第8章信号发生电路

8.1引言1.正弦波振荡电路RC正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路2.非正弦波振荡电路矩形波发生电路三角波发生电路锯齿波发生电路第8章信号发生电路8.2正弦波振荡电路组成及振荡条件正反馈放大电路的方框图1.振荡条件正弦波振荡电路的方框图电路稳定时幅度平衡条件相位平衡条件2.正弦波振荡电路组成(2)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。(1)放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量。

(3)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号。(4)稳幅电路：使输出信号幅值稳定。

选频网络和正反馈网络经常“合二为一”。8.3RC正弦波振荡电路1.RC串并联网络的选频特性RC串并联网络RC串并联网络的频率特性(a)幅频特性(b)相频特性当f=f0时反馈系数

反馈系数与频率f0的大小无关，相角F=0

。也就是说当调节R、C

改变频率时，反馈系数不变，放大电路的放大倍数不变，输出信号的幅度不变。2.电路组成RC文氏桥正弦波振荡电路RC串并联网络是正反馈网络；由运算放大器、R3和R4负反馈网络构成放大电路。C1、R1、C2、R2、R3和R4构成一个桥路，称为文氏桥。

由于正反馈网络的反馈系数等于1/3，所以为了满足振荡条件AuFu=1，放大电路的电压放大倍数Au=3。同相输入比例运算电路是电压串联负反馈，电压放大倍数为

为了保证这种微弱的信号经过放大通过正反馈的选频作用，输出幅度愈来愈大，在起振时应满足：3.振荡的建立

振荡的建立就是要使电路自激，从而产生持续的振荡输出。当f=f0

时，

,所以要求4.振荡的稳定

R4是具有正温度系数的热敏电阻，起振前阻值较小，使Au＞3。起振后，流过R4的电流加大，R4的温度升高、阻值加大，Au变小，达到振荡稳定状态时：Au=3。

由于Uo与Uf具有良好的线性关系，所以为了稳定输出电压的幅值，一般应在电路中加入非线性环节。二极管稳幅带有二极管稳幅的RC文氏桥振荡器电路

该电路采用与电阻R3并联二极管的方式实现稳幅。

电路稳幅原理：如果输出幅度增大，两个并联二极管的工作点达到特性曲线的C、D点。二极管动态电阻下降，放大倍数下降，输出幅度下降。反之，输出幅度增大，从而达到使输出电压稳定的目的。8.4LC正弦波振荡电路LC并联谐振回路1.LC并联谐振回路的频率特性

电感的电阻和损耗用电阻R模拟，电容支路不计损耗。2.谐振频率和品质因数通常Q>>1，所以上式中Q称为品质因数由虚部为0，可得谐振频率f0：品质因数Q是反映LC回路损耗大小的重要参数：

品质因数Q不同时，复阻抗Z

的幅频与相频特性如下：

LC并联谐振回路阻抗的频率特性3.变压器反馈式正弦波振荡电路设三极管的基极为⊕变压器反馈式振荡电路(1)放大电路是共射组态，LC并联电路是集电极负载，反馈电压由L2上取出。(2)用瞬时极性法判断电路的相位条件，是否是正反馈。(3)分析决定振荡电路的幅度条件。如果幅度条件不满足，可适当增加L2的圈数。集电极极性则为⊖L1同名端的极性则为⊕反馈线圈同名端的瞬时极性为⊕满足正反馈条件

变压器反馈式LC正弦波振荡电路的振荡频率与LC并联谐振电路的振荡频率相同，为：LC正弦波振荡电路，当振幅大到一定程度时，晶体管集电极的电流波形会明显失真，但由于集电极的负载是LC并联谐振回路，具有良好的选频作用，因此输出电压的波形失真不大。(1)电感三点式4.三点式LC正弦波振荡电路放大电路为共射组态，LC并联谐振回路通过耦合电容接在放大电路的输出端。反馈信号从L2上取出。设三极管基极瞬时极性为⊕集电极则为⊖极性，电感L1的上面为⊖极性因为电感L2上的反馈电压的瞬时极性上⊖下⊕，即反馈信号瞬时极性对地为⊕，所以是正反馈，满足振荡的相位条件。适当调节线圈L2的匝数，可使电路满足幅度条件。(a)电感三点式三点式LC正弦波振荡电路若晶体管的三个电极外接有三点式电抗网络，电抗网络中有一个接地的节点，则(1)若接地点与两个相同性质的电抗相连接，则其余两个节点的对地电位极性相反；(2)若接地点与两个性质相反的电抗相连接，则其余两个节点的对地电位极性相同。(1)电感三点式(1)电感三点式

电路的振荡频率为：

式中的M是电感线圈L1和L2之间互感。一般M较小，可以忽略，于是

该电路调节振荡的幅度条件时，改变线圈中间的抽头即可，这样即改变了L2的匝数，又不会影响电路的振荡频率。(1)电感三点式

电感反馈式LC正弦波振荡电路的优缺点是：(1)电感反馈式LC正弦波振荡电路的电感L1和L2之间耦合紧密，输出幅度大；(2)若使用可变电容器C调频率，电路的频率变化范围大，最高频率一般可达几十兆赫兹；(3)由于反馈信号是从电感L2上取出，与L成比例，对高次谐波的阻抗较大，反馈较强。所以电感反馈式LC正弦波振荡电路的输出电压波形中含有较多的高次谐波成分，失真稍大。(1)电感三点式【例8.4.1】图(a)和(b)为电感三点式振荡电路，试判断是否满足相位平衡条件。正反馈首先判断相位平衡条件：

放大电路为共射组态，LC并联谐振回路通过耦合电容接在放大电路的输出端。反馈信号从C2上取出。

反馈电压是从C1、C2串联支路中的C2上取出，电压与电容的容量成反比。如果反馈电压不足，可调节电压放大倍数来满足幅度条件，或应适当减小C2的容量。(b)电容三点式三点式LC正弦波振荡电路(2)电容三点式(2)电容三点式

电容反馈LC正弦波振荡电路的振荡频率为：电容反馈LC正弦波振荡电路的优缺点：

在电容反馈LC正弦波振荡电路中，由于反馈信号是从电容C2引出，高次谐波的压降小，再加上高Q值的并联谐振LC电路的选频作用，输出电压的波形好。若通过调节C2来改变反馈量，会影响振荡频率，电容反馈LC正弦波振荡电路不适合通过调节电容量来改变电路的振荡频率。(2)电容三点式5.石英晶体正弦波振荡电路(a)符号(b)等效电路(c)电抗的幅频特性石英晶体的等效电路和电抗频率特性

石英晶体的谐振频率十分稳定，往往可以达到10-6。石英晶体的Q值可以达到几百以上，所以可以获得很高的频率稳定性。根据石英晶体的等效电路，有一个串联谐振频率fs，一个并联谐振频率fp，二者十分接近，往往不加区分。(1)串联型石英晶体正弦波振荡电路(a)串联型石英晶体振荡电路

正反馈的判断：根据瞬时极性法，设放大电路VT1输入电极(发射极)信号对地的瞬时极性为；则VT1管集电极为，VT2发射极为。只有在石英晶体呈纯阻性，即产生串联谐振时，反馈电压才能无衰减地传输到VT1的发射极，构成正反馈，满足正弦波振荡的相位平衡条件。

调整R5，可使电路满足正弦波振荡的幅度平衡条件。5.石英晶体正弦波振荡电路(2)并联型石英晶体正弦波振荡电路(b)并联型石英晶体振荡电路

并联型石英晶体正弦波振荡电路如图所示。谐振电路无电感，所以石英晶体必须呈电感性才能形成振荡。

根据瞬时极性法判断，可以满足正反馈的条件，产生振荡。

结论：满足正反馈条件5.石英晶体正弦波振荡电路【例8.4.2】试用相位平衡条件判断图中两个电路是否可能产生正弦振荡？8.5非正弦波发生电路1.矩形波发生电路RC反馈定时电路滞回比较器矩形波发生电路(1)电路组成(2)工作原理

于是，电容C充电，uC按指数规律升高。

电源刚接通时，设uC=0,uO=+UZ

，所以阈值电压

当uC充电到uC=UNUP'时，输出发生跳变，uO=-UZ

。1.矩形波发生电路

当uC充电到uC=UNUP'时，uO=-UZ，所以阈值电压发生变化

于是，电容C放电，uC按指数规律下降。

当uC放电到uC=UNUP"时，输出发生跳变，uO=+UZ。如此不断进行，输出产生矩形波。1.矩形波发生电路矩形波发生电路的输出电压信号波形(3)波形分析1.矩形波发生电路(4)主要参数

矩形波周期Ｔ用过渡过程公式和三要素可以方便地求出其中周期占空比1.矩形波发生电路(5)占空比可调的矩形波发生电路占空比可调的矩形波发生电路

为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。改变充电和放电的回路1.矩形波发生电路

C充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管D1、R1。

是电位器中点到上端电阻，是二极管D1的导通电阻。充电时间常数为1.矩形波发生电路

C放电时，放电电流经R1、二极管D2、电位器的下半部。放电时间常数为

占空比为

显然调节电位器就可以改变输出矩形波的占空比。1.矩形波发生电路2.三角波发生电路(1)电路组成简单三角波发生电路(a)UZ1≠UZ2

(b)T1≠T2实用三角波发生电路2.三角波发生电路(2)工作原理三角波发生电路的输出电压信号波形滞回比较器电压传输特性2.三角波发生电路(3)参数分析输出幅值

周期T

2.三角波发生电路3.锯齿波发生电路(1)电路组成及工作原理锯齿波发生电路锯齿波发生电路的输出电压信号波形

(2)参数分析输出电压幅值

正向充电时间反向充电时间振荡周期3.锯齿波发生电路4.压控振荡器(1)电路组成(2)工作原理压控振荡器的输出电压信号波形

当滞回比较器输出电压uO=+UZ时，二极管导通，积分电流为

当输出电压uO=-UZ时，二极管截止，积分电流为

因为R远大于R'，所以uO1下降的非常快，在一个周期内持续的时间非常短。4.压控振荡器(3)参数分析4.压控振荡器8.6函数发生器1.函数发生器的构成函数发生器方框图

2.非线性变换电路变换电路采用非线性变换网络将三角波分段非线性化。

非线性变换电路可由运算放大器和二极管、电阻构成。

当输入电压ui增加到不同数值时，可以使相应的二极管导通，输入输出电压的波形如图所示。

0~t1时间段，ui<V1，所有二极管都不通，R1上无压降，uo=ui；2.非线性变换电路

t1~t2时间段，V1<ui<V2，二极管D1导通，由于R1上产生压降，uo<ui

；2.非线性变换电路