模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)九講 正弦波信號產(chǎn)生電路

電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9.1正弦波振蕩器的振蕩條件9.2RC正弦波振蕩器9.3LC正弦波振蕩器9.4非正弦波振蕩器基本要求:1掌握正弦波振蕩的相位平衡條件、幅度平衡條件

2理解RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路、LC振蕩器的工作原理

3掌握RC和LC振蕩電路能否自激的判別及振蕩頻率的計算

9正弦波信號產(chǎn)生電路正弦波振蕩電路沒有輸入信號，依靠自激振蕩產(chǎn)生正弦波輸出信號的電路組成：放大電路正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)9.1正弦波振蕩器的振蕩條件電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1振蕩條件

正反饋框圖如圖示。（注意與負(fù)反饋方框圖的差別）若環(huán)路增益則去掉仍有穩(wěn)定的輸出又所以振蕩條件為振幅平衡條件相位平衡條件更關(guān)鍵電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1振蕩條件振幅平衡條件相位平衡條件思考？與自激振蕩條件有何異同？常據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷電路可否振蕩。振蕩條件自激振蕩幅值條件自激振蕩條件自激振蕩相位條件pwjwj)12()()(fa+=+n電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)要使電路自行振蕩，需滿足起振條件思考？振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無須輸入信號就能起振，起振的信號源來自何處？電路的電磁波干擾振幅平衡條件相位平衡條件是平衡條件，電路處于穩(wěn)態(tài)振蕩2起振條件頻率成分豐富的隨機(jī)噪聲信號中恰好有ω0=2πf0，使起振條件得以滿足（選頻網(wǎng)絡(luò)），產(chǎn)生增幅振蕩，自激在幅值不斷增大的輸出信號發(fā)生失真之前，要采取措施加以限制（限幅、穩(wěn)幅），增幅振蕩→等幅振蕩起振穩(wěn)幅→3起振與穩(wěn)幅電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2)反饋網(wǎng)絡(luò)（構(gòu)成正反饋的）(3)選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿足相位平衡條件的一個頻率。經(jīng)常與反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一。）(4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)（電路易于起振并逐步穩(wěn)幅振蕩，使波形失真小）(1)放大電路（包括負(fù)反饋放大電路）4

正弦波振蕩電路的基本組成常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有RC選頻（1兆以下低頻信號）和LC選頻（1兆以上高頻信號）電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9.2RC正弦波振蕩器1.

電路原理圖2.

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性3.

振蕩的建立與穩(wěn)定4.

振蕩頻率與振蕩波形5.

穩(wěn)幅措施電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)反饋網(wǎng)絡(luò)兼做選頻網(wǎng)絡(luò),為正反饋。Z1、Z2、R1、Rf構(gòu)成一個四臂電橋放大電路Av為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，具有Ri高，Ro低的特點Av為同相比例運(yùn)算電路1.

電路原理圖電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性反饋系數(shù)幅頻響應(yīng)又且令則相頻響應(yīng)電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)幅頻響應(yīng)有最大值相頻響應(yīng)電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)此時若放大電路的電壓增益為用瞬時極性法判斷可知，則振蕩電路滿足振幅平衡條件當(dāng)時，(+)(+)(+)(+)Av3.

振蕩的建立與穩(wěn)定電路滿足相位平衡條件電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電路滿足相位平衡條件因時，(+)(+)(+)(+)Av

所以，振蕩頻率為RC正弦波振蕩電路一般用于產(chǎn)生頻率低于1MHz的正弦波4.

振蕩頻率與振蕩波形

若適當(dāng)調(diào)整負(fù)反饋的強(qiáng)弱，使Av的值在起振時略大于3，達(dá)到穩(wěn)幅時Av=3，則，輸出頻率為的正弦波。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5.

穩(wěn)幅措施

●采用非線性元件自動調(diào)整反饋的強(qiáng)弱從而穩(wěn)幅。(1)熱敏元件熱敏電阻起振時，即負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的作用穩(wěn)幅思考？可否采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻？應(yīng)怎樣連接？電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)●采用非線性元件(2)工作在可變電阻區(qū)的場效應(yīng)管(JFET)穩(wěn)幅原理穩(wěn)幅整流濾波T壓控電阻一般只要調(diào)節(jié)RP3、RP4電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)●采用非線性元件(3)正反并聯(lián)二極管輸出電壓的幅值：當(dāng)vo很小，D1、D2截止起振當(dāng)vo較大，D1、D2之一導(dǎo)通，R3’變小，且vo增大RD減小，直至Vom，Av趨于3當(dāng)Av＝3時電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)T2例如文氏橋典型電路++-+×電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)+VccCeCRe1RC2Rb1T1RC1Re2RT2RC例9-1：根據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷以下電路能否振蕩+×-+-不滿足相位平衡條件，不能振蕩作業(yè)P3129.2.19.2.29.2.49.2.5電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9.3LC正弦波振蕩器9.3.1

LC選頻放大電路9.3.2

變壓器反饋式LC振蕩電路9.3.3

三點式LC振蕩電路電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)等效損耗電阻一般有則當(dāng)時，電路諧振。為諧振頻率諧振時阻抗最大，且為純阻性，容抗等于感抗，其中為品質(zhì)因數(shù)(幾十～幾百)同時有即1.并聯(lián)諧振回路9.3.1

LC選頻放大電路9.3LC正弦波振蕩器電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)Z僅局限于

0附近時，近似有=0,-0=相對失諧量

偏離

0的程度Z0為諧振阻抗感性容性電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.電路結(jié)構(gòu)2.相位平衡條件3.幅值平衡條件4.穩(wěn)幅5.選頻

通過選擇高值/gm和R的BJT、FET和調(diào)整變壓器的匝數(shù)比，可以滿足

,電路可以起振。BJT/FET進(jìn)入非線性區(qū)，波形出現(xiàn)失真，從而幅值不再增加，達(dá)到穩(wěn)幅目的。

雖然波形出現(xiàn)了失真，但由于LC諧振電路的Q值很高，選頻特性好，所以仍能選出ω0=的正弦波信號。即振蕩頻率為9.3.2

變壓器反饋式LC振蕩電路VDDdsTggCgR電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)反饋滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件反饋××電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)仍然由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)A.若中間點交流接地，則首端與尾端相位相反。1.三點式LC并聯(lián)電路電容三點式電感三點式

中間端的瞬時電位一定在首、尾端電位之間。三點的相位關(guān)系B.若首端或尾端交流接地，則其他兩端相位相同。適當(dāng)選取L2/L1可起振對高次諧波阻抗大，輸出諧波分量大，波形不理想適當(dāng)選取C2/C1可起振對高次諧波阻抗小，輸出波形好9.3.3

LC三點式振蕩電路電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.電感三點式振蕩電路振蕩頻率:中間點交流接地，首端與尾端相位相反電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3.電容三點式振蕩電路諧振頻率電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)例9-2：根據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷以下電路能否振蕩?若能，寫出振蕩頻率表達(dá)式諧振頻率+×-++電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件+×++×電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)例：根據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷以下電路能否振蕩滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件××電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（1）檢查電路是否具備正弦波振蕩器的基本組成部分，即基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)，并且有選頻環(huán)節(jié)。（2）檢查放大器的偏置電路，看靜態(tài)工作點是否能確保放大器正常工作。（3）分析振蕩器是否滿足振幅平衡條件和相位平衡條件(主要看是否滿足相位平衡條件，即用瞬時極性法判別是否存在正反饋)。分析三種LC正弦波振蕩電路能否正常工作的步驟可歸納如下：電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)+VCCC2C1ReRb2Rb1CeCbLT例9-3：根據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷以下電路能否振蕩不滿足相位平衡條件+×--9.4

石英晶體振蕩電路電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。1.頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由來衡量——頻率偏移量?！袷庮l率。LC振蕩電路Q=數(shù)百石英晶體振蕩電路Q=10000500000電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.石英晶體的基本特性與等效電路結(jié)構(gòu)：極板間加電場極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場壓電效應(yīng)：交變電壓機(jī)械振動交變電壓機(jī)械振動的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高當(dāng)交變電壓頻率=固有頻率時，振幅最大－－壓電諧振電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)L——機(jī)械振蕩的慣性10~102mHC——晶片的彈性10-4~10-1PFR——晶片振動時因摩擦而造成的損耗

102Ω2.石英晶體的基本特性與等效電路等效電路A.串聯(lián)諧振特性:2個諧振頻率

晶體等效阻抗為純阻性B.并聯(lián)諧振通常所以當(dāng)f高于fs，R、L、C支路呈感性，與Co并聯(lián)諧振R、L、C支路串聯(lián)諧振C0——靜態(tài)電容(兩極板之間的電容，幾PF~幾十PF)電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.石英晶體的基本特性與等效電路實際使用時外接一小電容Cs則新的諧振頻率(標(biāo)稱頻率)為由于由此看出調(diào)整電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3.石英晶體振蕩電路(1)并聯(lián)晶體振蕩電路－－工作在并聯(lián)諧振狀態(tài)，晶振作為電容三點式LC選頻網(wǎng)絡(luò)中的一個元件（代替L）。

(2)串聯(lián)晶體振蕩電路－－工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)，石英晶體作為一個正反饋通路元件。(呈阻性)

電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

串聯(lián)型晶體振蕩器

石英晶體接在T1、T2組成的兩極放大器的正反饋網(wǎng)絡(luò)中，起到選頻和正反饋作用。當(dāng)電路調(diào)諧到石英晶體的串聯(lián)諧振頻率?s時，石英晶體阻抗最小(相當(dāng)于短路)，電路的正反饋最強(qiáng)，且相移為零，滿足振蕩條件。而對其它頻率的信號，晶體阻抗很大，正反饋很弱，電路不能起振。可見這種電路的振蕩頻率?0是由石英晶體的串聯(lián)諧振頻率?s所決定的，即：?0=?s而不取決于振蕩回路。

由晶體電抗特性可知，當(dāng)?=?s時，晶體相當(dāng)于一個“短路”元