9.1正弦波振蕩的振蕩條件9.2RC正弦波振蕩電路9.3LC正弦波振蕩電路9.4非正弦信號產生電路9.4.1比較器9.4.2方波發生器9.4.3鋸齒波發生器第九章

信號處理與信號產生電路一.產生自激振蕩的條件fidXXX-=改成正反饋只有正反饋電路才能產生自激振蕩。9.1正弦波振蕩電路的振蕩條件+Xi–f

基本放大器A反饋網絡FX+doXX如果：,ifXX=則去掉,iX仍有信號輸出。反饋信號代替了放大電路的輸入信號。Xi+f

基本放大器A反饋網絡FX+doXXXdof基本放大器A反饋網絡FXXFA=1Xd=Xf所以，自激振蕩條件也可以寫成：自激振蕩的條件：（1）振幅條件：（2）相位條件：pjjnFA2=+n是整數因為：..Xdof基本放大器A反饋網絡FXX二.起振條件和穩幅原理起振條件：結果：產生增幅振蕩（略大于）1、被動：器件非線性2、主動：在反饋網絡中加入非線性穩幅環節，用以調節放大電路的增益穩幅過程：起振時，穩定振蕩時，穩幅措施：起振過程Xdof基本放大器A反饋網絡FXX1.放大電路2.正反饋網絡3.選頻網絡——只對一個頻率滿足振蕩條件，從而獲得單一頻率的正弦波輸出。常用的選頻網絡有RC選頻和LC選頻4.穩幅環節——使電路易于起振又能穩定振蕩，波形失真小。三.正弦波振蕩器的一般組成9.2RC正弦波振蕩電路一.RC

串并聯網絡的選頻特性R1C1

串聯阻抗：R2C2

并聯阻抗：選頻特性：1.定性分析：（1）當信號的頻率很低時。>>R1>>R2其低頻等效電路為：其頻率特性為：當ω=0時，uf=0，│F│=0=+90°當ω↑時，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF90°（2）當信號的頻率很高時。＜＜R1＜＜R2其高頻等效電路為：其頻率特性為：當ω=∞時，uf=0，│F│=0=-90°當ω↓時，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF-90°ω0=？│F│max=？由以上分析知：一定有一個頻率ω0存在，當ω=ω0時，│F│最大，且=0°0|F|0φF90°0|F|0φF-90°2.定量分析R1C1

串聯阻抗：R2C2

并聯阻抗：頻率特性：通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：式中：可見：當時，│F│最大，且=0°

│F│max=1/3RC串并聯網絡完整的頻率特性曲線：當時，│F│=│F│max=1/3φF+90°|F|二.RC橋式振蕩器的工作原理：在f0處滿足相位條件：因為：AF=131=F11f+=RRA1f2RR=只需：A=3輸出正弦波頻率：振幅條件：引入負反饋：選：例題:R=1k

，C=0.1

F，R1=10k

。Rf為多大時才能起振？振蕩頻率f0=？AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k

=1592Hz起振條件：能自動穩幅的振蕩電路半導體熱敏電阻(負溫度系數）起振時Rt較大使A>3,易起振。當uo幅度自激增長時，Rt減小，A減小。

當uo幅度達某一值時，A→3。當uo進一步增大時，RT再減小,使A<3。因此uo幅度自動穩定于某一幅值。能自動穩幅的振蕩電路

起振時D1、D2不導通，Rf1+Rf2略大于2R1。隨著uo的增加，D1、D2逐漸導通，Rf2被短接，A自動下降，起到穩幅作用。

將Rf分為Rf1

和Rf2，

Rf2并聯二極管K：雙聯波段開關，切換R，用于粗調振蕩頻率。C：雙聯可調電容，改變C，用于細調振蕩頻率。振蕩頻率的調節：_+

+

RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：三.RC移相式振蕩電路

1.RC移相電路

（1）RC超前移相電路

（2）RC滯后移相電路

φA+90°+180°+270°0°φA-90°-180°-270°0°2.RC移相式振蕩電路

在f0處滿足相位條件：1.LC并聯諧振回路的選頻特性(阻性)LC并聯諧振特點：諧振時，總路電流很小，支路電流很大，電感與電容的無功功率互相補償，電路呈阻性。R為電感和回路中的損耗電阻9.3LC正弦波振蕩器當時，并聯諧振。諧振時，電路呈阻性：

Q為諧振回路的品質因數，Q值越大，曲線越陡越窄，選頻特性越好。諧振時LC并聯諧振電路相當一個大電阻。LC并聯諧振回路的幅頻特性曲線|Z|Q小Q大互感線圈的極性判別1234初級線圈次級線圈同名端1234+–+–

在LC振蕩器中，反饋信號通過互感線圈引出同名端：二.變壓器反饋式LC振蕩電路

工作原理：三極管共射放大器。利用互感線圈的同名端：

滿足相位條件。振蕩頻率:判斷是否是滿足相位條件——相位平衡法：

斷開反饋到放大器的輸入端點，假設在輸入端加入一正極性的信號，用瞬時極性法判定反饋信號的極性。若反饋信號與輸入信號同相，則滿足相位條件；否則不滿足。(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)LC正弦波振蕩器舉例滿足相位平衡條件（+）（+）（–）（+）

LC正弦波振蕩器舉例振蕩頻率:（–）滿足相位平衡條件仍然由LC并聯諧振電路構成選頻網絡三.

三點式LC振蕩電路原理：uf與uo反相uf與uo同相電感三點式：電容三點式：uf與uo反相uf與uo同相

1.電感三點式LC振蕩電路振蕩頻率：2.電容三點式LC振蕩電路振蕩頻率：例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩定。3.石英晶體振蕩電路1.頻率穩定問題頻率穩定度一般由來衡量——頻率偏移量。——振蕩頻率。LC振蕩電路Q——數百石英晶體振蕩電路Q——10000500000一.

石英晶體2.基本特性1.結構：極板間加電場極板間加機械力晶體機械變形晶體產生電場壓電效應：交變電壓機械振動交變電壓機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關，穩定性高。當交變電壓頻率=固有頻率時，振幅最大

符號壓電諧振3.石英晶體的等效電路與頻率特性等效電路：（1）串聯諧振頻率特性：

晶體等效純阻且阻值≈0（2）并聯諧振通常所以X感性0容性二.石英晶體振蕩電路利用石英晶體的高品質因數的特點，構成LC振蕩電路。1.并聯型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs與fp之間，相當一個大電感，與C1、C2組成電容三點式振蕩器。由于石英晶體的Q值很高，可達到幾千以上，所以電路可以獲得很高的振蕩頻率穩定性。X感性0容性2.串聯型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs處，呈電阻性，而且阻抗最小，正反饋最強，相移為零,滿足振蕩的相位平衡條件。對于fs以外的頻率，石英晶體阻抗增大,且相移不為零，不滿足振蕩條件，電路不振蕩。

X感性0容性例：分析下圖的振蕩電路能否產生振蕩，若產生振蕩,石英晶體處于何種狀態？9.4非正弦信號產生電路

將一個模擬電壓信號與一參考電壓相比較，輸出一定的高低電平。功能：構成：運放組成的電路處于非線性狀態，輸出與輸入的關系uo=f(ui)是非線性函數。uoui0+UOM-UOM9.4.1比較器1.運放工作在非線性狀態的判定：電路開環或引入正反饋。運放工作在非線性狀態基本分析方法2.運放工作在非線性狀態的分析方法：若U+＞U-

則UO=+UOM；若U+＜U-

則UO=-UOM。虛斷（運放輸入端電流=0）

注意：此時不能用虛短！uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOM1.過零比較器:（門限電平=0）uoui0+UOM-UOM一.單門限電壓比較器tuituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變為方波。2.單門限比較器（與參考電壓比較）uoui0+Uom-UomUREFUREF為參考電壓當ui>UREF時,uo=+Uom當ui<UREF時,uo=-Uom

運放處于開環狀態uoui0+Uom-UomUREF當ui<UREF時,uo=+Uom當ui>UREF時,uo=-Uom

若ui從反相端輸入uoui0+UZ-UZ（1）用穩壓管穩定輸出電壓忽略了UD3.限幅電路——使輸出電壓為一穩定的確定值當ui>0時,uo=+UZ當ui<0時,uo=-UZ

（2）穩幅電路的另一種形式：將雙向穩壓管接在負反饋回路中uoui0+UZ-UZ當ui>0時,uo=-UZ當ui<0時,uo=+UZ

二.遲滯比較器1.工作原理——兩個門限電壓。特點:電路中使用正反饋——運放工作在非線性區。（1）當uo=+UZ時，（2）當uo=-UZ時，UT+稱上門限電壓UT-稱下門限電壓UT+-UT-稱為回差電壓遲滯比較器的電壓傳輸特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-設ui

,當ui=<UT-時,

uo從-UZ

+UZ這時,uo=-UZ,u+=UT-設初始值:

uo=+UZ,

u+=UT+設ui,當ui=>UT+時,

uo從+UZ

-UZ例題：Rf=10k

，R2=10k

，UZ=6V，UREF=10V。當輸入ui為如圖所示的波形時，畫出輸出uo的波形。上下限：uoui08V3V傳輸特性+6V-6V3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V傳輸特性+6V-6V1.電路結構由滯回比較電路和RC定時電路構成上下限:9.4.2方波產生電路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+)=0方波發生器uo保持+UZ不變+UZ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。-UZ0UT+uctUT-+UZuo0t-UZT完整的波形：計算振蕩周期T。周期與頻率的計算：0UT+uctUT-+UZ-UZT1T2TT=T1+T2=2T2

uc(t)=UC(

)+

UC(0+)-UC(

)e,=RC-t

T2階段uc(t)的過渡過程方程為:f=1/T可推出:3、占空比可調的方波發生器UZuo0t-UZ

改變電位器RW

的滑動端，就改變了沖放電的時間，從而使方波的占空比可調。9.4.3鋸齒波產生電路電路結構：遲滯比較器+反相積分器一.三角波發生器工作原理：若uo1=+UZ，uo2↓，u+↓。

當u+≤0時，uo1翻轉為-UZ。若uo1=-UZ，uo2↑，u+↑

。

當u+≥0時，uo1翻轉為+UZ。波形圖振蕩周期：0UT+uo2tUT-+UZuo10t

-UZT

二.鋸齒波發生器改變積分器的正反向充電時間常數uo1=+UZ，D截止，充電