各種震蕩電路設(shè)計課件

第9章波形產(chǎn)生與變換電路

9.1正弦波振蕩電路

9.2非正弦波發(fā)生電路第9章波形產(chǎn)生與變換電路1正弦波發(fā)生電路能產(chǎn)生正弦波輸出，它是在放大電路的基礎(chǔ)上加上正反饋而形成的，它是各類波形發(fā)生器和信號源的核心電路。正弦波發(fā)生電路也稱為正弦波振蕩電路或正弦波振蕩器。

9.1.1產(chǎn)生正弦波的條件9.1.2RC正弦波振蕩電路9.1.3LC正弦波振蕩電路9.1正弦波發(fā)生電路正弦波發(fā)生電路能產(chǎn)生正弦波輸出，它是29.1.1產(chǎn)生正弦波的條件一、正弦波發(fā)生電路的組成二、產(chǎn)生正弦波的條件三、起振條件和穩(wěn)幅原理9.1.1產(chǎn)生正弦波的條件一、正弦波發(fā)生電路的組成3一、正弦波發(fā)生電路的組成

為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋，因此放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路的最主要部分。但是，這樣兩部分構(gòu)成的振蕩器一般得不到正弦波，這是由于很難控制正反饋的量。如果正反饋量大，則增幅，輸出幅度越來越大，最后由三極管的非線性限幅，這必然產(chǎn)生非線性失真。反之，如果正反饋量不足，則減幅，可能停振，為此振蕩電路要有一個穩(wěn)幅電路。一、正弦波發(fā)生電路的組成為了產(chǎn)生4

為了獲得單一頻率的正弦波輸出，應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)往往和正反饋網(wǎng)絡(luò)或放大電路合而為一。選頻網(wǎng)絡(luò)由R、C和L、C等電抗性元件組成。正弦波振蕩器的名稱一般由選頻網(wǎng)絡(luò)來命名。正弦波發(fā)生電路的組成放大電路正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅電路為了獲得單一頻率的正弦波輸出，應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)5二、產(chǎn)生正弦波的條件

產(chǎn)生正弦波的條件與負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激的條件十分類似。只不過負(fù)反饋放大電路中是由于信號頻率達到了通頻帶的兩端，產(chǎn)生了足夠的附加相移，從而使負(fù)反饋變成了正反饋。在振蕩電路中加的就是正反饋，振蕩建立后只是一種頻率的信號，無所謂附加相移。二、產(chǎn)生正弦波的條件產(chǎn)生正弦波6

振蕩條件

幅度平衡條件

相位平衡條件

AF=A+

F=2n(a)負(fù)反饋放大電路

(b)正反饋振蕩電路

圖11.01振蕩器的方框圖

比較圖11.01(a)和(b)就可以明顯地看出負(fù)反饋放大電路和正反饋振蕩電路的區(qū)別了。由于振蕩電路的輸入信號，所以

。由于正、負(fù)號的改變振蕩條件AF=A+F=27

振蕩器在剛剛起振時，為了克服電路中的損耗，需要正反饋強一些，即要求這稱為起振條件。三、起振條件和穩(wěn)幅原理既然，起振后就要產(chǎn)生增幅振蕩，需要靠三極管大信號運用時的非線性特性去限制幅度的增加，這樣電路必然產(chǎn)生失真。這就要靠選頻網(wǎng)絡(luò)的作用，選出失真波形的基波分量作為輸出信號，以獲得正弦波輸出。振蕩器在剛剛起振時，為了克服電路中的損耗，需要正反饋8也可以在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的增益，從而達到穩(wěn)幅的目的。這在下面具體的振蕩電路中加以介紹。也可以在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電99.1.2RC正弦波振蕩電路一、RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)二、RC文氏橋振蕩器9.1.2RC正弦波振蕩電路一、RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)10一、RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)

RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電路如圖11.02(a)所示。RC串聯(lián)臂的阻抗用Z1表示，RC并聯(lián)臂的阻抗用Z2表示。其頻率響應(yīng)如下:圖11.02(a)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)一、RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)111)122Cw1RCR1j()1(2121CRCRw-+++=R/j+)Cj/1(2122221112RCCRCRRRww+++=)j1]()Cj/1([222112RCRRRww+++=諧振頻率為:f0=當(dāng)R1=R2，C1=C2時，諧振角頻率和諧振頻率分別為:)]j1/([+)Cj/1()j1/(22211222212CRRRCRRZZZwww+++=+=1)122Cw1RCR1j()1(2121CRCRw-+++12幅頻特性:相頻特性:

當(dāng)f=f0時的反饋系數(shù),且與頻率f0的大小無關(guān)。此時的相角F=0。即改變頻率不會影響反饋系數(shù)和相角，在調(diào)節(jié)諧振頻率的過程中，不會停振，也不會使輸出幅度改變。有關(guān)曲線見圖11.02(b)。幅頻特性:相頻特性:當(dāng)f=13圖11.02(b)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線圖11.02(b)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線14二、RC文氏橋振蕩電路

(1)RC文氏橋振蕩電路的構(gòu)成RC文氏橋振蕩電路如圖11.03所示，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是正反饋網(wǎng)絡(luò)，另外還增加了R3和R4負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。C1、R1和C2、R2正反饋支路與R3、R4負(fù)反饋支路正好構(gòu)成一個橋路，稱為文氏橋。圖11.03RC文氏橋振蕩電路二、RC文氏橋振蕩電路(1)RC文氏橋振蕩電路的15當(dāng)C1=C2、R1=R2時:

為滿足振蕩的幅度條件=1，所以Af≥3。加入R3、R4支路，構(gòu)成串聯(lián)電壓負(fù)反饋。F=0當(dāng)C1=C2、R1=R2時:為滿足振蕩16

(2)

RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過程

RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅作用是靠熱敏電阻R4實現(xiàn)的。R4是正溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)輸出電壓升高，R4上所加的電壓升高，即溫度升高，R4的阻值增加，負(fù)反饋增強，輸出幅度下降。反之輸出幅度增加。若熱敏電阻是負(fù)溫度系數(shù)，應(yīng)放置在R3的位置。見圖11.03。(2)RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過程17(a)穩(wěn)幅電路(b)穩(wěn)幅原理圖圖11.04反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路采用反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路如圖11.04所示。電路的電壓增益為式中

R"p是電位器上半部的電阻值，R'p是電位器下半部的電阻值。R'3=R3//RD，RD是并聯(lián)二極管的等效平均電阻值。當(dāng)Vo大時，二極管支路的交流電流較大，RD較小，Avf較小，于是Vo下降。由圖(b)可看出二極管工作在C、D點所對應(yīng)的等效電阻，小于工作在A、B點所對應(yīng)的等效電阻，所以輸出幅度小。二極管工作在A、B點，電路的增益較大，引起增幅過程。當(dāng)輸出幅度大到一定程度，增益下降，最后達到穩(wěn)定幅度的目的。(a)穩(wěn)幅電路189.1.3LC正弦波振蕩電路

LC正弦波振蕩電路的構(gòu)成與RC正弦波振蕩電路相似，包括有放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路。這里的選頻網(wǎng)絡(luò)是由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成，正反饋網(wǎng)絡(luò)因不同類型的LC正弦波振蕩電路而有所不同。

一、LC并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)二、變壓器反饋LC振蕩器三、電感三點式LC振蕩器9.1.3LC正弦波振蕩電路LC正19一、LC并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)

LC并聯(lián)諧振電路如圖11.05（a）所示。顯然輸出電壓是頻率的函數(shù)：

輸入信號頻率過高，電容的旁路作用加強，輸出減??；反之頻率太低，電感將短路輸出。并聯(lián)諧振曲線如圖11.05（b）所示。

（a）LC并聯(lián)諧振電路圖11.05LC并聯(lián)諧振電路與并聯(lián)諧振曲線

（b）并聯(lián)諧振曲線一、LC并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)LC并聯(lián)20諧振時諧振頻率諧振時電感支路電流或電容支路電流與總電流之比，稱為并聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)考慮電感支路的損耗，用R表示，如圖11.06所示。

圖11.06有損耗的諧振電路諧振時電感支路電流或電容支路電流與總電流之比21

對于圖11.05(b)的諧振曲線，Q值大的曲線較陡較窄，圖中Q1＞Q2。并聯(lián)諧振電路的諧振阻抗諧振時LC并聯(lián)諧振電路相當(dāng)一個電阻。對于圖11.05(b)的諧振曲線，Q值大22二、變壓器反饋LC振蕩電路圖11.07變壓器反饋LC振蕩電路變壓器反饋LC振蕩電路如圖11.07所示。

LC并聯(lián)諧振電路作為三極管的負(fù)載，反饋線圈L2與電感線圈Ｌ相耦合,將反饋信號送入三極管的輸入回路。交換反饋線圈的兩個線頭，可使反饋極性發(fā)生變化。調(diào)整反饋線圈的匝數(shù)可以改變反饋信號的強度，以使正反饋的幅度條件得以滿足。二、變壓器反饋LC振蕩電路圖11.07變壓器反饋LC振蕩電路23

有關(guān)同名端的極性請參閱圖11.08。圖11.08同名端的極性

變壓器反饋LC振蕩電路的振蕩頻率與并聯(lián)LC諧振電路相同，為有關(guān)同名端的極性圖11.08同名端的極性24三、電感三點式LC振蕩器圖11.09為電感三點式LC振蕩電路。電感線圈L1和L2是一個線圈，2點是中間抽頭。如果設(shè)某個瞬間集電極電流減小，線圈上的瞬時極性如圖所示。反饋到發(fā)射極的極性對地為正，圖中三極管是共基極接法，所以使發(fā)射結(jié)的凈輸入減小，集電極電流減小，符合正反饋的相位條件。

圖11.09電感三點式LC振蕩器（CB）圖11.10電感三點式LC振蕩器（CE）圖11.10為另一種電感三點式LC振蕩電路。三、電感三點式LC振蕩器圖11.0925

分析三點式LC振蕩電路常用如下方法，將諧振回路的阻抗折算到三極管的各個電極之間，有Zbe、Zce、Zcb,如圖11.11所示。

圖11.11三點式振蕩器對于圖11.09Zbe是L2、Zce是L1、Zcb是C。可以證明若滿足相位平衡條件，Zbe和Zce必須同性質(zhì)，即同為電容或同為電感，且與Zcb性質(zhì)相反。分析三點式LC振蕩電路常用如下方法，將諧振回路的阻抗26四、電容三點式LC振蕩電路與電感三點式LC振蕩電路類似的有電容三點式LC振蕩電路，見圖11.12。（a）CB組態(tài)（b）CE組態(tài)圖11.12電容三點式LC振蕩電路四、電容三點式LC振蕩電路與電感三點式LC振27例11.1：圖11.13為一個三點式振蕩電路試判斷是否滿足相位平衡條件。(a)(b)圖11.13例題11.1的電路圖例11.1：圖11.13為一個三點式振蕩電路28五、石英晶體LC振蕩電路

利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點，構(gòu)成LC振蕩電路，如圖11.14所示。

(a)串聯(lián)型f0=fs

（b）并聯(lián)型fs<f0<fp

圖11.14石英晶體振蕩電路五、石英晶體LC振蕩電路利用石英晶體的高品質(zhì)因29石英晶體的阻抗頻率特性曲線見圖11.15,圖11.15石英晶體的電抗曲線它有一個串聯(lián)諧振頻率fs,一個并聯(lián)諧振頻率fp，二者十分接近。

對于圖11.15(a)的電路與電感三點式振蕩電路相似。要使反饋信號能傳遞到發(fā)射極，為此石英晶體應(yīng)處于串聯(lián)諧振點，此時晶體的阻抗接近為零。

對于圖11.14(b)的電路，滿足正反饋的條件，為此，石英晶體必須呈電感性才能形成LC并聯(lián)諧振回路，產(chǎn)生振蕩。由于石英晶體的Q值很高，可達到幾千以上，所示電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。石英晶體的圖11.15石英晶體的電抗曲線它有一個串309.2非正弦波發(fā)生電路

9.2.1比較器9.2.2非正弦波發(fā)生電路9.2非正弦波發(fā)生電路9.2.1比較器319.2.1比較器一、固定幅度比較器二、滯回比較器三、窗口比較器四、比較器的應(yīng)用

比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準(zhǔn)電壓相比較的電路。常用的幅度比較電路有電壓幅度比較器、窗口比較器和具有滯回特性的比較器。這些比較器的閾值是固定的，有的只有一個閾值，有的具有兩個閾值。9.2.1比較器一、固定幅度比較器比32

一、固定幅度比較器

(1)過零比較器和電壓幅度比較器

過零電壓比較器是典型的幅度比較電路，它的電路圖和傳輸特性曲線如圖14.01所示。(a)(b)

圖14.01過零電壓比較器(a)電路圖(b)傳輸特性曲線一、固定幅度比較器(1)過零比較器和電壓幅度比較器33

將過零電壓比較器的一個輸入端從接地改接到一個電壓值VREF上,就得到電壓幅度比較器，它的電路圖和傳輸特性曲線如圖14.02所示。

圖14.02固定電壓比較器(a)電路圖(b)傳輸特性曲線將過零電壓比較器的一個輸入端從接地改接到34(2)比較器的基本特點工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。開關(guān)特性，因開環(huán)增益很大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個穩(wěn)定狀態(tài)。非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關(guān)系。(2)比較器的基本特點工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。35二、滯回比較器

從輸出引一個電阻分壓支路到同相輸入端，電路如圖14.03(a)所示。當(dāng)輸入電壓vI從零逐漸增大，且時，，稱為上限閾值(觸發(fā))電平。當(dāng)輸入電壓時，，此時觸發(fā)電平變?yōu)?，稱為下限閾值(觸發(fā))電平。圖14.03(a)滯回比較器電路圖二、滯回比較器從輸出引一個電阻分壓支路到同36

當(dāng)逐漸減小，且以前，始終等于，因此出現(xiàn)如圖14.03(b)所示的滯回特性曲線。回差電壓

：圖14.03滯回比較電路的傳輸特性當(dāng)逐漸減小，且37三、窗口比較器

窗口比較器的電路如圖14.04所示。電路由兩個幅度比較器和一些二極管與電阻構(gòu)成。設(shè)R1=R2，則有：

圖14.04窗口比較器

窗口比較器的電壓傳輸特性如下頁圖14.05所示。三、窗口比較器窗口比較器的電路如圖14.04所38

當(dāng)vI＞VH時，vO1為高電平，D3導(dǎo)通；vO2為低電平,D4截止，vO=vO1。

當(dāng)vI＜VL時，vO2為高電平，D4導(dǎo)通；vO1為低電平，D3截止，vO=vO2。

當(dāng)VH

＞vI＞VL時，vO1為低電平，vO2為低電平，D3、D4截止，vO為低電平。

圖14.05窗口比較器的傳輸特性信號的電位水平高于某規(guī)定值VH的情況，相當(dāng)比較電路正飽和輸出。

信號的電位水平低于某規(guī)定值VL的情況，相當(dāng)比較電路負(fù)飽和輸出。該比較器有兩個閾值，傳輸特性曲線呈窗口狀，故稱為窗口比較器。當(dāng)vI＞VH時，vO1為高電平，D3導(dǎo)通；vO239四、比較器的應(yīng)用

比較器主要用來對輸入波形進行整形，可以將不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出,其原理圖如圖14.06所示。(a)正弦波變換為矩形波(b)有干擾正弦波變換為方波圖14.06用比較器實現(xiàn)波形變換四、比較器的應(yīng)用比較器主要用來對輸入波形進行整40一、方波發(fā)生電路二、三角波發(fā)生電路三、鋸齒波發(fā)生電路

9.2.2非正弦波發(fā)生電路一、方波發(fā)生電路9.2.2非正弦波發(fā)生電路41

一、方波發(fā)生電路

方波發(fā)生電路是由滯回比較電路和RC定時電路構(gòu)成的，電路如圖14.07所示。(1)工作原理電源剛接通時,設(shè)

電容C充電，升高。參閱圖14.08。圖14.07方波發(fā)生器一、方波發(fā)生電路方波發(fā)生電路是由滯回比較電路和42

當(dāng)時，，所以電容C放電，下降。

當(dāng)，時，返回初態(tài)。

方波周期Ｔ用過渡過程公式可以方便地求出

圖14.08方波發(fā)生器波形圖當(dāng)43(2)占空比可調(diào)的矩形波電路

顯然為了改變輸出方波的占空比，應(yīng)改變電容器C的充電和放電時間常數(shù)。占空比可調(diào)的矩形波電路見圖14.09。

C充電時，充電電流經(jīng)電位器的上半部、二極管D1、Rf；

C放電時，放電電流經(jīng)Rf、二極管D2、電位器的下半部。

圖14.09占空比可調(diào)方波發(fā)生電路

(2)占空比可調(diào)的矩形波電路顯然為了改變輸出方44占空比為：其中，是電位器中點到上端電阻，是二極管D1的導(dǎo)通電阻。其中，是二極管D2的導(dǎo)通電阻。即改變的中點位置，占空比就可改變。

圖14.08方波發(fā)生器波形圖占空比為：其中，是電位器中點到上端電阻45二、三角波發(fā)生器

三角波發(fā)生器的電路如圖14.10所示。它是由滯回比較器和積分器閉環(huán)組合而成的。積分器的輸出反饋給滯回比較器，作為滯回比較器的。1.當(dāng)vO1=+VZ時,則電容C

充電,同時vO按線性逐漸下降，當(dāng)使A1的VP

略低于VN時，vO1從+VZ跳變?yōu)?VZ。波形圖參閱圖14.11。圖14.10三角波發(fā)生器二、三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器的電路如圖14.462.在vO1=-VZ后，電容C開始放電，vO按線性上升，當(dāng)使A1的VP略大于零時，

vO1從-VZ跳變?yōu)?VZ，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。vO的上升時間和下降時間相等，斜率絕對值也相等，故vO為三角波。圖14.11三角波發(fā)生器的波形３．輸出峰值４．振蕩周期：2.在vO1=-VZ后，電容C開圖14.11三角波發(fā)47

三、鋸齒波發(fā)生器

鋸齒波發(fā)生器的電路如圖14.12所示。顯然，為了獲得鋸齒波，應(yīng)改變積分器的充放電時間常數(shù)。圖中的二極管D和R'將使充電時間常數(shù)減為(R∥R')C，而放電時間常數(shù)仍為RC。

圖14.12鋸齒波發(fā)生器電路圖

鋸齒波電路的輸出波形圖如圖14.13所示。三、鋸齒波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器的電路如圖148

圖14.13鋸齒波發(fā)生器的波形鋸齒波周期可以根據(jù)時間常數(shù)和鋸齒波的幅值求得。鋸齒波的幅值為：

vo1m=|Vz|=vomR2/R1

vom=|Vz|R1/R2于是有圖14.13鋸齒波發(fā)生器的波形鋸齒波周期49第9章波形產(chǎn)生與變換電路

9.1正弦波振蕩電路

9.2非正弦波發(fā)生電路第9章波形產(chǎn)生與變換電路50正弦波發(fā)生電路能產(chǎn)生正弦波輸出，它是在放大電路的基礎(chǔ)上加上正反饋而形成的，它是各類波形發(fā)生器和信號源的核心電路。正弦波發(fā)生電路也稱為正弦波振蕩電路或正弦波振蕩器。

9.1.1產(chǎn)生正弦波的條件9.1.2RC正弦波振蕩電路9.1.3LC正弦波振蕩電路9.1正弦波發(fā)生電路正弦波發(fā)生電路能產(chǎn)生正弦波輸出，它是519.1.1產(chǎn)生正弦波的條件一、正弦波發(fā)生電路的組成二、產(chǎn)生正弦波的條件三、起振條件和穩(wěn)幅原理9.1.1產(chǎn)生正弦波的條件一、正弦波發(fā)生電路的組成52一、正弦波發(fā)生電路的組成

為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋，因此放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路的最主要部分。但是，這樣兩部分構(gòu)成的振蕩器一般得不到正弦波，這是由于很難控制正反饋的量。如果正反饋量大，則增幅，輸出幅度越來越大，最后由三極管的非線性限幅，這必然產(chǎn)生非線性失真。反之，如果正反饋量不足，則減幅，可能停振，為此振蕩電路要有一個穩(wěn)幅電路。一、正弦波發(fā)生電路的組成為了產(chǎn)生53

為了獲得單一頻率的正弦波輸出，應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)往往和正反饋網(wǎng)絡(luò)或放大電路合而為一。選頻網(wǎng)絡(luò)由R、C和L、C等電抗性元件組成。正弦波振蕩器的名稱一般由選頻網(wǎng)絡(luò)來命名。正弦波發(fā)生電路的組成放大電路正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅電路為了獲得單一頻率的正弦波輸出，應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)54二、產(chǎn)生正弦波的條件

產(chǎn)生正弦波的條件與負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激的條件十分類似。只不過負(fù)反饋放大電路中是由于信號頻率達到了通頻帶的兩端，產(chǎn)生了足夠的附加相移，從而使負(fù)反饋變成了正反饋。在振蕩電路中加的就是正反饋，振蕩建立后只是一種頻率的信號，無所謂附加相移。二、產(chǎn)生正弦波的條件產(chǎn)生正弦波55

振蕩條件

幅度平衡條件

相位平衡條件

AF=A+

F=2n(a)負(fù)反饋放大電路

(b)正反饋振蕩電路

圖11.01振蕩器的方框圖

比較圖11.01(a)和(b)就可以明顯地看出負(fù)反饋放大電路和正反饋振蕩電路的區(qū)別了。由于振蕩電路的輸入信號，所以

。由于正、負(fù)號的改變振蕩條件AF=A+F=256

振蕩器在剛剛起振時，為了克服電路中的損耗，需要正反饋強一些，即要求這稱為起振條件。三、起振條件和穩(wěn)幅原理既然，起振后就要產(chǎn)生增幅振蕩，需要靠三極管大信號運用時的非線性特性去限制幅度的增加，這樣電路必然產(chǎn)生失真。這就要靠選頻網(wǎng)絡(luò)的作用，選出失真波形的基波分量作為輸出信號，以獲得正弦波輸出。振蕩器在剛剛起振時，為了克服電路中的損耗，需要正反饋57也可以在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的增益，從而達到穩(wěn)幅的目的。這在下面具體的振蕩電路中加以介紹。也可以在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電589.1.2RC正弦波振蕩電路一、RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)二、RC文氏橋振蕩器9.1.2RC正弦波振蕩電路一、RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)59一、RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)

RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電路如圖11.02(a)所示。RC串聯(lián)臂的阻抗用Z1表示，RC并聯(lián)臂的阻抗用Z2表示。其頻率響應(yīng)如下:圖11.02(a)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)一、RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)601)122Cw1RCR1j()1(2121CRCRw-+++=R/j+)Cj/1(2122221112RCCRCRRRww+++=)j1]()Cj/1([222112RCRRRww+++=諧振頻率為:f0=當(dāng)R1=R2，C1=C2時，諧振角頻率和諧振頻率分別為:)]j1/([+)Cj/1()j1/(22211222212CRRRCRRZZZwww+++=+=1)122Cw1RCR1j()1(2121CRCRw-+++61幅頻特性:相頻特性:

當(dāng)f=f0時的反饋系數(shù),且與頻率f0的大小無關(guān)。此時的相角F=0。即改變頻率不會影響反饋系數(shù)和相角，在調(diào)節(jié)諧振頻率的過程中，不會停振，也不會使輸出幅度改變。有關(guān)曲線見圖11.02(b)。幅頻特性:相頻特性:當(dāng)f=62圖11.02(b)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線圖11.02(b)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線63二、RC文氏橋振蕩電路

(1)RC文氏橋振蕩電路的構(gòu)成RC文氏橋振蕩電路如圖11.03所示，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是正反饋網(wǎng)絡(luò)，另外還增加了R3和R4負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。C1、R1和C2、R2正反饋支路與R3、R4負(fù)反饋支路正好構(gòu)成一個橋路，稱為文氏橋。圖11.03RC文氏橋振蕩電路二、RC文氏橋振蕩電路(1)RC文氏橋振蕩電路的64當(dāng)C1=C2、R1=R2時:

為滿足振蕩的幅度條件=1，所以Af≥3。加入R3、R4支路，構(gòu)成串聯(lián)電壓負(fù)反饋。F=0當(dāng)C1=C2、R1=R2時:為滿足振蕩65

(2)

RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過程

RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅作用是靠熱敏電阻R4實現(xiàn)的。R4是正溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)輸出電壓升高，R4上所加的電壓升高，即溫度升高，R4的阻值增加，負(fù)反饋增強，輸出幅度下降。反之輸出幅度增加。若熱敏電阻是負(fù)溫度系數(shù)，應(yīng)放置在R3的位置。見圖11.03。(2)RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過程66(a)穩(wěn)幅電路(b)穩(wěn)幅原理圖圖11.04反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路采用反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路如圖11.04所示。電路的電壓增益為式中

R"p是電位器上半部的電阻值，R'p是電位器下半部的電阻值。R'3=R3//RD，RD是并聯(lián)二極管的等效平均電阻值。當(dāng)Vo大時，二極管支路的交流電流較大，RD較小，Avf較小，于是Vo下降。由圖(b)可看出二極管工作在C、D點所對應(yīng)的等效電阻，小于工作在A、B點所對應(yīng)的等效電阻，所以輸出幅度小。二極管工作在A、B點，電路的增益較大，引起增幅過程。當(dāng)輸出幅度大到一定程度，增益下降，最后達到穩(wěn)定幅度的目的。(a)穩(wěn)幅電路679.1.3LC正弦波振蕩電路

LC正弦波振蕩電路的構(gòu)成與RC正弦波振蕩電路相似，包括有放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路。這里的選頻網(wǎng)絡(luò)是由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成，正反饋網(wǎng)絡(luò)因不同類型的LC正弦波振蕩電路而有所不同。

一、LC并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)二、變壓器反饋LC振蕩器三、電感三點式LC振蕩器9.1.3LC正弦波振蕩電路LC正68一、LC并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)

LC并聯(lián)諧振電路如圖11.05（a）所示。顯然輸出電壓是頻率的函數(shù)：

輸入信號頻率過高，電容的旁路作用加強，輸出減??；反之頻率太低，電感將短路輸出。并聯(lián)諧振曲線如圖11.05（b）所示。

（a）LC并聯(lián)諧振電路圖11.05LC并聯(lián)諧振電路與并聯(lián)諧振曲線

（b）并聯(lián)諧振曲線一、LC并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)LC并聯(lián)69諧振時諧振頻率諧振時電感支路電流或電容支路電流與總電流之比，稱為并聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)考慮電感支路的損耗，用R表示，如圖11.06所示。

圖11.06有損耗的諧振電路諧振時電感支路電流或電容支路電流與總電流之比70

對于圖11.05(b)的諧振曲線，Q值大的曲線較陡較窄，圖中Q1＞Q2。并聯(lián)諧振電路的諧振阻抗諧振時LC并聯(lián)諧振電路相當(dāng)一個電阻。對于圖11.05(b)的諧振曲線，Q值大71二、變壓器反饋LC振蕩電路圖11.07變壓器反饋LC振蕩電路變壓器反饋LC振蕩電路如圖11.07所示。

LC并聯(lián)諧振電路作為三極管的負(fù)載，反饋線圈L2與電感線圈Ｌ相耦合,將反饋信號送入三極管的輸入回路。交換反饋線圈的兩個線頭，可使反饋極性發(fā)生變化。調(diào)整反饋線圈的匝數(shù)可以改變反饋信號的強度，以使正反饋的幅度條件得以滿足。二、變壓器反饋LC振蕩電路圖11.07變壓器反饋LC振蕩電路72

有關(guān)同名端的極性請參閱圖11.08。圖11.08同名端的極性

變壓器反饋LC振蕩電路的振蕩頻率與并聯(lián)LC諧振電路相同，為有關(guān)同名端的極性圖11.08同名端的極性73三、電感三點式LC振蕩器圖11.09為電感三點式LC振蕩電路。電感線圈L1和L2是一個線圈，2點是中間抽頭。如果設(shè)某個瞬間集電極電流減小，線圈上的瞬時極性如圖所示。反饋到發(fā)射極的極性對地為正，圖中三極管是共基極接法，所以使發(fā)射結(jié)的凈輸入減小，集電極電流減小，符合正反饋的相位條件。

圖11.09電感三點式LC振蕩器（CB）圖11.10電感三點式LC振蕩器（CE）圖11.10為另一種電感三點式LC振蕩電路。三、電感三點式LC振蕩器圖11.0974

分析三點式LC振蕩電路常用如下方法，將諧振回路的阻抗折算到三極管的各個電極之間，有Zbe、Zce、Zcb,如圖11.11所示。

圖11.11三點式振蕩器對于圖11.09Zbe是L2、Zce是L1、Zcb是C。可以證明若滿足相位平衡條件，Zbe和Zce必須同性質(zhì)，即同為電容或同為電感，且與Zcb性質(zhì)相反。分析三點式LC振蕩電路常用如下方法，將諧振回路的阻抗75四、電容三點式LC振蕩電路與電感三點式LC振蕩電路類似的有電容三點式LC振蕩電路，見圖11.12。（a）CB組態(tài)（b）CE組態(tài)圖11.12電容三點式LC振蕩電路四、電容三點式LC振蕩電路與電感三點式LC振76例11.1：圖11.13為一個三點式振蕩電路試判斷是否滿足相位平衡條件。(a)(b)圖11.13例題11.1的電路圖例11.1：圖11.13為一個三點式振蕩電路77五、石英晶體LC振蕩電路

利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點，構(gòu)成LC振蕩電路，如圖11.14所示。

(a)串聯(lián)型f0=fs

（b）并聯(lián)型fs<f0<fp

圖11.14石英晶體振蕩電路五、石英晶體LC振蕩電路利用石英晶體的高品質(zhì)因78石英晶體的阻抗頻率特性曲線見圖11.15,圖11.15石英晶體的電抗曲線它有一個串聯(lián)諧振頻率fs,一個并聯(lián)諧振頻率fp，二者十分接近。

對于圖11.15(a)的電路與電感三點式振蕩電路相似。要使反饋信號能傳遞到發(fā)射極，為此石英晶體應(yīng)處于串聯(lián)諧振點，此時晶體的阻抗接近為零。

對于圖11.14(b)的電路，滿足正反饋的條件，為此，石英晶體必須呈電感性才能形成LC并聯(lián)諧振回路，產(chǎn)生振蕩。由于石英晶體的Q值很高，可達到幾千以上，所示電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。石英晶體的圖11.15石英晶體的電抗曲線它有一個串799.2非正弦波發(fā)生電路

9.2.1比較器9.2.2非正弦波發(fā)生電路9.2非正弦波發(fā)生電路9.2.1比較器809.2.1比較器一、固定幅度比較器二、滯回比較器三、窗口比較器四、比較器的應(yīng)用

比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準(zhǔn)電壓相比較的電路。常用的幅度比較電路有電壓幅度比較器、窗口比較器和具有滯回特性的比較器。這些比較器的閾值是固定的，有的只有一個閾值，有的具有兩個閾值。9.2.1比較器一、固定幅度比較器比81

一、固定幅度比較器

(1)過零比較器和電壓幅度比較器

過零電壓比較器是典型的幅度比較電路，它的電路圖和傳輸特性曲線如圖14.01所示。(a)(b)

圖14.01過零電壓比較器(a)電路圖(b)傳輸特性曲線一、固定幅度比較器(1)過零比較器和電壓幅度比較器82

將過零電壓比較器的一個輸入端從接地改接到一個電壓值VREF上,就得到電壓幅度比較器，它的電路圖和傳輸特性曲線如圖14.02所示。

圖14.02固定電壓比較器(a)電路圖(b)傳輸特性曲線將過零電壓比較器的一個輸入端從接地改接到83(2)比較器的基本特點工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。開關(guān)特性，因開環(huán)增益很大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個穩(wěn)定狀態(tài)。非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關(guān)系。(2)比較器的基本特點工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。84二、滯回比較器

從輸出引一個電阻分壓支路到同相輸入端，電路如圖14.03(a)所示。當(dāng)輸入電壓vI從零逐漸增大，且時，，稱為上限閾值(觸發(fā))電平。當(dāng)輸入電壓時，，此時觸發(fā)電平變?yōu)椋Q為下限閾值(觸發(fā))電平。圖14.03(a)滯回比較器電路圖二、滯回比較器從輸出引一個電阻分壓支路到同85

當(dāng)逐漸減小，且以前，始終等于，因此出現(xiàn)如圖14.03(b)所示的滯回特性曲線?；夭铍妷?/p>

：圖14.03滯回比較電路的傳輸特性當(dāng)逐漸減小，且86三、窗口比較器

窗口比較器的電路如圖14.04所示。電路由兩個幅度比較器和一些二極管與電阻構(gòu)成。設(shè)R1=R2，則有：

圖14.04窗口比較器

窗口比較器的電壓傳輸特性如下頁圖14.05所示。三、窗口比較器窗口比較器的電路如圖14.04所87

當(dāng)vI＞VH時，vO1為高電平，D3導(dǎo)通；vO2為低電平,D4截止，vO=vO1。

當(dāng)vI＜VL時，vO2為高電平，D4導(dǎo)通；vO1為低電平，D3截止，vO=vO2。

當(dāng)VH

＞vI＞VL時，vO1為低電平，vO2為低電平，D3、D4截止，vO為低電平。

圖14.05窗口比較器的傳輸特性信號的電位水平高于某規(guī)定值VH的情況，相當(dāng)比較電路正飽和輸出。

信號的電位水平低于某規(guī)定值VL的情況，相當(dāng)比較電路負(fù)飽和輸出。該比較器有兩個閾值，傳輸特性曲線呈窗口狀，故稱為窗口比較器。