正弦波发生电路(第21讲)2010

1、1第六章第六章 波形产生与整形电路波形产生与整形电路 6.1 正弦波振荡电路的基本概念正弦波振荡电路的基本概念 6.1.1 6.1.1 正弦波振荡器的振荡条件正弦波振荡器的振荡条件 6.1.2 6.1.2 正弦波振荡器的组成及分类正弦波振荡器的组成及分类 6.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 6.2.1 RC6.2.1 RC文氏电桥振荡电路文氏电桥振荡电路 6.2.2 LC6.2.2 LC三点式振荡电路三点式振荡电路 6.2.3 6.2.3 变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路 6.2.4 6.2.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路2第六章第六章 波形产生与整形电路波形产生与整形电路 6

2、.3 波形整形电路波形整形电路 6.3.1 6.3.1 电压比较器电压比较器 6.3.2 5556.3.2 555集成定时器集成定时器 6.3.3 6.3.3 施密特触发器电路施密特触发器电路 6.3.4 6.3.4 单稳态触发器电路单稳态触发器电路 6.4 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路 6.4.1 6.4.1 矩形波振荡电路矩形波振荡电路 6.4.2 6.4.2 三角波振荡电路三角波振荡电路 3 波形产生电路包括正弦波和非正弦波产生电波形产生电路包括正弦波和非正弦波产生电路。波形整形电路包括施密特触发器、单稳态路。波形整形电路包括施密特触发器、单稳态触发器电路。触发器电路。 本章首先讨论

3、产生正弦波的振荡器基本组成本章首先讨论产生正弦波的振荡器基本组成和振荡条件、然后介绍和振荡条件、然后介绍RCRC、LCLC、石英晶体、石英晶体3 3种类种类型的正弦波振荡电路。型的正弦波振荡电路。 非正弦波包括矩形波、三角波、锯齿波非正弦波包括矩形波、三角波、锯齿波3 3种波种波形产生电路。形产生电路。 非正弦产生及波形整形时常用电压比较器、非正弦产生及波形整形时常用电压比较器、555555集成定时器。集成定时器。46.1 6.1 正弦波振荡电路的基本概念正弦波振荡电路的基本概念 正弦波振荡电路常常作为信号正弦波振荡电路常常作为信号源被广泛地应用于通信、测量、源被广泛地应用于通信、测量、自动控

4、制等系统中，其功能是产自动控制等系统中，其功能是产生单一频率的、稳定的正弦波信生单一频率的、稳定的正弦波信号。它是一种基本的模拟电子电号。它是一种基本的模拟电子电路，按电路中选频元件分类，可路，按电路中选频元件分类，可有有RC、LC等类型的振荡器。等类型的振荡器。5 6.1.1 6.1.1 正弦波振荡器的振荡条件正弦波振荡器的振荡条件fidXXX改成正反馈改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自激振荡。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+ dXoXfX 1.1. 振荡条件的平衡条件振荡条件的平衡条件6如果：如果：,ifXX则去掉则去掉,iX仍有信号输出

5、。仍有信号输出。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FdXoXfX反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+ +dXoXfX7自激振荡条件的推导自激振荡条件的推导fidofdooXXXXFXXAXFAAXXAooioF1基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+ +dXoXfX8FAFAo o= =1 1自激振荡的条件自激振荡的条件基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FdXoXfXoffdXFXXX,oodooXFAXAX9自激振荡的条件：自激振荡的条件：1)()(FA因为：因为：AAA|)

6、(FFF|)(所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成：（1 1）振幅条件：）振幅条件：1|AF（2 2）相位条件：）相位条件：nFA2n n是整数是整数相位条件相位条件 意味着振荡电路必须是正反馈；意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件振幅条件 可以通过调整放大电路的放大倍数达到。可以通过调整放大电路的放大倍数达到。101. 1. 启振过程启振过程U Uo o 是振荡器的电压输出幅度，是振荡器的电压输出幅度，B B是要求输出的幅是要求输出的幅度。起振时度。起振时U Uo o=0=0，达到稳定振荡时，达到稳定振荡时U Uo o= =B B。 放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰

7、动放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量。振荡器在刚刚起振时，可分解为各种频率的分量。振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一些，即为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一些，即要求要求 |AF|1|AF|1。|AF|1，且，且 A+ F =2n ，即可起振。即可起振。112.2. 稳幅过程稳幅过程起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若时若| |AFAF| |仍大于仍大于1 1，则输出将会饱和失真。，则输出将会饱和失真。 达到需要的幅值后，将参数调整为达到需要的幅值后，将参数调整为AF AF =1=1，即可稳幅。，

8、即可稳幅。具体方法将在后面具体电路中介绍。具体方法将在后面具体电路中介绍。起振并能稳定振荡的条件：起振并能稳定振荡的条件：111AFBUAFBUAFBUooo时，时，时，12FAAAooF1如果如果：FoAFA:01则(1) (1) 正反馈足够强正反馈足够强, ,输入信号为输入信号为 0 0 时仍有信号时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。输出，这就是产生了自激振荡。(2) (2) 要获得非正弦自激振荡要获得非正弦自激振荡, ,反馈回路中必须反馈回路中必须有有RC RC 积分电路。如后面将介绍的方波发生积分电路。如后面将介绍的方波发生器、三角波发生器等。器、三角波发生器等。(3) (3) 要获

9、得正弦自激振荡要获得正弦自激振荡, ,电路中必须有选频电电路中必须有选频电路和稳幅环节。前者是为获得单一频率的正路和稳幅环节。前者是为获得单一频率的正弦波振荡信号，后者是为了达到稳幅振荡。弦波振荡信号，后者是为了达到稳幅振荡。6.1.2 6.1.2 正弦波振荡器正弦波振荡器的组成与分类的组成与分类13 正弦波发生电路是由正弦波发生电路是由放大电路放大电路、正正反馈网络反馈网络、选频网络选频网络和和稳幅电路稳幅电路四部四部分组成的。分组成的。 正弦波振荡器的选频网络由正弦波振荡器的选频网络由R R、C C和和L L、C C等电抗性元件组成。正弦波振荡等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频

10、网络来命名。器的名称一般由选频网络来命名。6.2 6.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路146.2.1 RC6.2.1 RC文氏电桥文氏电桥振荡电路振荡电路 用用RC RC 电路构成选频网络的振荡电路即所谓的电路构成选频网络的振荡电路即所谓的 RC RC 振荡电路，可选用的振荡电路，可选用的 RC RC 选频网络有多种，这选频网络有多种，这里只介绍里只介绍文氏电桥选频电路文氏电桥选频电路。R1C1R2C2iUoU1 1、选频电路、选频电路15)1( j)1 (112211221CRCRCCRRUUio12o21oCR1CR时，相移为时，相移为0 0。R1C1R2C2iUoU1111CjRZ222

11、2222111CjRCjRCjRZ212ZZZUUio162121oCCRR1如果如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则则：RC1o)( j31UUooio)(31arctg)(ooF2oo2)(31)(F传递函数：传递函数：相频特性：相频特性：幅频特性：幅频特性：o)(F31)(F+90 90 0F2f0o172 2、用运放组成的、用运放组成的RC RC 振荡器振荡器0A所以，要满足相位所以，要满足相位条件，只有在条件，只有在f fo o 处处0F因为：因为：1AF122RR uo_+ + R2RCRCR1121RRA31112FRRA18能自行启动的电路（能自行启动的电路（1 1）uot

12、RtA半导体半导体热敏电阻热敏电阻起振时，起振时，RT略大于略大于2R1，使使|AF|1，以便起振；，以便起振；_+ + RTRCRCR1t uo起振后，起振后，uo逐渐增大逐渐增大则则RT逐渐减小，使得输出逐渐减小，使得输出uo为某值时，为某值时，|AF|=1，从而稳幅。从而稳幅。负温度系数负温度系数19能自行启动的电路（能自行启动的电路（2 2）R22为一小电阻，为一小电阻，使使(R21+R22)略大于略大于2R1，|AF|1，以，以便起振；便起振；_+ + R21RCCR1R22D1D2随着随着uo的增加，的增加，R22逐渐被短接，逐渐被短接，A自动自动下降到使下降到使|AF|=1，使，

13、使得输出得输出uo稳定在某值。稳定在某值。20 C C1 1的作用是使的作用是使JFETJFET工作在可变电阻区，运放电路的电压放工作在可变电阻区，运放电路的电压放大倍数主要由大倍数主要由JFETJFET的漏源电阻、的漏源电阻、R R1 1及及R R2 2决定。调整电阻决定。调整电阻R R1 1的大的大小，可使正常工作时小，可使正常工作时JFETJFET压控电阻与压控电阻与R R1 1并联后的等效电阻处并联后的等效电阻处于整个可调范围的中点附近。于整个可调范围的中点附近。+21输出频率的调整：输出频率的调整：RCfo21通过调整通过调整R或或/和和C来调整频率。来调整频率。_+ + RFuoR

14、CCRKKR1R1R2R2R3R3C：双联可调电：双联可调电容，改变容，改变C，用于细调振用于细调振荡频率。荡频率。K：双联波段开：双联波段开关，切换关，切换R，用于粗调振用于粗调振荡频率。荡频率。22电子琴的振荡电路电路：电子琴的振荡电路电路：2121RRCfo_+ + RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21233 3、用分立元件组成的、用分立元件组成的RC RC 振荡器振荡器RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+ube RCRC网络正反馈，网络正反馈，R RF F、R RE E1 1组成负反馈，调整到合

15、适组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。的参数则可产生振荡。24 题题6.1 6.1 电路如图所示，试用相位平衡条件判断哪电路如图所示，试用相位平衡条件判断哪个电路可能振荡，哪个不能，说明理由。个电路可能振荡，哪个不能，说明理由。 25 解：解： 图图(a)(a)的电路中，放大电路由场效应管的共漏组态的电路中，放大电路由场效应管的共漏组态和双极型三极管共射组态组合而成和双极型三极管共射组态组合而成, ,相移相移180180, ,反馈选反馈选频网络由频网络由RCRC串并网络构成串并网络构成, ,相移范围是相移范围是9090 9090。与。与放大电路的相移相加不可能构成放大电路的相移相加不可能

16、构成 ，不满足，不满足相位条件。所以图相位条件。所以图(a)(a)的电路不可能产生正弦波振荡。的电路不可能产生正弦波振荡。 26 解：解： 图图(b)(b)的电路中，放大电路为差动电路，相移的电路中，放大电路为差动电路，相移180180。反馈选频网络由。反馈选频网络由RCRC串并网络构成，相移范围串并网络构成，相移范围是是9090 9090。与放大电路的相移相加不可能构。与放大电路的相移相加不可能构成成 ，不满足相位条件。所以图，不满足相位条件。所以图(b)(b)的电的电路不可能产生正弦波振荡。路不可能产生正弦波振荡。 27 题题6.4 6.4 由由RCRC元件构成的一阶高通或低通网络的最元件

17、构成的一阶高通或低通网络的最大相移绝对值小于大相移绝对值小于9090。试用相位平衡条件判断。试用相位平衡条件判断题图题图6.46.4所示电路哪个可能振荡，哪个不能，说所示电路哪个可能振荡，哪个不能，说明理由。明理由。 28解：因为解：因为RCRC一阶高通或低通网络的最大相移绝对值小于一阶高通或低通网络的最大相移绝对值小于9090 ，所以在振荡电路中，如果放大部分有，所以在振荡电路中，如果放大部分有180180 ，那，那么至少需要三级一阶么至少需要三级一阶RCRC反馈网络才能产生反馈网络才能产生180180的相移，的相移，使得使得 。 对图对图(a)(a)，运放接成反相比例放大电路，相移，运放接成反相比例放大电路，相移 ，而只有两级一阶而只有两级一阶RC