波形發生和交換電路第一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

波形發生電路和波形變換電路在測量、自動控制、通訊、無線電廣播和遙測、遙感等許多技術領域中有著廣泛的應用。收音機、電視機和電子鐘表等日常生活用品也離不開它。波形發生電路包括正弦波振蕩電路和非正弦波振蕩電路，它們不需要外加輸入信號就能產生各種同期性的連續波形，例如正弦波、方波、三角波和鋸齒波等。

第二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一信號產生電路(振蕩器)分類：正弦波振蕩:非正弦波振蕩：RC振蕩器(1kHz~數百kHz)LC振蕩器(幾百kHz以上)石英晶體振蕩器(頻率穩定度高)方波、三角波、鋸齒波等主要性能要求：輸出信號的幅度準確穩定輸出信號的頻率準確穩定第三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一1.正弦波振蕩的條件

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，最終達到動態平衡，穩定在一定的幅值。。9.1.1正弦波振蕩電路的基本概念9.1正弦波振蕩電路第四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

一旦產生穩定的振蕩，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幅的過程，即滿足起振條件。第五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

振蕩電路的組成根據振蕩電路對起振、穩幅和振蕩頻率的要求，一般振蕩電路由以下部分組成：(1)放大電路：具有放大信號作用，并將直流電源轉換成振蕩的能量。(2)反饋網絡：它形成正反饋，能滿足相位平衡條件。(3)選頻網絡：在正弦波振蕩電路中，它的作用是選擇某一頻率fo，使之滿足振蕩條件，形成單一頻率的振蕩。(4)穩幅電路：用于穩定振幅，改善波形。2.正弦波振蕩電路的組成第六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

為了保證振蕩電路產生單一頻率的正弦波，電路必須有選頻電路（又稱選頻網絡）。根據選頻網絡組成的元件，通常可分為：

(1)RC正弦波振蕩電路：其振蕩頻率較低，一般在幾百千赫以下；

(2)LC正弦波振蕩電路：其振蕩頻率較高，一般在幾百千赫～幾百兆赫；

(3)石英晶體正弦波振蕩電路：其振蕩頻率等于石英晶體的固有頻率，振蕩頻率穩定。3.正弦波振蕩電路的分類第七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

對于一個振蕩電路，首先要判斷它能否產生振蕩。通常可采用下列步驟來判斷：(1）檢查振蕩器是否存在放大電路、反饋網絡、選頻網絡和穩幅環節4個環節，尤其前3個環節；(2）分析基本放大電路能否正常工作，主要檢查基本放大電路的靜態工作點設置得是否合理；(3）檢查電路是否滿足振蕩條件，首先檢查是否滿足相位平衡條件，可以用瞬時極性法進行判別，若電路未構成正反饋，則它肯定不能振蕩；然后檢查幅值條件和起振條件是否滿足；(4）估算振蕩頻率，其數值往往決于選頻網絡的參數。4.正弦波振蕩電路的分析方法第八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一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，且規定其極性，然后根據

Ui的極性→Uo的極性→Uf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。

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。極性？第九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一1.RC串并聯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。9.1.2RC正弦波振蕩電路第十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一RC串并聯選頻網絡的頻率響應當f=f0時，不但φ=0，且最大，為1/3。第十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

可引入電壓串聯負反饋，使電壓放大倍數大于3，且Ri大、Ro小，對f0影響小第十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

2.RC橋式正弦波振蕩電路

第十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

利用二極管穩幅的RC串并聯正弦波振蕩電路第十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一1.LC并聯網絡的選頻特性理想LC并聯網絡在諧振時呈純阻性，且阻抗無窮大。諧振頻率為在損耗較小時，品質因數及諧振頻率損耗在f＝f0時，電容和電感中電流各約為多少？網絡的電阻為多少？

9.1.3LC正弦波振蕩電路第十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一三、

LC正弦波振蕩電路

1.LC并聯電路的頻率響應理想LC并聯網絡在諧振時呈純阻性，且阻抗無窮大。諧振頻率為在損耗較小時，品質因數及諧振頻率損耗附加相移第十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一品質因數

LC并聯回路的頻率特性（Q1Q2）

a)幅頻特性b)相頻特性第十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

2.變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路第十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

變壓器反饋LC振蕩電路容易起振，若用可變電容器代替固定電容C，則調頻比較方便，缺點是振蕩頻率不太高，通常為幾兆赫～十幾兆赫。

第十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一3.電感反饋式振蕩電路第二十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

電路特點：電感三點式振蕩電路簡單，容易起振，調頻方便。由于反饋信號取自電感L2，電感對高次諧波感抗大，所以高次諧波的正反饋比基波強，使輸出波形含有較多的高次諧波成分，波形較差。常用于對波形要求不高的設備中，其振蕩頻率通常在幾十兆赫以下。

第二十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一4.電容反饋式振蕩電路第二十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一電容反饋式電路特點：由于反饋電壓取自電容兩端，電容對高次諧波容抗小，對高次諧波的正反饋比基波弱，使輸出波形中的高次諧波成分小，波形較好。振蕩頻率較高，可達100MHZ以上。常在電感L兩端并聯可變電容器，調節頻率，但調節范圍較小。

第二十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

石英晶體振蕩電路簡稱為“晶振”。和一般LC振蕩電路比較，晶振具有極高的頻率穩定性，其值用頻率的相對變化量表示,△f/f可達10-9~10－11。而一般LC振蕩電路的頻率穩定度無法達到10－5。所以在要求頻率穩定度高的場合，常采用石英晶體振蕩電路，例如，它廣泛應用于標準頻率發生器，頻率計、電話、電視、計算機等設備中。

9.1.4石英晶體振蕩電路

1.石英晶體第二十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一第二十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

石英晶體的壓電效應：如果在石英晶片上加一個交變電壓（電場），晶片就會產生與該交變電壓頻率相似的機械變形振動。而晶片的機械振動，又會在其兩個電極之間產生一個交變電場，這種現象稱為壓電效應。在一般情況下，這種機械振動和交變電場的幅度是極其微小的，只有在外加交變電壓的頻率等于石英晶片的固有振動頻率時，振幅才會急劇增大，這種現象稱為壓電諧振。石英晶片的諧振頻率取決于晶片的幾何形狀和切片方向，體積越小，一般諧振頻率越高。第二十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一等效電路A.串聯諧振特性晶體等效阻抗為純阻性B.并聯諧振通常所以（a）代表符號（b）電路模型（c）電抗-頻率響應特性容性感性阻性第二十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一實際使用時外接一小電容Cs則新的諧振頻率為由于由此看出調整第二十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一并聯型石英晶體振蕩電路

2.石英晶體諧振電路第二十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一串聯型晶體振蕩電路

第三十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

把正弦波以外的波形統稱為非正弦波。方波、三角波、鋸齒波的產生電路電路通常由遲滯電壓比較器和RC充放電電路組成，工作過程有一張一弛的變化，所以又將這些電路稱為張弛振蕩器。9.2非正弦信號發生電路第三十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一1.方波發生器正向充電：

uO（+UZ）→R→C→地反向充電：地→C→R→uO（－UZ）RC回路滯回比較器

該電路從本質上看，它工作于比較器狀態；

RC構成負反饋回路，R1，Rf構成正反饋。電路的輸出電壓由運放的UP與UN比較決定。第三十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一2.工作原理：(1)

設

uO

=

+UZ

,此時，uO給C

充電,

uC

，則：u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦

uC>UT+

,就有

u->u+

,uO立即由+UZ變成-UZ

。在

uC<UT+

時，u-<u+

,

設uC初始值uC(0+)=0uO保持+UZ不變+UZ第三十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一此時，C向uO放電，再反向充電(2)當uO

=

-UZ

時，u+=UT-uC達到UT-時，uO上跳。UT+uctUT-

當uO重新回到+UZ后，電路又進入另一個周期性的變化。-UZ第三十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一0UT+uCtUT-+UZuO0t

-UZT完整的波形：方波的周期為：第三十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一脈沖寬度波形分析第三十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一

正向充電和反向充電時間常數可調，占空比就可調。2.矩形波發生電路為了占空比調節范圍大，R3應如何取值？第三十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期一三角波發生器