模擬電子技術項目化教程（第2版）課件 項目4 函數信號發(fā)生器

振蕩產生的基本原理振蕩產生的基本原理“振蕩”（Oscillation），顧名思義其實就是指“往復運動”的意思。在電子學領域，電壓、電流的來回波動，我們熟悉的正弦波就是一種振蕩。微弱的電擾動中，某一頻率成分的正弦波通過放大器放大輸出，輸出量再通過反饋網絡輸出，又作為放大器的輸入，如此往復，進而產生正弦振蕩。放大器反饋網絡Ui?Au?Fu?Uo?Uf?RLS振蕩產生的基本原理fidXXX-=負反饋框圖在低頻段，因為耦合電容、旁路電容的存在，AF將產生超前相移；在高頻段，因為半導體元件極間電容的存在，AF將產生滯后相移；當某一頻率的信號使AF的附加相移為180o時，從而使凈輸人量變?yōu)閒idXXX+=振蕩產生的基本原理fidXXX+=正反饋框圖只有正反饋電路才能產生自激振蕩。由于半導體器件的非線性特性，電路最終會達到動態(tài)平衡，即反饋信號維持著輸出信號，而輸出信號又維持著反饋信號，它們互相依存，則稱電路產生了自激振蕩，這也是振蕩產生基本原理。結論：振蕩的起振與穩(wěn)幅條件主講：許林振蕩的起振與穩(wěn)幅條件無外加信號，輸出一定頻率一定幅值的信號。與負反饋放大電路的振蕩的不同之處：在正弦波振蕩電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。在電擾動下，對于某一特定頻率f0的信號形成正反饋：

由于半導體器件的非線性特性及供電電源的限制，最終達到動態(tài)平衡，穩(wěn)定在一定的幅值。。正弦波振蕩的條件振蕩的起振與穩(wěn)幅條件

一旦產生穩(wěn)定的振蕩，則電路的輸出量自維持，即幅值平衡條件相位平衡條件起振條件

要產生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的f0，且在合閘通電時，對于f=f0信號有從小到大直至穩(wěn)幅的過程，即滿足起振條件。振蕩的起振與穩(wěn)幅條件電路如何從起振到穩(wěn)幅？穩(wěn)定的振幅非線性環(huán)節(jié)的必要性！謝謝！RC串并聯(lián)選頻網絡主講：許林RC串并聯(lián)選頻網絡1.RC串并聯(lián)選頻網絡低頻段高頻段

在頻率從0～∞中必有一個頻率f0，φF＝0o。RC串并聯(lián)選頻網絡2.RC串并聯(lián)選頻網絡的頻率響應當f=f0時，不但φ=0，且最大，為1/3。謝謝！RC橋式振蕩電路主講：許林RC橋式振蕩電路RC串并聯(lián)網絡同相比例運算電路1、電路組成2、RC串并聯(lián)網絡RC橋式振蕩電路RC橋式振蕩電路3、RC文氏橋正弦波振蕩電路工作原理RC橋式振蕩電路4、熱敏電阻穩(wěn)幅電路RC橋式振蕩電路5、二極管穩(wěn)幅電路謝謝！LC諧振回路的頻率特性主講：許林LC諧振回路的頻率特性1.LC并聯(lián)的頻率響應品質因數實部虛部諧振時呈純阻性L的等效損耗電阻LC諧振回路的頻率特性幅頻特性相頻特性結論：謝謝！變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路主講：許林變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路分析電路是否可能產生正弦波振蕩的步驟：是否存在四個組成部分2)放大電路是否能正常工作3)是否滿足相位條件4)是否可能滿足幅值條件變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路步驟1

：是否存在四個組成部分？放大電路選頻網絡正反饋網絡非線性環(huán)節(jié)變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路步驟2：放大電路是否能正常工作？圖中放大電路是典型的三極管靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路；電路的交流通路如下圖所示，交流信號傳遞過程中無開路或短路現(xiàn)象，電路可以正常放大。變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路步驟3：是否滿足相位條件？相位條件的判斷方法：瞬時極性法變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路在多數正弦波振蕩電路中，輸出量、凈輸入量和反饋量均為電壓量。斷開反饋，在斷開處給放大電路加f＝f0的信號Ui，且規(guī)定其極性，然后判斷Uf與Ui極性是否相同？Ui的極性若Uf與Ui極性相同，則電路可能產生自激振蕩，否則電路不可能產生自激振蕩相位條件的判斷方法：瞬時極性法極性？→Uo的極性→Uf的極性變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路問題？C1是必要的嗎？為什么用分離元件放大電路？必須有合適的同名端！特點：

易振，波形較好；耦合不緊密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。

為使N1、N2耦合緊密，將它們合二為一，組成電感反饋式電路。謝謝！電感三點式振蕩電路主講：許林電感三點式振蕩電路變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路特點：易振，波形較好；耦合不緊密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。電感反饋式電路電感三點式振蕩電路1、電路結構克服變壓器反饋式振蕩電路中變壓器一次線圈和二次線圈耦合不緊密的缺點。將N1和N2合并為一個線圈。將線圈N1接電源的一端和N2接地的一端相連，作為中間抽頭。增強諧振效果將電容C跨接在整個線圈兩端。電感三點式振蕩電路分析電路是否可能產生正弦波振蕩的步驟：是否存在四個組成部分2)放大電路是否能正常工作3)是否滿足相位條件4)是否可能滿足幅值條件2、正弦波振蕩電路的判斷電感三點式振蕩電路步驟1

：是否存在四個組成部分？放大電路選頻網絡正反饋網絡非線性環(huán)節(jié)電路中包含放大電路、選頻網絡、正反饋網絡，并用晶體管的非線性特性所實現(xiàn)的穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四部分。2、正弦波振蕩電路的判斷電感三點式振蕩電路步驟2：放大電路是否能正常工作？圖中放大電路也是典型的三極管靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路；電路的交流通路如下圖所示，交流信號傳遞過程中無開路或短路現(xiàn)象，電路可以正常放大。

電感的三個抽頭分別接晶體管的三個極，故也稱之為電感三點式振蕩電路。2、正弦波振蕩電路的判斷電感三點式振蕩電路步驟3：是否滿足相位條件？反饋是否為正反饋相位條件的判斷方法：瞬時極性法2、正弦波振蕩電路的判斷電感三點式振蕩電路相位條件的判斷方法：瞬時極性法斷開反饋，在斷開處給放大電路加f＝f0的信號Ui，并且規(guī)定其極性，然后判斷Uf與Ui極性是否相同？若Uf與Ui極性相同，則電路可能產生自激振蕩，否則電路不可能產生自激振蕩特點：耦合緊密，易振，振幅大，C用可調電容可獲得較寬范圍的振蕩頻率。波形較差，常含有高次諧波。謝謝！電容三點式振蕩電路主講：許林電容三點式振蕩電路1、電路結構為獲得較好的輸出電壓波形，將電感反饋式振蕩電路改進為電容反饋式。電感反饋式振蕩電路電容反饋式振蕩電路增加集電極電阻RC電感換成電容電容換成電感兩個電容的公共端接地電容三點式振蕩電路2、正弦波振蕩電路的判斷分析電路是否可能產生正弦波振蕩的步驟：是否存在四個組成部分2)放大電路是否能正常工作3)是否滿足相位條件4)是否可能滿足幅值條件電容三點式振蕩電路步驟1

：是否存在四個組成部分？放大電路選頻網絡正反饋網絡非線性環(huán)節(jié)電路中包含放大電路、選頻網絡、正反饋網絡，并用晶體管的非線性特性所實現(xiàn)的穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四部分。2、正弦波振蕩電路的判斷電容三點式振蕩電路步驟2：放大電路是否能正常工作？圖中放大電路也是典型的三極管靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路；電路的交流通路如下圖所示，交流信號傳遞過程中無開路或短路現(xiàn)象，電路可以正常放大。

電容的三個端分別接晶體管的三個極，故也稱之為電容三點式振蕩電路。2、正弦波振蕩電路的判斷電容三點式振蕩電路步驟3：是否滿足相位條件？反饋是否為正反饋相位條件的判斷方法：瞬時極性法2、正弦波振蕩電路的判斷電容三點式振蕩電路

若要振蕩頻率高，則L、C1、C2的取值就要小。當電容減小到一定程度時，晶體管的極間電容將并聯(lián)在C1和C2上，影響振蕩頻率。特點：波形好，振蕩頻率調整范圍小，適于頻率固定的場合。與放大電路參數無關作用？2、正弦波振蕩電路的判斷謝謝！石英晶體振蕩電路主講：許林石英晶體振蕩電路將二氧化硅（SiO2）結晶體，并按一定方向切割成很薄的晶片，再將晶片兩個對應的表面拋光和涂敷銀層，并在兩個極引出引腳，加以封裝，就構成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體。1、石英晶體諧振器晶片涂銀層引腳引腳對于振蕩頻率的穩(wěn)定性要求高的電路，應選用石英晶體作為選頻網絡。石英晶體諧振器具有非常穩(wěn)定的固有頻率結構符號石英晶體振蕩電路2、壓電效應與壓電振蕩在石英晶體的兩個引腳加交變電場時，它將會產生一定頻率的機械變形，而這種振動又會產生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應。一般情況下，機械振動的振幅非常小，交變電場的振幅也非常小。當交變電場的頻率為某一特定頻率時，機械振動的振幅驟然增大產生共振，稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱為諧振頻率。固有頻率只決定于其幾何尺寸，故非常穩(wěn)定。石英晶體振蕩電路3、石英晶體等效電路機械振動的慣性等效為電感L其值約為幾毫亨到幾十毫享晶片的彈性等效為電容C?！捌渲祪H為0.01~0.1pF，因此

C<<C0晶片的摩擦損耗等效為電阻R。其值約為100Ω，理想情況下R=0。當石英晶體不振動時，可等效為一個平板電容C0其值決定于晶片的幾何尺寸和電極面積，一般約為幾皮法到幾十皮法靜態(tài)等效動態(tài)等效石英晶體振蕩電路4、振蕩頻率L、C、R構成LC串聯(lián)諧振網絡，串聯(lián)諧振頻率：當f<fs時，電容C起主導作用，支路呈容性;當f=fs時，電路呈純阻性，等效電阻為R；當f>fs時，電感L起主導作用，支路呈感性。石英晶體振蕩電路L、C、R支路呈感性（即f>fs）時，整體構成LC并聯(lián)諧振網絡。并聯(lián)諧振頻率為：顯然fp>fs，但由于C<C0，所以fp≈fs，①當f<fs時，C和C0起主導作用，石英晶體呈容性；②當f=fs時，R和C0并聯(lián)，由于R<<ωsC0，石英晶體呈純阻性；③當fs<f<fp時，石英晶體呈感性；④當f=fp時，石英晶體呈純阻性，等效電阻非常大；③當f>fp時，石英晶體呈容性。4、振蕩頻率石英晶體振蕩電路當R=0時，石英晶體電抗的頻率特性如下圖所示：串聯(lián)諧振頻率fs為：串聯(lián)諧振時，石英晶體的阻抗為零。并聯(lián)諧振頻率fp為:只有在fs<f<fp

的情況下，石英晶體才呈感性；且C和C0的容量相差越懸殊，fs和fp越接近，石英晶體呈感性的頻帶越狹窄。并聯(lián)諧振時，石英晶體的阻抗無窮大。4、振蕩頻率石英晶體振蕩電路5、選頻特性用品質因素和振蕩頻率穩(wěn)定度△f/f0來描述選頻網絡的選頻特性。品質因素Q石英晶體的C和R的數值很小，L的數值很大，所以Q值高達104~106。最好的LC振蕩電路，Q值只能達到幾百。振蕩頻率穩(wěn)定度石英晶體振蕩頻率幾乎僅決定于晶片的尺寸，所以其穩(wěn)定度可達10-8~10-6，一些產品甚至高達10-11～10-10。最好的LC振蕩電路，振蕩頻率穩(wěn)定度只能達到10-5。石英晶體的選頻特性是其他選頻網絡無法比擬的。石英晶體振蕩電路①石英晶體工作在哪個區(qū)？6、并聯(lián)型應用型電路②是哪種典型的正弦波振蕩電路？fs<f<fp電容三點式正弦波振蕩電路石英晶體振蕩電路①石英晶體工作在哪個區(qū)？7、串聯(lián)型應用型電路②兩級放大電路分別為哪種基本接法？f=fs前一級是共基極放大電路后一級是共集電極放大電路謝謝！矩形波信號發(fā)生電路主講：許林矩形波信號發(fā)生電路

輸出無穩(wěn)態(tài)，有兩個暫態(tài)；若輸出為高電平時定義為第一暫態(tài)，則輸出為低電平為第二暫態(tài)。1.基本組成部分（1）開關電路：輸出只有高電平和低電平兩種情況，，即兩種暫態(tài)；因而采用電壓比較器。（2）延遲環(huán)節(jié)：使得兩個暫態(tài)均維持一定的時間，即利用RC環(huán)節(jié)實現(xiàn)，決定振蕩頻率。（2）反饋網絡：在輸出為某一狀態(tài)時孕育翻轉成另一狀態(tài)的條件，即電路的輸出反饋到電路的輸入，從而控制輸出狀態(tài)的轉換。矩形波信號發(fā)生電路2.工作過程正向充電：

uO（+UZ）→R→C→地反向充電：地→C→R

→uO（－UZ）RC回路滯回比較器矩形波信號發(fā)生電路3.工作原理：分析方法方法一：

設電路已振蕩，且在某一暫態(tài)，看是否能自動翻轉為另一暫態(tài)，并能再回到原暫態(tài)。方法二：

電路合閘通電，分析電路是否有兩個暫態(tài)，而無穩(wěn)態(tài)。

設合閘通電時，電容上電壓為0，uO上升，則產生正反饋過程為：

uO↑→uP↑→uO↑↑，直至uO＝UZ，uP＝+UT，第一暫態(tài)。矩形波信號發(fā)生電路

電容正向充電，t↑→uN↑，t→∞，uN→UZ；但當uN＝+UT時，再增大，uO從+UZ躍變?yōu)?UZ，uP＝－UT，電路進入第二暫態(tài)。

電容反向充電，t↑→uN↓，t→∞，uN→-UZ；但當uN＝－UT時，再減小，uO從-UZ躍變?yōu)?UZ，uP＝+UT，電路返回第一暫態(tài)。第一暫態(tài)：uO＝UZ，uP＝+UT。3.工作原理：分析矩形波信號發(fā)生電路脈沖寬度4.波形分析根據電路求解三要素法，即知道起始值、終止值、時間常數，可求出矩形波信號發(fā)生電路

正向充電和反向充電時間常數可調，占空比就可調。5.占空比可調電路為了占空比調節(jié)范圍大，R3應如何取值？謝謝！三角波發(fā)生電路主講：許林三角波發(fā)生電路

1.電路組成用積分運算電路可將方波變?yōu)槿遣?。實際電路將兩個RC環(huán)節(jié)合二為一為什么采用同相輸入的滯回比較器？uO要取代uC，必須改變輸入端。集成運放應用電路的分析方法：化整為零（分塊），分析功能（每塊），統(tǒng)觀整體，性能估算兩個RC環(huán)節(jié)三角波發(fā)生電路滯回比較器積分運算電路求滯回比較器的電壓傳輸特性：

UOH

=

-UOL=UZuI作用于集成運放的同向輸入端，由疊加定理：

2.電路工作原理三角波發(fā)生電路合閘通電，通常C上電壓為0。設uO1↑→uP1↑→uO1↑↑，直至uO1

＝UZ（第一暫態(tài)）；積分電路反向積分，t↑→uO↓，一旦uO過－UT，uO1從＋UZ躍變?yōu)椋璘Z（第二暫態(tài)）

。積分電路正向積分，t↑→uO↑，一旦uO過＋UT，uO1從－UZ躍變?yōu)椋玌Z，返回第一暫態(tài)。重復上述過程，產生周期性的變化，即振蕩。

2.電路工作原理三角波發(fā)生電路3.波形分析

如何調整三角波的幅值和頻率？謝謝！鋸齒波發(fā)生電路鋸齒波發(fā)生電路1、鋸齒波發(fā)生電路鋸齒波發(fā)生電路通過改變積分運算電路正向、反向積分的時間常數，進而改變輸出電壓Uo上升和下降的斜率，獲得鋸齒波。時間常數相等上升斜率=下降斜率上升時間=下降時間時間常數不相等如：上升斜率<<下降斜率則有：上升時間>>下降時s間鋸齒波發(fā)生電路2