信号产生电路

1、本章主要内容第七章第七章 信号产生电路信号产生电路 本章学习要求第七章第七章 信号产生电路信号产生电路 图图(a)正弦波正弦波(b) 矩形波矩形波在没有输入信号的情况下产生周期性振荡输出信号的在没有输入信号的情况下产生周期性振荡输出信号的电子电路称为信号产生电路，简称为电子电路称为信号产生电路，简称为振荡电路或振荡器振荡电路或振荡器。 根据所产生的波形可以分为根据所产生的波形可以分为正弦波振荡器和非正弦波正弦波振荡器和非正弦波（矩形脉冲、三角波、锯齿波等）振荡器（矩形脉冲、三角波、锯齿波等）振荡器。振荡器既可由。振荡器既可由分立元件、集成运放组成，也可由集成信号发生器组件实分立元件、集成运放组

2、成，也可由集成信号发生器组件实现。现。 第七章第七章 信号产生电路信号产生电路 电警棍电警棍超声波振荡器超声波振荡器电脑无线发射器电脑无线发射器 应应 用用微波炉微波炉无线发射机无线发射机正弦波发生电路正弦波发生电路: :能产生正弦波输出的电路。能产生正弦波输出的电路。组成：在放大电路的基础上加上正反馈组成：在放大电路的基础上加上正反馈 它是各类波形发生器和信号源的核心电路。它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。正弦波振荡器三种类型正弦波振荡器三种类型: :RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路;LC

3、正弦波振荡电路正弦波振荡电路; 石英晶体正弦波振荡电路。石英晶体正弦波振荡电路。iSUU 为正弦交流电压源，当开关为正弦交流电压源，当开关S处在处在位置位置1时，时， ，正弦信号作为放大器的，正弦信号作为放大器的输入信号，经放大器放大后产生输出信输入信号，经放大器放大后产生输出信号号 。 作为反馈网络的输入信号，在反作为反馈网络的输入信号，在反馈网络输出端产生一个反馈信号馈网络输出端产生一个反馈信号 此时，此时，假设开关假设开关S拨向位置拨向位置2，如果，如果 即大即大小相等，极性相同，那么该电路就能维持小相等，极性相同，那么该电路就能维持稳定的输出电压稳定的输出电压 ，因而实现了自激震荡，因

4、而实现了自激震荡sUiSUUoUoUoUfUfiUU放大器放大器uA反馈网络反馈网络uFoUfUiU正弦波振荡电路的原理框图正弦波振荡电路的原理框图sU一、产生正弦波信号振荡的条件一、产生正弦波信号振荡的条件1. 1. 正弦波振荡电路的工作原理正弦波振荡电路的工作原理 正弦波振荡电路是由放大器和反馈网络组成，其原理正弦波振荡电路是由放大器和反馈网络组成，其原理框图如图所示。框图如图所示。 当反馈信号等于放大器的输入信号时，振荡电路的输当反馈信号等于放大器的输入信号时，振荡电路的输出电压不再发生变化，电路达到平衡状态，因此将反馈信出电压不再发生变化，电路达到平衡状态，因此将反馈信号等于放大器的输

5、入信号称为号等于放大器的输入信号称为振荡的平衡条件振荡的平衡条件。另外注意，。另外注意，这里的反馈信号和放大器的输入信号都是复数，所以两者这里的反馈信号和放大器的输入信号都是复数，所以两者相等是指大小相等而且相位也相同。相等是指大小相等而且相位也相同。放大器放大器uA反馈网络反馈网络uFoUfUiU正弦波振荡电路的原理框图正弦波振荡电路的原理框图sU 为了使为了使 为一固定频率为一固定频率的正弦波，要求闭环系统内的正弦波，要求闭环系统内必须含有选频网络来满足必须含有选频网络来满足oU 来实现自激振荡，否来实现自激振荡，否则，是不能产生自激振荡的。则，是不能产生自激振荡的。选频网络可以包含在放大

6、器选频网络可以包含在放大器内，也可在反馈网络内内，也可在反馈网络内.fiUU 综上所述综上所述，在正弦波振荡电路中，一是要反馈信号能够取代输入，在正弦波振荡电路中，一是要反馈信号能够取代输入信号，则电路中必须引入信号，则电路中必须引入正反馈正反馈，即反馈振荡电路是一个将反馈信号，即反馈振荡电路是一个将反馈信号作为输入电压来维持一定输出电压的闭环正反馈系统（无需外加信号作为输入电压来维持一定输出电压的闭环正反馈系统（无需外加信号激发就可以产生输出信号）。二是要有激发就可以产生输出信号）。二是要有选频网络选频网络，用以确定振荡频率；，用以确定振荡频率；振荡环路内任一微弱的电扰动（如接通电源瞬间产生

7、频率丰富的窄脉振荡环路内任一微弱的电扰动（如接通电源瞬间产生频率丰富的窄脉冲，放大器内部的热噪声等）都可作为放大器的初始输入信号，经选冲，放大器内部的热噪声等）都可作为放大器的初始输入信号，经选频网络，将选中的某一频率成分的信号在输出端得到输出，而其他频频网络，将选中的某一频率成分的信号在输出端得到输出，而其他频率成分的信号得到抑制；这一频率成分的信号经放大后，在输出端经率成分的信号得到抑制；这一频率成分的信号经放大后，在输出端经反馈网络反馈到输入端，且信号比前一瞬时要大，再经过放大、反馈，反馈网络反馈到输入端，且信号比前一瞬时要大，再经过放大、反馈，使回送到输入端的信号进一步增大，如此反复，

8、终将使放大器进入非使回送到输入端的信号进一步增大，如此反复，终将使放大器进入非线性区（稳幅环节），放大器增益下降，振荡电路输出幅度越大，增线性区（稳幅环节），放大器增益下降，振荡电路输出幅度越大，增益下降越多（大信号状态下放大电路增益下降），最后当反馈电压正益下降越多（大信号状态下放大电路增益下降），最后当反馈电压正好等于原输入电压时，振荡幅度不再增大，从而进入平衡状态。好等于原输入电压时，振荡幅度不再增大，从而进入平衡状态。2.2.振荡的平衡条件和起振条件振荡的平衡条件和起振条件 1 1）振荡的平衡条件）振荡的平衡条件 由以上的分析可知，振荡的平衡条件包括由以上的分析可知，振荡的平衡条件包括

9、振幅平衡条件振幅平衡条件和相位平衡条件：和相位平衡条件：（1 1）振幅平衡条件（幅度平衡条件）振幅平衡条件（幅度平衡条件）uu1A F 即在振荡闭环正反馈环中，环路总的传输系数应该等于即在振荡闭环正反馈环中，环路总的传输系数应该等于1，使反馈，使反馈电压与输入电压大小相等。电压与输入电压大小相等。 （2 2）相位平衡条件）相位平衡条件af2(0,1,2,)nn即放大器和反馈网络的总相移必须等于即放大器和反馈网络的总相移必须等于 的整数倍，使反馈电压的整数倍，使反馈电压与输入电压相位相同，以保证正反馈。与输入电压相位相同，以保证正反馈。 22 2）振荡的起振条件）振荡的起振条件 为使振荡电路在接

10、通直流电源后能够自动起振，则为使振荡电路在接通直流电源后能够自动起振，则在相位上要求反馈电压与输入电压同相，在幅度上要求在相位上要求反馈电压与输入电压同相，在幅度上要求Uf Ui，因此振荡的起振条件也包括，因此振荡的起振条件也包括相位条件相位条件和和振幅条振幅条件件两个方面，即两个方面，即（1 1）振幅起振条件）振幅起振条件uu1A F （2 2）相位起振条件）相位起振条件af2(0,1,2,)nn 正弦波振荡电路一般包括以下几个基本组成部分正弦波振荡电路一般包括以下几个基本组成部分 放大电路：放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，时电路保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，时电路获

11、得一定幅值的输出信号，实现能量的控制。获得一定幅值的输出信号，实现能量的控制。 正反馈网络：正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反馈信引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反馈信号。号。 选频网络：选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡，确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。即保证电路产生正弦波振荡。 稳幅电路：稳幅电路：也就是非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。也就是非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。 按照选频网络所用元件可将正弦波振荡电路分为以下三类按照选频网络所用元件可将正弦波振荡电路分为以下三类 RC正弦波振荡电路：正弦

12、波振荡电路：振荡频率特别低，一般在振荡频率特别低，一般在1MHz以下；以下； LC正弦波振荡电路：正弦波振荡电路：振荡频率多在振荡频率多在1MHz以上；以上； 石英晶体正弦波振荡电路：石英晶体正弦波振荡电路：可等效为可等效为LC正弦波振荡电路。其特点正弦波振荡电路。其特点是振荡频率特别稳定。是振荡频率特别稳定。3.3.正弦波振荡电路的组成及其分类正弦波振荡电路的组成及其分类 正弦波持续振荡的两个条件是：正弦波持续振荡的两个条件是： 振幅平衡条件（幅值条件）振幅平衡条件（幅值条件）相位平衡条件相位平衡条件 从电路结构上来看，一个振荡电路必须满足从电路结构上来看，一个振荡电路必须满足4个条件：个条

13、件：放大电路放大电路正反馈网络正反馈网络选频网络（只对某一固定频率发生振荡）选频网络（只对某一固定频率发生振荡） 稳幅电路稳幅电路欲使振荡电路自行建立振荡，则必需满足欲使振荡电路自行建立振荡，则必需满足1FA到到的条件1=FA基本结论基本结论uu1A F af2(0,1,2,)nn4正弦波振荡电路的判断方法正弦波振荡电路的判断方法是否满足相位条件，即电路是否为正反馈，只有满足是否满足相位条件，即电路是否为正反馈，只有满足相位条件才有可能振荡；相位条件才有可能振荡；观察电路是否包含了放大电路、正反馈网络、选频网观察电路是否包含了放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅环节四个组成部分；络、稳幅环节四

14、个组成部分；判断放大电路有无放大能力，静态工作点是否合适；判断放大电路有无放大能力，静态工作点是否合适； ，产生振荡，振荡稳定后，产生振荡，振荡稳定后 ， uu1A F ，能振荡，但输出波形明显失真；，能振荡，但输出波形明显失真； ，则不可能振荡；，则不可能振荡；uu1A F uu1A F uu1A F uuA F 分析是否满足幅度条件，检验分析是否满足幅度条件，检验，若，若再加上稳幅环节，振荡稳定输出，且失真小。再加上稳幅环节，振荡稳定输出，且失真小。 采用采用RC选频网络构成的振荡电路称为选频网络构成的振荡电路称为RC振荡电路，它适用于低频振振荡电路，它适用于低频振荡，一般用于生产荡，一般

15、用于生产1Hz1MHz的低频信号。的低频信号。1U2U 由图知：由图知： RC串并联选频网络的传递函数串并联选频网络的传递函数:2u11j 11j j RUCFURRCC 整理得：整理得：u1 13j( ) FRCRC01 RCu0013j()FZ1 为为RC串联电路串联电路Z2 为为RC并联电路并联电路u0013j()F31=12UU则则RC 串并联选频网络的幅频特性和相频特性分别为串并联选频网络的幅频特性和相频特性分别为幅频特性为：幅频特性为：u220013F相频特性为：相频特性为：00farctan3 幅频特性为：幅频特性为：由此可作出由此可作出 的幅频特性和相频特性的曲线图分别为的幅频

16、特性和相频特性的曲线图分别为uF00+90-90由图可见，当由图可见，当 时，时， ，即，即 ， ， 0u13F 2113UUf0输出电压与输入电压同相，且输出最大，所以输出电压与输入电压同相，且输出最大，所以RC串并联串并联网络具有选频特性。网络具有选频特性。由以上分析可知：当由以上分析可知：当 时，时， ，即，即 ，0u13F 2113UU , 因而有因而有f0即，只要即，只要RC串并联选频匹配一个电压放大倍数等于串并联选频匹配一个电压放大倍数等于3（即（即输出电压与输入电压同相，且放大倍数为输出电压与输入电压同相，且放大倍数为3）的放大电路）的放大电路就可以构成正弦波振荡电路，为了满足起

17、振条件，所选放就可以构成正弦波振荡电路，为了满足起振条件，所选放大电路的电压放大倍数应略大于大电路的电压放大倍数应略大于3。u3A 实际上，所选用的放大电路应具有尽可能大的输入电阻实际上，所选用的放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻，以减小放大电路对选频特性的影和尽可能小的输出电阻，以减小放大电路对选频特性的影响，从而使振荡频率几乎仅仅取决于选频网络。因此，通响，从而使振荡频率几乎仅仅取决于选频网络。因此，通常选用引入电压串联负反馈的放大电路，如同相比例运算常选用引入电压串联负反馈的放大电路，如同相比例运算电路。电路。2. RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路 RC桥式正弦

18、波振荡电路如图桥式正弦波振荡电路如图(a)所示，图中集成运放作为放大器；所示，图中集成运放作为放大器；RC串并联网络组成选频网络，同时也作为振荡器的正反馈网络；串并联网络组成选频网络，同时也作为振荡器的正反馈网络；R1、RF组成电压负反馈以起到稳定和改善输出波形的作用。组成电压负反馈以起到稳定和改善输出波形的作用。 从图中可以看出，从图中可以看出，RC串联支路，串联支路，RC并联支路，并联支路，R1支路，支路，RF支路，刚好支路，刚好构成一个文氏电桥的四个臂，运算放构成一个文氏电桥的四个臂，运算放大器的输入端和输出端分别跨接在电大器的输入端和输出端分别跨接在电桥的对角线上，故把这种振荡电路称桥

19、的对角线上，故把这种振荡电路称为为RC桥式振荡电路，也称之为文氏桥桥式振荡电路，也称之为文氏桥式振荡电路，如图（式振荡电路，如图（b）所示。）所示。（b）文氏电桥文氏电桥 （a）RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路 UUidod.热敏电阻热敏电阻2. RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路（1 1）振荡电路工作原理）振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为此时若放大电路的电压增益为 用瞬时极性法判断可知，用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件电路满足相位平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件0f 当当RC1=0时，时，2fan 3=+1=1FuRRA电路可以输

20、出频率为电路可以输出频率为 的正弦波的正弦波RCf21=01=313uu=A F RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波的正弦波采用非线性元件采用非线性元件(2) 稳幅措施稳幅措施4热敏元件热敏元件热敏电阻热敏电阻起振时，起振时，3+1=1FuRRA即即1uuFA热敏电阻的作用热敏电阻的作用oUoI F功耗R F温度R F阻值R3=uA1=uuFA稳幅稳幅1=uuFA21FRR1F2RRRF 不能太大，否则不能太大，否则正弦波将变成方波正弦波将变成方波应使：应使：31=uF3uA例题例题1： 在如图所示的在如图所示的RC桥式正弦波振荡电路

21、中，桥式正弦波振荡电路中， 已知集成已知集成运算放大器的电源电压为运算放大器的电源电压为12 V。 （1） 分析二极管稳幅电分析二极管稳幅电路的稳幅原理；路的稳幅原理； （2）求振荡频率）求振荡频率f0； （3）R2的变化对输出的变化对输出有何影响？有何影响？5.65.6k1010k2.72.7k1010k1010kVD1或者或者VD2正偏导通，正偏导通，解：解：（1 1）起振时，由于）起振时，由于Uo很小，很小，VD1、VD2接近于开路状态接近于开路状态, , VD1、VD2和和R3并联等效电阻近似等于并联等效电阻近似等于R3，此时，此时，23u113RRAR oU电路产生振荡。随着电路产生

22、振荡。随着 的增大，的增大，uAVD1、VD2和和R3并联等效电阻减小，并联等效电阻减小， 随之下降至随之下降至 ，u3A oU幅度趋于稳定。幅度趋于稳定。03611Hz1.59kHz2210 100.01 10fRC，（2）由选频网络可求得振荡频率为）由选频网络可求得振荡频率为会始终有会始终有 ，且，且VD1、VD2失去自动稳幅作用，失去自动稳幅作用，此时会产生严重的限幅失真。综上，为了使电路易起振，此时会产生严重的限幅失真。综上，为了使电路易起振，波形又不严重失真，要求波形又不严重失真，要求R2满足满足2R1- - R3R22R1。（3 3）R2影响输出电压的波形和幅度。为了保证起振，须满

23、足影响输出电压的波形和幅度。为了保证起振，须满足R22R1- - R3, ,若若R2过小，电路会停振；过小，电路会停振；R2略大于略大于2R1- - R3，起振，起振后的输出振荡幅度较小，但输出波形比较好；若后的输出振荡幅度较小，但输出波形比较好；若R2增大，输增大，输出电压幅度跟着增大，失真也增大，当出电压幅度跟着增大，失真也增大，当R22R1时，将时，将u3A 三、三、 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 采用采用LCLC谐振回路作为选频网络的振荡电路称为谐振回路作为选频网络的振荡电路称为LC振荡电振荡电路，它主要用来生产高频正弦振荡信号，一般在路，它主要用来生产高频正弦振荡信号，一般在1M

24、Hz1MHz以上。以上。根据反馈形式的不同，根据反馈形式的不同，LC振荡电路可分为变压器反馈式和振荡电路可分为变压器反馈式和三点式振荡电路。三点式振荡电路。1）LC并联谐振电路并联谐振电路1变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路11rj Lj CZrj Lj CLCLC并联谐振电路如图所示，并联谐振电路如图所示，图中图中r 表示线圈表示线圈L的等效损耗电阻，因为电的等效损耗电阻，因为电容的损耗很小，所以其等效电阻略去。则由容的损耗很小，所以其等效电阻略去。则由图可得图可得LC并联谐振电路的等效阻抗为并联谐振电路的等效阻抗为一般情况有一般情况有Lr，因而有，因而有0011LLCCrZrjL

25、jQC其中，其中， , ,01LCLQrC0为并联谐振频率，为并联谐振频率，Q为并联为并联谐振电路的品质因数，表征并联谐振电路的损耗大小，一般为几谐振电路的品质因数，表征并联谐振电路的损耗大小，一般为几十到几百的范围。十到几百的范围。22001LCrZQ00arctanQ 可得并联谐振电路的阻抗幅频特性和相频特性分别为可得并联谐振电路的阻抗幅频特性和相频特性分别为从图中可以看出，从图中可以看出，=0时，电路产生谐振，时，电路产生谐振， 与与 同相，同相，sIoU00LZZCrsI0oU 幅频特性和相频特性曲线图如图（幅频特性和相频特性曲线图如图（a）（）（b）所示。从图中可以看出，）所示。从图

26、中可以看出，=0时，电路产生谐振，时，电路产生谐振，电路阻抗达到最大值，电路阻抗达到最大值，且为纯电阻，称，且为纯电阻，称称称Z0为谐振电阻。若电流源为谐振电阻。若电流源幅度不变，在幅度不变，在附近改变其频率，则附近改变其频率，则与与Z的频率特性相似。的频率特性相似。（a）幅频特性）幅频特性 （b）相频特性）相频特性 当当 的频率与的频率与LC并联谐振电并联谐振电路的谐振频率相同时，由图可见，路的谐振频率相同时，由图可见，由以上分析可知，并联谐振的本质是电流谐振，并联谐振具有很好的选由以上分析可知，并联谐振的本质是电流谐振，并联谐振具有很好的选频作用。频作用。2） 变压器反馈式振荡电路变压器反

27、馈式振荡电路iUoifofiUUUUUU与反相，由变压器的同名端可知，反馈信号与反相，所以，与是同相的，满足了振荡的相位条件。 变压器反馈式振荡电路原理如图所示。变压器反馈式振荡电路原理如图所示。L、Lf组成变压器，其中组成变压器，其中L为为次侧线圈电感，次侧线圈电感，Lf为反馈线圈电感，用来构成正反馈。为反馈线圈电感，用来构成正反馈。L、C构成并联谐构成并联谐振回路，作为放大器的负载，构成选频放大器。振回路，作为放大器的负载，构成选频放大器。RB1、RB2、UCC和和RE组组成放大器的偏置电路，成放大器的偏置电路，Cb为直接耦合电容，为直接耦合电容，Ce为旁路电容，相对于振荡为旁路电容，相对

28、于振荡频率而言，频率而言，Cb、Ce的容抗可忽略，近似为短路。的容抗可忽略，近似为短路。 由于由于LC回路的选频作用，电路中只有等于谐振频率的信号得到足回路的选频作用，电路中只有等于谐振频率的信号得到足够的放大，只要变压器一、二次间有足够的偶合度，就能满足振荡的够的放大，只要变压器一、二次间有足够的偶合度，就能满足振荡的幅度条件而产生正弦波振荡，其振荡频率决定于幅度条件而产生正弦波振荡，其振荡频率决定于LC并联谐振电路的谐并联谐振电路的谐振频率，即振频率，即012fLC2 2、三点式、三点式LC 振荡电路振荡电路1)1)电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路 电感三点式振荡电路（又称哈特电感三点

29、式振荡电路（又称哈特莱振荡器）如图所示。莱振荡器）如图所示。 三点式三点式LC振荡电路的特点是振荡电路的特点是电路中电路中LC并联谐振回路的三个端子并联谐振回路的三个端子分别与放大器的三个端子相连，分别与放大器的三个端子相连， 故故而称为三点式振荡电路。是另外一而称为三点式振荡电路。是另外一种常用的种常用的LC振荡电路。振荡电路。1)1)电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路 电感三点式振荡电路（又称哈特莱振电感三点式振荡电路（又称哈特莱振荡器）如图所示。三极管荡器）如图所示。三极管V构成共发射极构成共发射极放大电路，电感放大电路，电感L1、L2和电容和电容C构成正反构成正反馈选频网络。谐振回路

30、的三个端点馈选频网络。谐振回路的三个端点1、2、3分别与三极管的三个电极相接，反馈信分别与三极管的三个电极相接，反馈信号取自电感线圈号取自电感线圈L2两端电压，故称为电感两端电压，故称为电感三点式振荡电路，也称电感反馈式振荡电三点式振荡电路，也称电感反馈式振荡电路。路。oifofiUUUUUU 当电路发生谐振时，与反相，反馈信号与反相，所以，与是同相的，在振荡频率上构成正反馈，满足了振荡的相位条件。振荡频率为01211222fLCLLM C其中，M为线圈之间的互感系数。电感三点式振荡电路的优点是起振容易，因为电感三点式振荡电路的优点是起振容易，因为L1、L2之间偶合很紧，正之间偶合很紧，正反馈

31、较强的缘故。此外，改变回路电容可调节振荡信号频率。由于反馈反馈较强的缘故。此外，改变回路电容可调节振荡信号频率。由于反馈信号取自电感信号取自电感L2两端，对高次偕波呈现高阻抗，两端，对高次偕波呈现高阻抗， 故不能抑制高次偕波的故不能抑制高次偕波的反馈，因此振荡电路输出信号中的高次偕波较多，信号波形较差。反馈，因此振荡电路输出信号中的高次偕波较多，信号波形较差。2）电容三点式振荡电路）电容三点式振荡电路 电容三点式振荡电路又称考皮兹振电容三点式振荡电路又称考皮兹振荡电路，其电路原理如图所示。电容荡电路，其电路原理如图所示。电容C1、C2和电感和电感L构成构成 正反馈选频网络，正反馈选频网络，反馈

32、信号取自电容反馈信号取自电容C2两端，故称为电两端，故称为电容三点式振荡电路，也称电容反馈式容三点式振荡电路，也称电容反馈式振荡电路。由图可知，反馈信号振荡电路。由图可知，反馈信号与输入端电压与输入端电压fUiU同相，满足振荡同相，满足振荡的相位平衡条件，的相位平衡条件，电路的振荡频电路的振荡频率近似等于回路的谐振频率，即率近似等于回路的谐振频率，即012121122fLCC CLCC 电容三点式振荡电路的反馈信号取自电容电容三点式振荡电路的反馈信号取自电容C2两端，因为两端，因为C2对高次偕波对高次偕波呈现较小的容抗，反馈信号中高次偕波的分量小，故电容三点式振荡电呈现较小的容抗，反馈信号中高

33、次偕波的分量小，故电容三点式振荡电路的优点是输出信号波形较好。但当改变路的优点是输出信号波形较好。但当改变C1或或C2来调节振荡频率时，同来调节振荡频率时，同时会改变正反馈量的大小，因而会使输出信号幅度发生变化，甚至可能时会改变正反馈量的大小，因而会使输出信号幅度发生变化，甚至可能会使振荡电路停振。所以该振荡电路的缺点是调节这种振荡电路的振荡会使振荡电路停振。所以该振荡电路的缺点是调节这种振荡电路的振荡频率很不方便，且易停振。频率很不方便，且易停振。3） 改进型电容三点式振荡电路改进型电容三点式振荡电路 改进型电容三点式振荡电路又称可拉改进型电容三点式振荡电路又称可拉波电路，如图所示。与电容三

34、点式振荡波电路，如图所示。与电容三点式振荡电路相比，多了一个容量很小微调电容电路相比，多了一个容量很小微调电容C3。由图可知，谐振电路的总电容为由图可知，谐振电路的总电容为1231111CCCC3123CCCCC 在可拉波电路中，当比、小得多时，此时，电路的振荡频率为031122fLCLC 说明振荡频率仅由说明振荡频率仅由C3和和L来决定，与来决定，与C1、C2基本无关，基本无关，C1、C2仅构成正反馈，它们的容量相对来说可以取得很大，从而仅构成正反馈，它们的容量相对来说可以取得很大，从而减小与之相并联的晶体管输入电容、输出电容的影响，提高减小与之相并联的晶体管输入电容、输出电容的影响，提高了

35、频率的稳定度。了频率的稳定度。四、石英晶体正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路 石英晶体谐振器，简称石英晶体，具有非常稳定的固石英晶体谐振器，简称石英晶体，具有非常稳定的固有频率。在实际应用当中，有的电路要求振荡的频率稳定有频率。在实际应用当中，有的电路要求振荡的频率稳定性高，此时可选用石英晶体作为选频网络。性高，此时可选用石英晶体作为选频网络。 电路符号电路符号1、石英晶体的特点、石英晶体的特点 将二氧化硅（将二氧化硅（SiO2）晶体按一定方向）晶体按一定方向切割成很薄的晶片，再将晶片两个对应的表切割成很薄的晶片，再将晶片两个对应的表面抛光和敷上银层，并作为两个极引出管脚面抛光和敷上银层

36、，并作为两个极引出管脚加以封装，即可构成石英晶体谐振器，其电加以封装，即可构成石英晶体谐振器，其电路符号如图所示。路符号如图所示。（1）压电效应和压电振荡）压电效应和压电振荡 石英晶体因其具有压电效应被用作振荡器。所谓压电效石英晶体因其具有压电效应被用作振荡器。所谓压电效应是指在石英晶体两个管脚加交变电压时，会产生一定频率应是指在石英晶体两个管脚加交变电压时，会产生一定频率的机械变形，这种机械振动又会产生交变电压的现象。结果的机械变形，这种机械振动又会产生交变电压的现象。结果在外电路中形成交变电流。一般情况下，无论是机械振动的在外电路中形成交变电流。一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电

37、压的振幅都非常小；当外加交变电压的频振幅，还是交变电压的振幅都非常小；当外加交变电压的频率等于石英晶片的固有机械振动频率时，晶片发生共振，此率等于石英晶片的固有机械振动频率时，晶片发生共振，此时机械振动幅度最大，石英晶体两边的电荷量和电路中的交时机械振动幅度最大，石英晶体两边的电荷量和电路中的交变电流也最大，产生了类似于回路的谐振现象，此现象称为变电流也最大，产生了类似于回路的谐振现象，此现象称为压电谐振。晶片的固有机械动频率称为谐振频率。压电谐振。晶片的固有机械动频率称为谐振频率。 （2 2）石英晶体的等效电路和振荡频率）石英晶体的等效电路和振荡频率 石英晶体的等效电路如图所示。当石英晶体不

38、振动时，可石英晶体的等效电路如图所示。当石英晶体不振动时，可等效为一平板电容等效为一平板电容C0，称之为静态电容。其值的大小取决于，称之为静态电容。其值的大小取决于晶片的几何尺寸和电极面积，一般情况下大约为几到几十皮晶片的几何尺寸和电极面积，一般情况下大约为几到几十皮法。当晶片振动时，机械振动的效果等效为电感法。当晶片振动时，机械振动的效果等效为电感L，其值约为，其值约为几毫亨到几十亨。晶片的弹性等效为电容几毫亨到几十亨。晶片的弹性等效为电容C，其值仅为，其值仅为 0.01到到0.1pF，因而，因而有有C C0。另外，晶片的摩擦损耗等效为电阻另外，晶片的摩擦损耗等效为电阻R，其值约为其值约为1

39、00，理想情况下，理想情况下R=0。s12fLC等效电路等效电路 当当L、C、R所在支路产生串联谐振时，所在支路产生串联谐振时，该支路呈纯电阻性，其等效电阻为该支路呈纯电阻性，其等效电阻为R，谐振频率为谐振频率为ps000112CffCCCLCCpsff 又又R0 C0，因而可认为此时石英晶体也呈纯电阻性，因而可认为此时石英晶体也呈纯电阻性，其等效电阻仍为其等效电阻仍为R。 当当f fs时，时，C0和和C电抗值较大，起主导作用，石英晶电抗值较大，起主导作用，石英晶体呈容性。体呈容性。 当当f fs时，时，L、C、R所在支路呈感性，与所在支路呈感性，与C0产生并联产生并联谐振，石英晶体又呈纯电阻

40、性，其谐振频率为谐振，石英晶体又呈纯电阻性，其谐振频率为因为因为C C0，所以，所以 当当ffP时，电抗大小主要取决于时，电抗大小主要取决于C0，石英晶体呈容性。，石英晶体呈容性。石英晶体的电抗频率特性如图石英晶体的电抗频率特性如图7-12（c）所示，只有在）所示，只有在 fsffp的情况下，石英晶体才呈感性，的情况下，石英晶体才呈感性，C0和和C相差很大，且相差很大，且fs和和fP很接近，即石英晶体呈感性的频带很窄。很接近，即石英晶体呈感性的频带很窄。1LQRC品质因数为品质因数为（a）电路符号）电路符号（b）等效电路）等效电路 （c）电抗频率特性）电抗频率特性 因为因为C 和和R很小，很小

41、，L很大，此时，很大，此时，Q值高达值高达104106，且振荡频率几，且振荡频率几乎仅取决于晶片的尺寸，所以振荡频率的稳定度乎仅取决于晶片的尺寸，所以振荡频率的稳定度f / f0可达可达10-6 10-8，在某些产品中甚至可达在某些产品中甚至可达10-10 10-11。而即使最好的。而即使最好的LC振荡电路，振荡电路，Q值只值只能达到几百，其振荡频率的稳定度也只能达到能达到几百，其振荡频率的稳定度也只能达到10-5。因此，石英晶体的因此，石英晶体的选频特性是其他选频网络所无法比拟的。选频特性是其他选频网络所无法比拟的。2 2、石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路（1 1）并联型石英晶体

42、正弦波振荡电路）并联型石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路，如图所示。石英晶体正弦波振荡电路，如图所示。 石英晶体作为一个高石英晶体作为一个高Q值的电感值的电感元件，和回路中的其它元件形成并元件，和回路中的其它元件形成并联谐振。即图中联谐振。即图中C1和和C2与石英晶体与石英晶体的的C0并联，总容量大于并联，总容量大于C0，当然远，当然远大于石英晶体的大于石英晶体的C，因而，振荡频率，因而，振荡频率等于石英晶体的并联谐振频率等于石英晶体的并联谐振频率fP。 并联型石英晶体正弦波振荡电路并联型石英晶体正弦波振荡电路（2） 串联型石英晶体正弦波振荡电路串联型石英晶体正弦波振荡电路 在串联型

43、石英晶体正弦波振荡电路中，石英晶体作为一个正反馈在串联型石英晶体正弦波振荡电路中，石英晶体作为一个正反馈通路元件，工作于串联谐振状态。通路元件，工作于串联谐振状态。（3）石英晶体使用注意事项）石英晶体使用注意事项 石英晶体按规定要接一定的负载电容，用来补偿生产过程中晶石英晶体按规定要接一定的负载电容，用来补偿生产过程中晶片的频率误差，以达到标称频率。使用时因按产品说明书上的规定选片的频率误差，以达到标称频率。使用时因按产品说明书上的规定选定负载电容。为了便于调整负载电容通常采用微调电容。定负载电容。为了便于调整负载电容通常采用微调电容。 石英晶体工作时，必须要有合适的激励电平。若激励电平过大，石英晶体工作时，必须要有合适的激励电平。若激励电平过大，频率稳定度会显著变差，甚至可能将晶片振坏；若激励电平过小，则频率稳定度会显著变差，甚至可能将晶片振坏；若激励电平过小，则噪声影响大，振荡输出幅度减小，甚至可能停振。噪声影响大，振荡输出幅度减小，甚至可能停振。第二节第二节 非正弦波信号振荡电路非正弦波信号振荡电路 在实用电路中除了常见的正弦波产生电路外，还有方在实用电路中除了常见的正弦波产生电路外，还有方波、三角波、锯齿波、尖顶波和阶梯波等非正弦波形产生波、三角波、锯齿波、尖顶波和阶梯波等非正弦波形产生电路。电路。一、方波产生电路一、方波产生