比較器上門限電壓：下門限電壓：門限寬度：(回差電壓)-+R1ViR2VRVoRfVoViVOHVOLV2V11.改變基準電壓VR可改變上、下門限電壓V1、

V2，但不影響門限寬度V。2.改變正反饋系數R2/(R2+Rf),將影響V和V1、

V2。3.運放的正負飽和電壓VOH、VOL，可通過加限幅電路限制其值電路1電路2電路3電路3遲滯比較器穩壓管和電阻R4構成穩幅電路，使輸出電壓為±10V。

R1、R2構成正反饋電路,使

閾值電壓

9.4.2方波產生電路為積分電路輸出電壓經積分后產生一個變化的電壓替代遲滯比較器的輸入信號。

9.4.2方波產生電路假定電路的初始狀態

VC+-,VC＝0反向充電反向充電正向充電正向充電VCVC動畫二9.4.2方波產生電路VC+-正向充電電容充放電時

三要素法9.4.3矩形波產生電路正向充電反向充電RoDz+-R1Vi1R4Vo1RfA1-+R2

Vo2CR3A2WA1—遲滯比較器,VR=0,V01=(VZ+VD)，A2—積分器,上下限電壓由Vi1和Vo1共同決定輸入一周期變化的信號輸出V01將是一方波輸入方波信號，輸出是一個三角波信號9.4.4方波和三角波發生器V0tVom1Vom2Von2Von1T1T2T方波和三角波發生器V01V02Vom1=VZ+VDVon1=-(VZ+VD)RoDz+-R1Vi1R4Vo1RfA1-+R2

Vo2CR3A2WA1同相端的電位Vi1↑→V稍大于零，比較器的輸出將由低電平Von1跳變到高電平Vom1。上門限電壓=Vom2=0Vi1↓→V稍小于零，比較器的輸出將由高電平Vom1跳變到低電平Von1。下門限電壓=Von2=0當Vo1=Von1時，當Vo1=Vom1時，方波和三角波發生器門限寬度周期T與頻率fRoDz+-R1Vi1R4Vo1RfA1-+R2

Vo2CR3A2WR22R21D1D2設計思想：將積分器的充放電回路分開，從而改變T1和T2。1.當Vo1為正電壓Vom1時，正電壓→W→D1→給C充電,積分時間常數1≈R21C.2.當Vo1為負電壓Von1時，負電壓→W→D2→給C放電,積分時間常數2≈R22C.9.4.5脈沖和鋸齒波發生器小結

1、在第7章曾經討論過，從振蕩條件考慮，當反饋深度過深或環路增益過大時，負反饋放大電路趨向不穩定，即產生自激振蕩。本章則是在電路中有意地構成正反饋以滿足相位平衡和振幅平衡條件，形成自激以產生正弦信號，二者的工作過程，本質上是相同的。

2、按結構來分，正弦波振蕩電路主要有RC型和LC型兩大類，它們的基本組成包括：可進行正常工作的放大電路A，能滿足相位平衡條件的反饋網絡F，其中A或F兼有選頻特性。一般從相位和幅度