第九章波形發生器9.1

正弦波振蕩電路的分析方法9.2

RC正弦波振蕩電路9.3LC正弦波振蕩電路9.4石英晶體正弦波振蕩器9.5非正弦波發生電路1正弦波振蕩器

無線電發送設備需要高頻載波，無線電接收設備需要本振信號，很多電子設備中都需要使用正弦波振蕩信號，它們都是由正弦波振蕩器所產生。振蕩器（oscillator）和放大器一樣，也是一種能量轉換電路，所不同的是振蕩器無需外加輸入信號，本身就能自動地將直流電能轉換為特定頻率、波形、幅度的交變電能輸出。2振蕩器分類：振蕩器分類正弦振蕩非正弦波振蕩器低頻正弦振蕩器高頻正弦振蕩器微波振蕩器矩形波振蕩器三角波振蕩器鋸齒波振蕩器3主要技術指標：

1.振蕩頻率f及頻率范圍

2.頻率穩定度

3.振蕩的幅度和穩定度4簡單的正弦波電信號如常見的50Hz工頻交流電，是通過發電機轉子勵磁產生交變磁場，將機械旋轉變為交流電信號。1903年，查爾斯.斯坦梅茨發明“高頻機械交流發電機”以產生無線電信號載波。1905年，[加拿大]雷金納德.費森登利用“高頻機械交流發電機”發明了連續波語音發射機。現代電信號發生器為電子式，即通過電子電路產生。正弦波振蕩器就是模擬產生正弦波電信號的電子電路。分類：反饋振蕩器：利用正反饋原理，應用最廣；負阻振蕩器：利用負阻器件負電阻效應，微波。5應用范圍：在發射機、接收機、測量儀器（信號發生器）、計算機、醫療、儀器乃至電子手表等許多方面振蕩器都有著廣泛的應用。發射機中的載波信號；超外差式接收機中的本地（本機）振蕩信號；電子測量儀器中的正弦波信號源；數字電路系統中的時鐘信號源等；工業高頻感應加熱設備的正弦交變能源；醫用電療儀器中的正弦交變能源，等等。正弦波振蕩器的電路特點：

無輸入信號，自輸出信號。

性能要求振蕩頻率和振幅準確性和穩定性大功率和高效率69.1.1產生正弦波振蕩的條件S放大電路反饋網絡12反饋放大電路產生自激振蕩的條件1、振蕩條件的物理意義+9.1

正弦波振蕩電路的分析方法7正反饋幅度平衡條件相位平衡條件起振條件：82、正弦波振蕩與負反饋放大電路自激振蕩的比較+-負反饋放大電路++正反饋放大電路99.1.2正弦波振蕩電路的組成和分析步驟正弦波振蕩電路的組成放大電路反饋網絡選頻網絡穩幅環節10一、判斷能否產生正弦波振蕩1、檢查電路是否具有正弦波振蕩的組成部分。2、檢查放大電路的靜態工作點是否能保證放大電路正常工作。3、分析電路是否滿足自激振蕩條件。相位條件幅度條件11二、估算正弦波振蕩和起振條件起振條件由幅度平衡條件求得振蕩頻率由相位平衡條件決定（n=0,1,2，……）即:

A+F=±2n129.2

RC正弦波振蕩電路9.1.1RC串并聯網絡振蕩電路RRRFR'CC-A+文氏電橋振蕩電路放大電路選頻網絡反饋網絡

A=00穩幅環節13一、RC串并聯網絡的選頻特性Z2Z1+-RCRC+-+-RC+-低頻+-CR+-高頻14Z2Z1+-RCRC+-15令得：16相頻特性幅頻特性17相頻特性幅頻特性當

=0時，,F=00

F18二、振蕩頻率與起振條件2、起振條件1、振蕩頻率當f=f0時，因為則RRRFR'CC-A+19三、振蕩電路中的負反饋RRRFR'CC-A+t°RT作用:穩幅電壓串聯負反饋20四、振蕩頻率的調節C1C2C3C1C2C3RRRWRW波段開關粗調同軸電位器細調21特點:可連續調解振蕩頻率,

便于加負反饋來穩幅振蕩波形良好頻率范圍為幾Hz~幾十KHz229.2.2其他形式的RC振蕩電路一、移相式振蕩電路RRRFR'CC-A+C

A=1800

F(00~2700)23f

270°180°90°0振蕩頻率起振條件RF>12Rf024缺點:選頻特性差,頻率調節不方便,輸出幅度不夠穩定,輸出波形較差.優點:電路結構簡單,經濟.應用:振蕩頻率固定,且穩定性要求不高的場合,頻率范圍為幾Hz~幾十KHz特點:25二、雙T選頻網絡振蕩電路R3RRFR'C-A+CR2C

A=1800

F(00~2700)26振蕩頻率起振條件R3<R/2特點:優點:選頻特性好,頻率穩定性較高,輸出波形的非線性失真較小應用:廣泛,振蕩頻率固定的場合.頻率范圍為幾Hz~幾十KHz缺點:頻率調節困難27三種RC振蕩電路的比較名稱RC串并聯網絡振蕩電路移相式振蕩電路雙T型選頻網絡振蕩電路電路形式振蕩頻率起振條件電路特點應用場合連續調節頻率負反饋穩幅振蕩波形良好電路簡單，經濟方便適用于對波形要求不高的場合選頻特性好，適用于產生單一頻率振蕩波形RF>12RR3<R/2R3RRFR'C-A+CR2CRRRFR'CC-A+CRRRFR'CC-A+28作業:P3819-3、9-4

29+A-RR'RFRCC判斷下面的電路能否產生正弦波振蕩不能30-A+RRCC不能31-A+RR'RFRCC不能32-A+RRFRCCCRR1不能33+VccVT1VT2RCR1R-VEERCC能34+VccVTRCReRRCCRb不能35-A+RRFRCC-A+R1RF能36+VccVT1RC1Re1RRCeCRb1Re2VT2不能379.3LC正弦波振蕩電路9.3.1LC并聯電路的特性+-CLR時，產生并聯諧振38得并聯諧振角頻率品質因數當Q》1時，或39諧振時的等效阻抗LC并聯電路的阻抗的一般表達式：+-CLR40Q1>Q2Q1Q2Q2Q1Q1>Q2結論：（1）LC并聯電路具有選頻特性。

f=f0時，純阻性f>f0時，電容性f<f0時，電感性41（2）

f0的數值與電路參數有關。當Q》1時，Q1>Q2Q1Q2Q2Q1Q1>Q242（3）

越大，幅頻特性越尖銳，選頻特性越好，Z0也越大。Q1>Q2Q1Q2Q2Q1Q1>Q243諧振時的電流電容電流輸入電流則當Q》1時，+-CLR44LC正弦波振蕩電路放大網絡三極管放大電路選頻網絡LC并聯電路反饋網絡變壓器反饋式電感三點式電容三點式正反饋45反饋電路+-CN2N1ML+-9.3.2變壓器反饋式振蕩電路46一、電路組成Rb2Rb1CCeRLN3N2N1M+VccLRea++-+Cb選頻網絡放大網絡反饋網絡47二、振蕩頻率和起振條件諧振頻率起振條件48三、振蕩頻率的調節CL499.3.3電感三點式振蕩電路反饋電路CL1L212350一、電路組成Rb2Rb1CCeRLL1+VccL2Rea++Cb12351二、振蕩頻率和起振條件振蕩頻率起振條件其中52電感三點式振蕩電路的特點：1、線圈L1和L2之間耦合緊密，易起振。2、調解頻率方便。3、用于產生幾十兆赫以下的頻率。4、由于電感對高次諧波的阻抗較大，不能濾去高次諧波，輸出波形中含有較大的高次諧波，波形較差。5、由于波形較差，頻率穩定度不高，常用于要求不高的設備中。CL2L153反饋電路9.3.4電容三點式振蕩電路C1L123C254一、電路組成Rb2Rb1C1CeRL+VccLRea++Cb123C2Rc55振蕩頻率起振條件二、振蕩條件和起振條件56CLC1C23、可調解頻率，但頻率的調解范圍窄。2、電容C1、C2的電容值可以很小，振蕩頻率較高，可產生100兆赫以上的頻率。1、由于電容對高次諧波的阻抗很小，反饋電壓中高次諧波分量小，輸出波形較好。電容三點式振蕩電路的特點：57頻率穩定度低。電容三點式振蕩電路的缺點：Rb2Rb1C1CeRL+VccLRea++Cb123C2Rc589.3.5改進型電容三點式振蕩電路一、電路組成Rb2Rb1C1CeRL+VccLRea++Cb123C2RcC59振蕩頻率二、振蕩條件和起振條件起振條件60三、振蕩頻率的調節C1LCC2613、可調解頻率，但頻率的調解范圍窄。2、振蕩頻率取決于C和L，基本與C1、C2無關，可產生100兆赫以上的頻率。1、由于電容對高次諧波的阻抗很小，反饋電壓中高次諧波分量小，輸出波形較好。改進型電容三點式振蕩電路的特點：4、振蕩頻率穩定性高，10-4-10-5。62判斷下面的電路能否產生正弦波振蕩Rb2Rb1RL+VccN1Re+C1C2N2共基放大電路63Rb2Rb1+VccRe+C1C2C364Rb2Rb1+VccReC2C3-+65+Vcc+C1R2R1RLN3N1N2能66+Vcc+C1R2R1RLN3N1N2R3C2+C3能67作業:P3819-1、9-6、9-7

689.4石英晶體正弦波振蕩器

LC正弦振蕩電路：有限制。Q最高可達數百。頻率穩定度高于10-5

石英晶體正弦振蕩電路：L/C值比較高。Q值比較高(10000

500000)。頻率穩定度可達10-6

10-8或更小。Q1>Q2Q1Q2Q2Q1Q1>Q2頻率穩定度一般由來衡量——頻率偏移量。——振蕩頻率。699.4.1石英晶體的基本特性和等效電路一、基本特性壓電效應在外加交變電壓的頻率為某一特定頻率——壓電諧振固有頻率（諧振頻率）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石英晶體——石英諧振器70二、等效電路符號C0CRL等效電路C0:當晶片不振動時，相當于一個平板電容器，數值與晶片的幾何尺寸和電極面積有關；C:振動時，用來描寫振動的彈性；L:振動時，用來描寫振動的慣性；R:用來描寫振動時的摩擦損耗。71由于C<<C0,fs和fp接近0Xffsfp感性容性容性石英諧振器的電抗-頻率特性72串聯諧振頻率：并聯諧振頻率：0Xffsfp感性容性容性等效為純電阻等效為電感739.4.2石英晶體振蕩電路一、并聯型石英晶體振蕩電路C2C1CeRb2Rb1RcRe晶體+Vcc74C1C2RbRcRe晶體C0CRL交流等效電路C<<C0+C'所以諧振頻率其中改進型電容三點式振蕩電路75二、串聯型石英晶體振蕩電路CRb2Rb1RcRe1晶體+VccR+-76集成正弦波振蕩器集成正弦波振蕩器如CA3005、E1648等，只要外接LC諧振回路，就可以構成集成LC正弦波振蕩器了。77確定振蕩頻率f0的LC諧振回路。E1648簡介集成電路振蕩器

E1648是產生高頻正弦波振蕩的專用集成塊。只需接入簡單的外圍元件，即可產生穩定的高頻正弦波。E1648構成的高頻振蕩器

E1648的振蕩頻率由下式計算+5VE164813578101214L1C1C40.1μFC30.1μFRL1kΩvo1

E1648的最高振蕩頻率可達200MHz。C3是濾波電容。C4是濾波電容。f0=————2π1L1C178f0=————2π1L1C1E1648增加輸出幅度的接法集成電路振蕩器E1648構成的高頻振蕩器0.1μF+9VL2C2R+5VE164813578101214L1C1C40.1μFC30.1μFRL1kΩuo1uo2

E1648的振蕩頻率由下式計算

E1648的最高振蕩頻率可達200MHz。

一般，振蕩器從3腳輸出振蕩信號uo1。但有時為了提高輸出幅度，也可以從1腳輸出振蕩信號uo2

。通常振蕩信號從IC的3腳輸出。有時，為了增加輸出的幅度，也可從IC的1腳輸出振蕩信號。

E1648是產生高頻正弦波振蕩的專用集成塊。只需接入簡單的外圍元件，即可產生穩定的高頻正弦波。在1腳輸出時，應接上一諧振頻率與fo相同的LC回路并接入電源，才能增加輸出幅度。799.5非正弦波發生電路9.5.1矩形波發生電路一、電路組成RC充放電回路滯回比較器矩形波發生器的一般組成80矩形波發生電路-A+RR3R2R1Cuouc滯回比較器81-A+R3R2R1uoucOuI+UZuo-UZ傳輸特性82二、工作原理假設t=0時，uc=0，uo=+UZ輸出電壓通過R向電容充電uc=u-

。當u-=u+時,滯回比較器的輸出端發生跳變，使uo=-UZ則電容通過R放電。uc

。當u-=u+時,滯回比較器的輸出端發生跳變，使uo=+UZ-A+RR3R2R1Cuouc83ucuoUZ-UZttt1t2電容充電電容放電84三、振蕩周期uc從下降到所需的時間為則ucuoUZ-UZttt1t285矩形波的振蕩周期為電容充放電時,uC的變化為ucuoUZ-UZttt1t2把t=2/T代入上式,得86占空比ucuoUZ-UZtt87四、占空比可調的矩形波發生電路VD1-A+RR3R2R1CuoucRWRW'RW"VD2通過VD1、VD2和RW調節電容的充電時間和放電時間。88-A+RR3R2R1CuoucRWRW'RW"VD2充電途徑-----VD2和RW"VD1放電途徑-----VD1和RW'=(R+RW")C=(R+RW')C89ucuottt1t2T1T2T占空比909.5.2三角波發生電路一、電路組成-A1+R4R3R2R1Cuo-A2+R4uo1u+滯回比較器積分器91二、工作原理假設t=0時，uo1=+UZ,uc(0)=0,uO(0)=0-A1+R4R3R2R1Cuo-A2+R4uo1u+uO越來越負u+隨之減小92uo隨時間向正向線性增長，u+隨之增大。當u+=u_=0時，滯回比較器再次跳變，使uo1=+UZ，同時u+也跳變為正值。當u+=u_=0時，滯回比較器跳變，使uo1=-UZ-A1+R4R3R2R1Cuo-A2+R4uo1u+負值93uo1uoUZ-UZtt-UomUom94三、輸出幅度和振蕩周期三角波輸出幅度：uo1uoUZ-UZtt-UomUom95uo1u