第六章信號產(chǎn)生與變換電路

1、第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換第第6章章 信號產(chǎn)生與變換電路信號產(chǎn)生與變換電路 6.1 正弦波產(chǎn)生電路正弦波產(chǎn)生電路 6.2 非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路 6.3 波形變換電路波形變換電路 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換6.1 正弦波產(chǎn)生電路正弦波產(chǎn)生電路6.1.1 6.1.1 概述概述 1 1自激振蕩條件自激振蕩條件 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換當當K K合在合在 “ “2”2”時，就是一般的交流放大電時，就是一般的交流放大電路，輸入信號電壓為路，輸入信號電壓為 （設為正弦量），輸（設為正弦量），輸出電壓為出電壓為 ，輸出信號通過反饋電路反饋到

2、，輸出信號通過反饋電路反饋到輸入端，反饋電壓為輸入端，反饋電壓為 。此時，將開關。此時，將開關K K從從“2”2”置于置于“1”1”位置，如果調節(jié)反饋環(huán)節(jié)，位置，如果調節(jié)反饋環(huán)節(jié)，使使 即即兩者大小相等，相位相同兩者大小相等，相位相同，那么，那么反饋電壓就可以替代外加輸入信號電壓。反饋電壓就可以替代外加輸入信號電壓。iUoUfUifUU因為因為iOUUAOfUUF以及以及當當ifUU.時，時，1FA第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換電路自激振蕩的條件：電路自激振蕩的條件： （1 1）相位條件）相位條件 反饋電壓和輸入電壓要同相，也就是反饋電壓和輸入電壓要同相，也就是電路必電路必須構成

3、正反饋須構成正反饋，才能滿足相位平衡條件，電路，才能滿足相位平衡條件，電路才可能自激振蕩。才可能自激振蕩。 （n=0n=0，1 1，2 2，3 3，） nFA2（2 2）幅度條件）幅度條件 要有足夠的反饋量要有足夠的反饋量，使反饋電壓信號與輸，使反饋電壓信號與輸入電壓信號在數(shù)值上相等入電壓信號在數(shù)值上相等。 1AFFA第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換2 2自激振蕩的建立和幅值的穩(wěn)定自激振蕩的建立和幅值的穩(wěn)定 在實際振蕩電路中，并不是通過開關起振的，在實際振蕩電路中，并不是通過開關起振的，以下分析將可以看到，為保證以下分析將可以看到，為保證電路的起振電路的起振，幅，幅度條件必須調整為

4、度條件必須調整為1AFFA 實際應用中的自激振蕩電路，并沒有前述電路中的實際應用中的自激振蕩電路，并沒有前述電路中的外加信號源，而是依靠振蕩電路中存在的干擾來引起外加信號源，而是依靠振蕩電路中存在的干擾來引起自激的。如振蕩電路與電源接通的瞬間，電路中電量自激的。如振蕩電路與電源接通的瞬間，電路中電量的波動以及噪聲等，都會引起一個微小的反饋信號加的波動以及噪聲等，都會引起一個微小的反饋信號加到輸入端，此時，只要電路存在正反饋及上面的條件，到輸入端，此時，只要電路存在正反饋及上面的條件，就能建立穩(wěn)定的振蕩。就能建立穩(wěn)定的振蕩。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 放大特性：放大特性：當反

5、饋電壓較小時，因三極管工作在放大區(qū)，輸當反饋電壓較小時，因三極管工作在放大區(qū)，輸出電壓與反饋電壓近似于正比。隨著反饋電壓的增大，三極管出電壓與反饋電壓近似于正比。隨著反饋電壓的增大，三極管進入飽和區(qū)或截止區(qū)工作，電路電壓放大倍數(shù)逐漸減小。進入飽和區(qū)或截止區(qū)工作，電路電壓放大倍數(shù)逐漸減小。 反饋特性：反饋特性：反饋網(wǎng)絡一般由線性元件組成反饋網(wǎng)絡一般由線性元件組成，所以，所以輸出電壓與輸出電壓與反饋電壓反饋電壓成正比。成正比。第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 在振蕩電路的電源接通時，電路中產(chǎn)生的微弱在振蕩電路的電源接通時，電路中產(chǎn)生的微弱起振信號起振信號 加到輸入端，經(jīng)放大電路放大后輸

6、出，加到輸入端，經(jīng)放大電路放大后輸出，此時的輸出電壓可從振幅特性曲線上的點此時的輸出電壓可從振幅特性曲線上的點1 1處對處對應求出為應求出為 。又經(jīng)反饋環(huán)節(jié)反饋，在反饋特性曲。又經(jīng)反饋環(huán)節(jié)反饋，在反饋特性曲線上點線上點2 2處對應求出為處對應求出為 。因電路中滿足的關。因電路中滿足的關系系 ，則，則 。這樣，經(jīng)過不斷的反饋放。這樣，經(jīng)過不斷的反饋放大再反饋再放大大再反饋再放大的循環(huán)。輸出電壓的幅值從小的循環(huán)。輸出電壓的幅值從小到大不斷增大，一直到達圖中兩條特性曲線的交到大不斷增大，一直到達圖中兩條特性曲線的交點點P P處時，振幅便不再繼續(xù)增大，在處時，振幅便不再繼續(xù)增大，在P P點處穩(wěn)定下點處

7、穩(wěn)定下來。在來。在P P點處穩(wěn)定下來的原因是在點處穩(wěn)定下來的原因是在P P點時，輸出電點時，輸出電壓與反饋電壓之間既能滿足幅度特性，又能滿足壓與反饋電壓之間既能滿足幅度特性，又能滿足反饋特性。反饋特性。 1fU1OU2fU1AF12ffUU第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換3 3正弦波的形成正弦波的形成 為獲得單一頻率的正弦波輸出信號，自激振蕩電為獲得單一頻率的正弦波輸出信號，自激振蕩電路必須具有使所需頻率的諧波分量滿足自激振蕩路必須具有使所需頻率的諧波分量滿足自激振蕩的條件，而對其他諧波分量則進行抑制，削弱它的條件，而對其他諧波分量則進行抑制，削弱它們的影響，這項工作是由正弦波振蕩

8、電路中的選們的影響，這項工作是由正弦波振蕩電路中的選頻環(huán)節(jié)來完成的。頻環(huán)節(jié)來完成的。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換分析一個正弦振蕩電路時，首先要判斷它是否振分析一個正弦振蕩電路時，首先要判斷它是否振蕩，一般方法是：蕩，一般方法是：（1 1）觀察電路是否存在放大電路、反饋網(wǎng)絡、）觀察電路是否存在放大電路、反饋網(wǎng)絡、選頻網(wǎng)絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)等四個重要組成部分。選頻網(wǎng)絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)等四個重要組成部分。（2 2）放大電路的結構是否合理，有無放大能力，）放大電路的結構是否合理，有無放大能力，靜態(tài)工作點是否合適。靜態(tài)工作點是否合適。（3 3）是否滿足相位條件，即電路是否正反饋，）是否滿足相位條件，

9、即電路是否正反饋，只有滿足相位條件才有可能振蕩。只有滿足相位條件才有可能振蕩。（4 4）判斷電路能否具有起振的幅值條件。）判斷電路能否具有起振的幅值條件。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換正弦波振蕩電路常以選頻網(wǎng)絡所用元件來命名，正弦波振蕩電路常以選頻網(wǎng)絡所用元件來命名，可以分為可以分為 RCRC振蕩電路振蕩電路 LCLC振蕩電路振蕩電路 石英晶體振蕩電路。石英晶體振蕩電路。4 4正弦波振蕩電路的類型正弦波振蕩電路的類型 RC RC振蕩電路的工作頻率一般較低（振蕩電路的工作頻率一般較低（1MHz1MHz以下），以下），LCLC振蕩電路的工作頻率較高振蕩電路的工作頻率較高(1MHz(

10、1MHz以上以上), ), 石英晶石英晶體振蕩電路的振蕩頻率等于石英晶體的固有頻率，體振蕩電路的振蕩頻率等于石英晶體的固有頻率，非常穩(wěn)定。非常穩(wěn)定。第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換6.1.2 RC6.1.2 RC正弦波產(chǎn)生電路正弦波產(chǎn)生電路 1 1RCRC橋式振蕩電路的組成橋式振蕩電路的組成 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 常見的常見的RCRC正弦波振蕩電路是正弦波振蕩電路是RCRC串并聯(lián)式正弦波串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，又稱為文氏橋正弦波振蕩電路。電路振蕩電路，又稱為文氏橋正弦波振蕩電路。電路由放大電路和由放大電路和RCRC串并聯(lián)網(wǎng)絡兩部分組成。串并聯(lián)網(wǎng)絡兩部分組成。

11、 2 2RCRC串并聯(lián)選頻電路的選頻作用串并聯(lián)選頻電路的選頻作用 22211222221122121111/)1(1/CRjRCjRCRjRCjRCjRCjRUUF)1()1 (11221211212CRCRjRRCCUUF整理后得整理后得 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換可得頻率特性可得頻率特性通常通常RRR21CCC21則則)(310012jUUFRC10其中其中RCf210或或第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換可見，當可見，當 時，時， 達到最大值，等于達到最大值，等于 ，而相移而相移 。 RC1012UU310F3 3RCRC串并聯(lián)網(wǎng)絡振蕩電路串并聯(lián)網(wǎng)絡振蕩電路

12、當當 時，時， ，故按起振條件式，要求，故按起振條件式，要求03/1F3)1 (1RRAf12RRf即即RCf21電路的振蕩頻率為電路的振蕩頻率為 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 圖示圖示RCRC正弦波振蕩電路在振蕩以后，振蕩器的正弦波振蕩電路在振蕩以后，振蕩器的振幅會不斷增加，直至受到運放最大輸出電壓的振幅會不斷增加，直至受到運放最大輸出電壓的限制，使輸出波形產(chǎn)生非線性失真。為此，振蕩限制，使輸出波形產(chǎn)生非線性失真。為此，振蕩電路需加穩(wěn)幅措施，來穩(wěn)定輸出電壓的幅值。電路需加穩(wěn)幅措施，來穩(wěn)定輸出電壓的幅值。 通?？梢岳枚O管和穩(wěn)壓管的非線性特性、通?？梢岳枚O管和穩(wěn)壓管的非線

13、性特性、場效應管的可變電阻特性以及熱敏電阻等元件的場效應管的可變電阻特性以及熱敏電阻等元件的非線性特性，來自動地穩(wěn)定振蕩器輸出的幅度。非線性特性，來自動地穩(wěn)定振蕩器輸出的幅度。 最簡單的穩(wěn)幅措施是選擇負溫度系數(shù)的熱敏電最簡單的穩(wěn)幅措施是選擇負溫度系數(shù)的熱敏電阻作為反饋電阻，當?shù)姆翟黾邮沟墓脑龃髸r，阻作為反饋電阻，當?shù)姆翟黾邮沟墓脑龃髸r，它的溫度上升，則的阻值下降，使放大倍數(shù)下降，它的溫度上升，則的阻值下降，使放大倍數(shù)下降，輸出電壓也隨之下降。如果參數(shù)選擇合適，可使輸出電壓也隨之下降。如果參數(shù)選擇合適，可使輸出電壓的幅值基本穩(wěn)定，且波形失真較小。輸出電壓的幅值基本穩(wěn)定，且波形失真較小。

14、第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 并聯(lián)兩個二極管伏安特性如圖（并聯(lián)兩個二極管伏安特性如圖（b b）所示，當振蕩幅值較）所示，當振蕩幅值較小時，流過二極管的電流較小，設相應的工作點為小時，流過二極管的電流較小，設相應的工作點為A A、B B，此時與直線此時與直線ABAB斜率相對應的二極管等效電阻增大；同理，斜率相對應的二極管等效電阻增大；同理，當振蕩幅度增大時，流過二極管的電流增加，其等效電阻當振蕩幅度增大時，流過二極管的電流增加，其等效電阻減小，如圖中直線減小，如圖中直線CDCD所示。這樣通過改變放大倍數(shù)，從而所示。這樣通過改變放大倍數(shù)，從而達到穩(wěn)幅的目的。達到穩(wěn)幅的目的。 第第6

15、 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換6.1.3 LC6.1.3 LC正弦波發(fā)生電路正弦波發(fā)生電路 1 1LCLC并聯(lián)回路的選頻特性并聯(lián)回路的選頻特性 )1()1)(CLjRCjLjRZ由圖示電路可知由圖示電路可知若若LR)1(CLjRCLZ則則第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換故諧振頻率為故諧振頻率為LCf21LC并聯(lián)頻率特性如下圖所示（并聯(lián)頻率特性如下圖所示（Q為品質因數(shù)）：為品質因數(shù)）：諧振時，諧振時，電路是純阻性，且電路是純阻性，且 RCLZZZmax0第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換CLRRLQ10品質因數(shù)品質因數(shù)注意注意Q與頻率特性和選頻能力之間的關系。與頻率

16、特性和選頻能力之間的關系。 對于對于LCLC并聯(lián)諧振回路組成的振蕩器，其選頻并聯(lián)諧振回路組成的振蕩器，其選頻網(wǎng)絡通常就是放大器的負載，所以放大電路的網(wǎng)絡通常就是放大器的負載，所以放大電路的增益具有選頻特性。由于在諧振時，增益具有選頻特性。由于在諧振時，LCLC電路呈電路呈現(xiàn)純電阻性，所以對放大電路相移的分析與電現(xiàn)純電阻性，所以對放大電路相移的分析與電阻負載時相同。阻負載時相同。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換2 2變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換用用瞬時極性法瞬時極性法判斷判斷反饋極性反饋極性；判斷電路是否具有放大能力；判斷電

17、路是否具有放大能力；判斷電路是否具有有選頻能力，計算振蕩頻率。判斷電路是否具有有選頻能力，計算振蕩頻率。（1）畫出交流通路。（）畫出交流通路。（直流電源、直流電源、耦合與旁路的電耦合與旁路的電容容看成短路，注意其他電抗元件應予保留?？闯啥搪罚⒁馄渌娍乖璞Ａ?。）判斷振蕩電路中三極管是否具有合適的靜態(tài)判斷振蕩電路中三極管是否具有合適的靜態(tài)工作點。工作點。（2）畫出直流通路。（）畫出直流通路。（電容看成開路，電感看成短電容看成開路，電感看成短路。路。）LCf210顯然顯然第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 變壓器反饋式振蕩電路，電路結構簡單、容易變壓器反饋式振蕩電路，電路結構簡單

18、、容易起振、改變電容起振、改變電容C C的大小可以方便地調節(jié)頻率。的大小可以方便地調節(jié)頻率。但由于變壓器分布參數(shù)的影響，振蕩頻率不能很但由于變壓器分布參數(shù)的影響，振蕩頻率不能很高，振蕩頻率一般可以做到幾兆赫，而且由于輸高，振蕩頻率一般可以做到幾兆赫，而且由于輸出電壓與反饋電壓靠磁路耦合，損耗較大，并且出電壓與反饋電壓靠磁路耦合，損耗較大，并且振蕩頻率的穩(wěn)定性不高。振蕩頻率的穩(wěn)定性不高。 LC LC正弦波振蕩電路的穩(wěn)幅措施是利用放大電路正弦波振蕩電路的穩(wěn)幅措施是利用放大電路的非線性實現(xiàn)的。當振幅大到一定程度時，雖然的非線性實現(xiàn)的。當振幅大到一定程度時，雖然三極管進入截止或飽和，使集電極電流產(chǎn)生明

19、顯三極管進入截止或飽和，使集電極電流產(chǎn)生明顯失真，但是由于集電極的負載是失真，但是由于集電極的負載是LCLC并聯(lián)諧振電路，并聯(lián)諧振電路，具有良好的選頻特性，因此輸出波形一般失真不具有良好的選頻特性，因此輸出波形一般失真不大。大。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換3 3電感反饋式振蕩電路電感反饋式振蕩電路 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 這種電路的特點是把諧振回路的電感分成這種電路的特點是把諧振回路的電感分成L L1 1和和L L2 2兩部分，利用其中之一上的電壓直接作為反饋兩部分，利用其中之一上的電壓直接作為反饋信號。信號。 若若L L1 1和和L L2 2的互感為的

20、互感為M，則，則MLLL221諧振頻率為諧振頻率為LCf21第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 由于電路是由電感線圈引回反饋電壓，所以稱由于電路是由電感線圈引回反饋電壓，所以稱為電感反饋式振蕩電路。并聯(lián)選頻網(wǎng)絡中電感線為電感反饋式振蕩電路。并聯(lián)選頻網(wǎng)絡中電感線圈的圈的、端分別將振蕩信號與放大電路的端分別將振蕩信號與放大電路的輸出和輸入相連，故該電路又稱為電感三點式振輸出和輸入相連，故該電路又稱為電感三點式振蕩電路。蕩電路。 在電感三點式振蕩電路中，由于和之間的耦合在電感三點式振蕩電路中，由于和之間的耦合緊密，所以極易起振。但由于反饋電壓取自于電緊密，所以極易起振。但由于反饋電壓取自于

21、電感，它對高次諧波的電抗較大，因而輸出波形中感，它對高次諧波的電抗較大，因而輸出波形中往往含有高次諧波，使得波形較差。往往含有高次諧波，使得波形較差。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換4 4電容反饋式振蕩電路電容反饋式振蕩電路 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 這種電路的特點是把諧振回路的電感分成這種電路的特點是把諧振回路的電感分成C C1 1和和C C2 2兩部分，利用其中之一上的電壓直接作為反饋兩部分，利用其中之一上的電壓直接作為反饋信號。信號。 諧振頻率為諧振頻率為LCf212121CCCCC其中其中 由于電容上的電壓是反饋電壓，所以稱為電容由于電容上的電壓是反饋

22、電壓，所以稱為電容反饋式振蕩電路。又由于選頻網(wǎng)絡中電容和的三反饋式振蕩電路。又由于選頻網(wǎng)絡中電容和的三個端點分別與放大電路的輸出和輸入相連，故又個端點分別與放大電路的輸出和輸入相連，故又稱為電容三點式正弦波振蕩電路。稱為電容三點式正弦波振蕩電路。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 由于反饋電壓取自電容由于反饋電壓取自電容C C2 2，電容短路了高次諧，電容短路了高次諧波，反饋電壓中諧波分量小，故輸出正弦波形較波，反饋電壓中諧波分量小，故輸出正弦波形較好。而且電容好。而且電容C C1 1、C C2 2的容量可以選得較小，并可的容量可以選得較小，并可將管子的極間電容計算到將管子的極間電

23、容計算到C C1 1、C C2 2中去，所以振蕩中去，所以振蕩頻率可達頻率可達100MHz100MHz以上。但管子的極間電容隨溫度以上。但管子的極間電容隨溫度等因素變化，對振蕩頻率有一定的影響，為了減等因素變化，對振蕩頻率有一定的影響，為了減少這種影響，并使電路調節(jié)頻率方便和提高振蕩少這種影響，并使電路調節(jié)頻率方便和提高振蕩頻率的穩(wěn)定性，在電感頻率的穩(wěn)定性，在電感L L支路中串接電容支路中串接電容C C，使諧，使諧振頻率主要由振頻率主要由L L和和C C決定，而決定，而C C1 1和和C C2 2只起分壓作用。只起分壓作用。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換CCCC111121顯然

24、顯然第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換若若1CC 2CC 則則CC 故故電路的振蕩頻率為電路的振蕩頻率為 LCf21即即 取決于電感取決于電感L L和電容和電容C C，與，與C C1 1、C C2 2和管子的和管子的極間電容關系很小，因此振蕩頻率的穩(wěn)定性較極間電容關系很小，因此振蕩頻率的穩(wěn)定性較高高。f5 5三點式振蕩器相位條件的一般判斷法則三點式振蕩器相位條件的一般判斷法則 在選頻元件與三極管連接上，電路具有這樣的特點：在選頻元件與三極管連接上，電路具有這樣的特點：與三極管發(fā)射極相連的兩個元件電抗性質相同，即兩個與三極管發(fā)射極相連的兩個元件電抗性質相同，即兩個元件都是電感或都是電容

25、；另一個與三極管基極和集電元件都是電感或都是電容；另一個與三極管基極和集電極相連的元件，其電抗性質與上述二元件相反。極相連的元件，其電抗性質與上述二元件相反。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 三點式振蕩器通用簡化交流等效電路（在交流三點式振蕩器通用簡化交流等效電路（在交流通路中忽略電阻的作用）通路中忽略電阻的作用）: : 三點式振蕩器相位條件的一般判斷法則：三點式振蕩器相位條件的一般判斷法則： X X1 1和和X X2 2電抗性質相同；電抗性質相同；X X3 3與與X X1 1、X X2 2電抗性質相反電抗性質相反 。第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 通過對三種通過對

26、三種LCLC正弦振蕩器的分析，可以總結歸正弦振蕩器的分析，可以總結歸納出分析振蕩器的具有步驟如下：納出分析振蕩器的具有步驟如下： （1 1）首先檢查電路是否具備正弦振蕩的組成）首先檢查電路是否具備正弦振蕩的組成部分，即有放大電路、反饋網(wǎng)絡和選頻網(wǎng)絡。部分，即有放大電路、反饋網(wǎng)絡和選頻網(wǎng)絡。 （2 2）檢查放大電路的靜態(tài)工作點是否能保證）檢查放大電路的靜態(tài)工作點是否能保證放大器正常工作。放大器正常工作。 （3 3）分析是否滿足振蕩的相位條件和振幅條）分析是否滿足振蕩的相位條件和振幅條件。件。 （4 4）求振蕩頻率和起振條件。）求振蕩頻率和起振條件。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換

27、例例6 61 1 圖示為一實際振蕩器電路，試畫出它的圖示為一實際振蕩器電路，試畫出它的簡化交流等效電路，指出它屬于哪種類型的振蕩簡化交流等效電路，指出它屬于哪種類型的振蕩器，并計算振蕩頻率。器，并計算振蕩頻率。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換解解 由直流通路可以分析判斷電路的靜態(tài)工作點。由直流通路可以分析判斷電路的靜態(tài)工作點。由于電感在直流通路中短路，所以在三極管基極由于電感在直流通路中短路，所以在三極管基極接入了接入了10 10 的電容，起隔直作用。的電容，起隔直作用。F 由簡化交流等效電路可以判斷，它屬于電容由簡化交流等效電路可以判斷，它屬于電容三點式振蕩器三點式振蕩器。)(

28、10102130HzCCCCLf振蕩頻率振蕩頻率 為為第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換6.1.4 6.1.4 石英晶體正弦波發(fā)生電路石英晶體正弦波發(fā)生電路 1.1.石英晶體的特性、符號及等效電路石英晶體的特性、符號及等效電路 （1 1）壓電效位）壓電效位 若在石英晶片的兩個電極上，加上交變電壓，石英晶若在石英晶片的兩個電極上，加上交變電壓，石英晶片將交替出現(xiàn)壓縮和膨脹，從而產(chǎn)生機械振動，同時伴片將交替出現(xiàn)壓縮和膨脹，從而產(chǎn)生機械振動，同時伴隨著產(chǎn)生交變電場，這種機械振動的幅度一般較小，伴隨著產(chǎn)生交變電場，這種機械振動的幅度一般較小，伴隨產(chǎn)生的交變電場也較弱。當外加交變電壓的頻率等于

29、隨產(chǎn)生的交變電場也較弱。當外加交變電壓的頻率等于石英晶片的固有頻率時，機械振動的幅度和伴隨產(chǎn)生的石英晶片的固有頻率時，機械振動的幅度和伴隨產(chǎn)生的交變電場的強度急劇增大，比其他頻率下的振幅大得多，交變電場的強度急劇增大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。它與這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。它與LCLC回路的諧振現(xiàn)象十分相回路的諧振現(xiàn)象十分相似，石英晶體振蕩器就是利用了這種壓電諧振的特性。似，石英晶體振蕩器就是利用了這種壓電諧振的特性。上述特定的頻率稱為晶體的固有頻率或諧振頻率。上述特定的頻率稱為晶體的固有頻率或諧振頻率。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換（2 2）符號及等效電路符

30、號及等效電路石英晶體諧振器有兩個諧振頻率，當石英晶體諧振器有兩個諧振頻率，當LCRLCR串聯(lián)支路串聯(lián)支路諧振時，諧振電路的阻抗為最小，等于諧振時，諧振電路的阻抗為最小，等于R R，諧振頻，諧振頻率為：率為： 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 當當LCRLCR串聯(lián)支路諧振時，諧振電路的阻抗為最串聯(lián)支路諧振時，諧振電路的阻抗為最小，等于小，等于R R，諧振頻率為：，諧振頻率為：LCfs21 當頻率高于時，當頻率高于時，L L、C C、R R支路呈感性，可與電支路呈感性，可與電容容C C0 0發(fā)生并聯(lián)諧振，并聯(lián)諧振頻率為：發(fā)生并聯(lián)諧振，并聯(lián)諧振頻率為： 000121CCfCCCCLfsp

31、 石英晶體諧振器有兩個諧振頻率。石英晶體諧振器有兩個諧振頻率。由于由于 ，因此，因此 和和 非常接近。非常接近。 0CC sfpf第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 根據(jù)石英晶體的等效電路，可定性畫出忽略根據(jù)石英晶體的等效電路，可定性畫出忽略R R以后的電抗以后的電抗- -頻率特性。當頻率頻率特性。當頻率 在在 之間時，之間時，等效電路呈電感性；頻率等效電路呈電感性；頻率 在在 和和 時，等效電時，等效電路呈電阻性；其余頻率下等效電路呈容性。路呈電阻性；其余頻率下等效電路呈容性。 fsfpffsfpf 可在石英晶體兩端并聯(lián)一個電容器，通過調節(jié)可在石英晶體兩端并聯(lián)一個電容器，通過調節(jié)其

32、大小實現(xiàn)頻率微調。但其容量不能過大，否則其大小實現(xiàn)頻率微調。但其容量不能過大，否則Q Q值太小。一般石英晶體諧振器的產(chǎn)品外殼上所值太小。一般石英晶體諧振器的產(chǎn)品外殼上所標的頻率是指并聯(lián)負載電容（如標的頻率是指并聯(lián)負載電容（如3030pFpF）時的并聯(lián)）時的并聯(lián)諧振頻率。諧振頻率。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換2.2.石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路 石英晶體振蕩電路的基本形式有兩類：一類是并聯(lián)型石英晶體振蕩電路的基本形式有兩類：一類是并聯(lián)型晶體振蕩電路，它是利用晶體作為一個高晶體振蕩電路，它是利用晶體作為一個高Q Q值的電感組成值的電感組成振蕩電路。另一類是串聯(lián)型晶體振蕩電路，

33、它是利用晶振蕩電路。另一類是串聯(lián)型晶體振蕩電路，它是利用晶體工作在時阻抗最小的特點組成振蕩電路。體工作在時阻抗最小的特點組成振蕩電路。 (1)(1)并聯(lián)型晶體振蕩電路并聯(lián)型晶體振蕩電路 利用石英晶體的利用石英晶體的電感區(qū)，將其等效電感區(qū)，將其等效為電感，采用電容為電感，采用電容反饋式電路，就構反饋式電路，就構成石英晶體并聯(lián)型成石英晶體并聯(lián)型晶體振蕩電路晶體振蕩電路 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換由于外接電容由于外接電容C C1 1和和C C2 2并聯(lián)在石英晶體的并聯(lián)在石英晶體的C C0 0上，總電上，總電容容212100CCCCCC 振蕩頻率為振蕩頻率為 00021CCCCLfC

34、C 0spfff0由于由于 振蕩頻率在石英晶體的串聯(lián)諧振頻率振蕩頻率在石英晶體的串聯(lián)諧振頻率 和并聯(lián)和并聯(lián)諧振頻率諧振頻率 之間。之間。 sfpf所以所以第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換(2)(2)串聯(lián)型晶體振蕩電路串聯(lián)型晶體振蕩電路 只有在石英晶體呈純阻性，即產(chǎn)生串聯(lián)諧振時，只有在石英晶體呈純阻性，即產(chǎn)生串聯(lián)諧振時，反饋電壓才與輸入電壓同相，電路才滿足正弦波反饋電壓才與輸入電壓同相，電路才滿足正弦波振蕩的相位平衡條件。振蕩的相位平衡條件。 電路的振蕩頻率為石英晶體的串聯(lián)諧振頻率電路的振蕩頻率為石英晶體的串聯(lián)諧振頻率 。 sf第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換6.2 非正

35、弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路 6.2.1 6.2.1 矩形波發(fā)生電路矩形波發(fā)生電路 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換滯回比較器，滯回比較器，當當 時，時， ； 當當 時，時， 。NuuZoUuNuuZoUu 的閾值電壓為的閾值電壓為 )(CIuuZTURRRU211 設某一時刻設某一時刻 ，則，則 。 通過通過 對電容對電容C C正向充正向充電。電。 隨時間隨時間t t增長而逐漸升高；一旦增長而逐漸升高；一旦 過過 , , 就從就從 躍躍變?yōu)樽優(yōu)?，與此同時，與此同時 從從 躍變?yōu)檐S變?yōu)?。隨后，。隨后， 又通過對又通過對電容電容C C反相充電。反相充電。 隨時間隨時間t t增長而

36、逐漸降低；一旦增長而逐漸降低；一旦 過過 ， 就從就從 躍變?yōu)檐S變?yōu)?，與此同時，與此同時 從從 躍變?yōu)檐S變?yōu)?，電容又，電容又開始正向充電。上述過程周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。開始正向充電。上述過程周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。 ZoUuTPUuOufRNuNuTUOuZUZUPuTUTUOuNuNuTUOuZUZUPuTUTU第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 由于電路中電容正向充電與反向充電的時間常由于電路中電容正向充電與反向充電的時間常數(shù)均為數(shù)均為RCRC，而且充電的總幅值也相等。輸出為方，而且充電的總幅值也相等。輸出為方波。矩形波的寬度與周期波。矩形波的寬度與周期T T之

37、比稱為占空比，方波之比稱為占空比，方波的占空比為的占空比為50%50%。 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換利用一階利用一階RCRC電路的三要素法電路的三要素法 ，可求得，可求得振蕩周期振蕩周期 )21ln(221RRCRTf振蕩頻率振蕩頻率 Tf1 通過以上分析可知，調整電阻通過以上分析可知，調整電阻 、 、 和和電容電容C C的數(shù)值可以改變電路的振蕩頻率，另外調的數(shù)值可以改變電路的振蕩頻率，另外調整電壓比較器的電路參數(shù)整電壓比較器的電路參數(shù) 、 和穩(wěn)壓管的穩(wěn)和穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值壓值 可以改變方波發(fā)生電路的振蕩幅值?？梢愿淖兎讲òl(fā)生電路的振蕩幅值。 1R1R2R2RfRZU第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 2. 2. 矩形波發(fā)生電路矩形波發(fā)生電路 第第6 6章章 信號產(chǎn)生與變換信號產(chǎn)生與變換 電路中，若忽略二極管電路中，若忽略二極管D D1 1和和D D2 2的導通電阻，則的導通電阻，則電容電容C C充電回路的電阻為（充電回路的電阻為（ ），而放電回路），而放電回路的電阻為（的電阻為（ ）。）。 1WfRR 2WfRR 電容充電的時間電容充電的時間 )21ln()(2111RRCRRTWf電容放電的時間電容放電的時間 )21ln()(2122RRCRRTWf第第6 6章章