模拟电子技术基础第九讲 正弦波信号产生电路16899.pptx

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1、上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础 9.1 正弦波振荡器的振荡条件正弦波振荡器的振荡条件 9.2 RC正弦波振荡正弦波振荡器器 9.3 LC正弦波振荡正弦波振荡器器 9.4 非正弦波振荡非正弦波振荡器器基本要求基本要求:1 掌握正弦波振荡的掌握正弦波振荡的相位平衡条件相位平衡条件、幅度平衡条件、幅度平衡条件 2 理解理解RC串并联式正弦波振荡电路串并联式正弦波振荡电路、LC振荡器振荡器的工作原理的工作原理 3 掌握掌握RC和和LC振荡电路能否自激的判别及振荡频率的计算振荡电路能否自激的判别及振荡频率的计算 9 正弦波信号产生电路正弦波信号产

2、生电路上页上页下页下页正弦波振正弦波振荡电路路没有没有输入信号，依靠自激振入信号，依靠自激振荡产生正弦波生正弦波输出信号的出信号的电路路组成：成：1.放大放大电路路2.正反正反馈网网络3.选频网网络4.稳幅幅环节 9.1 正弦波振荡器的振荡条件正弦波振荡器的振荡条件上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础1 振荡条件振荡条件 正正反反馈馈框框图图如如图图示示。（注注意意与与负负反反馈馈方方框框图的差别）图的差别）若环路增益若环路增益则则去掉去掉仍有稳定的输出仍有稳定的输出又又所以所以振荡条件振荡条件为为振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡

3、条件更关键更关键上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础1 振荡条件振荡条件振幅平衡条件振幅平衡条件 相位平衡条件相位平衡条件思考？思考？与自激振荡条件有何异同？与自激振荡条件有何异同？常据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断电路可否振荡。常据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断电路可否振荡。振荡条件振荡条件自激振荡幅值条件自激振荡幅值条件 自激振荡条件自激振荡条件自激振荡相位条件自激振荡相位条件pwjwj)12()()(fa+=+n上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础要使电路自行振荡，需满足要使电路自

4、行振荡，需满足起振条件起振条件思思考考？振振荡荡电电路路是是单单口口网网络络，无无须须输输入入信信号号就就能能起起振振，起起振振的信号源来自何处？的信号源来自何处？电路的电磁波干扰电路的电磁波干扰振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件是平衡条件，电路处于稳态振荡是平衡条件，电路处于稳态振荡 2 起振条件起振条件上页上页下页下页频率成分丰富的随机噪声信号中恰好有频率成分丰富的随机噪声信号中恰好有0=2f0，使起振条件得，使起振条件得以满足（选频网络），产生以满足（选频网络），产生增幅振荡，自激增幅振荡，自激在幅值不断增大的输出信号发生失真之前，要采取措施加以限在幅值不断增大的输出信号发

5、生失真之前，要采取措施加以限制（制（限幅、稳幅限幅、稳幅），），增幅振荡增幅振荡等幅振荡等幅振荡起振起振稳幅稳幅 3 起振与稳幅起振与稳幅上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)反馈网络（构成正反馈的）反馈网络（构成正反馈的）(3)选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈 网络合二为一。）网络合二为一。）(4)稳稳幅幅环环节节（电电路路易易于于起起振振并并逐逐步步稳稳幅幅振振荡荡，使使波波形形失失真小）真小）(1)放大电路（包括负反馈放大电路）放大电路（包括负反馈放大电路）4

6、正弦波振荡电路的基本组成正弦波振荡电路的基本组成常用的选频网络有常用的选频网络有RC选频（选频（1兆以下低频信号）和兆以下低频信号）和LC选频选频（1兆以上高频信号）兆以上高频信号）上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础 9.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器1.电路原理图电路原理图2.RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性3.振荡的建立与稳定振荡的建立与稳定4.振荡频率与振荡波形振荡频率与振荡波形5.稳幅措施稳幅措施上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础反反馈馈网网络络兼兼做做选选

7、频频网网络络,为为正正反馈。反馈。Z1、Z2、R1、Rf构成一个四臂电桥构成一个四臂电桥放放大大电电路路Av为为电电压压串串联联负负反反馈，具有馈，具有Ri高，高，Ro低的特点低的特点Av为同相比例运算电路为同相比例运算电路1.电路原理图电路原理图上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础2.RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性反馈系数反馈系数幅频响应幅频响应又又且令且令则则相频响应相频响应上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础当当幅频响应有最大值幅频响应有最大值相频响应相频响应上页

8、上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础此时若放大电路的电压增益为此时若放大电路的电压增益为用瞬时极性法判断可知，用瞬时极性法判断可知，则振荡电路满足振幅平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件当当时，时，(+)(+)(+)(+)Av3.振荡的建立与稳定振荡的建立与稳定电路满足相位平衡条件电路满足相位平衡条件上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础电路满足相位平衡条件电路满足相位平衡条件因因时，时，(+)(+)(+)(+)Av 所以，振荡频率为所以，振荡频率为 RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于正弦波振荡

9、电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波的正弦波4.振荡频率与振荡波形振荡频率与振荡波形 若适当调整负反馈的强弱，使若适当调整负反馈的强弱，使Av的值在起振时略大于的值在起振时略大于3，达到稳幅时达到稳幅时Av=3，则，输出频率为则，输出频率为 的正弦波。的正弦波。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础5.稳幅措施稳幅措施 采用采用非线性元件非线性元件自动调自动调整反馈的强弱从而稳幅。整反馈的强弱从而稳幅。4(1)热敏元件热敏元件热敏电阻热敏电阻起振时，起振时，即即负温度系数热敏电阻的作用负温度系数热敏电阻的作用稳幅稳幅思考？思考？可否采

10、用正温度系数的热敏电阻？应怎样连接？可否采用正温度系数的热敏电阻？应怎样连接？上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础采用非线性元件采用非线性元件4(2)工工作作在在可可变变电电阻阻区的场效应管区的场效应管(JFET)稳幅原理稳幅原理稳幅稳幅整流滤波整流滤波T 压控电阻压控电阻一般只要调节一般只要调节RP3、RP4上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础采用非线性元件采用非线性元件4(3)正反并联二极管正反并联二极管输出电压的幅值：输出电压的幅值：当当vo很小很小，D1、D2截止截止起振起振当当v

11、vo o较较大大，D1D1、D2D2之之一一导导通通，R R3 3变变小小，且且v vo o增增大大R RD D减减小小，直直至至VomVom，AvAv趋于趋于3 3当当Av3时时上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础T2T2例如文氏桥典型电路例如文氏桥典型电路+-+上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础+VccCeCRe1RC2Rb1T1RC1Re2RT2RC例例9-1：根根据据相相位位平平衡衡条条件件，利利用用瞬瞬时时极极性性法法判判断断以以下下电电路路能能否否振荡振荡+-+-不满足相位平衡

12、条件，不能振荡不满足相位平衡条件，不能振荡上页上页下页下页作作业P312 9.2.1 9.2.2 9.2.4 9.2.5上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础 9.3 LC正弦波振荡器正弦波振荡器9.3.1 LC选频放大电路选频放大电路9.3.2 变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路9.3.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础等效损耗电阻等效损耗电阻一般有一般有则则当当 时，时，电路谐振。电路谐振。为谐振频率为谐振频率谐振时谐振时阻抗最大，且为纯阻性

13、，容抗等于感抗，阻抗最大，且为纯阻性，容抗等于感抗，其中其中为为品质因数品质因数(几十几百几十几百)同时有同时有即即1.1.并联谐振回路并联谐振回路9.3.1 LC选频放大电路选频放大电路 9.3 LC正弦波振荡器正弦波振荡器上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础当当Z仅局限于仅局限于 0附近时，附近时，近似有近似有=0,-0=相对失谐量相对失谐量 偏离偏离 0的程度的程度Z0为谐为谐振阻抗振阻抗感性感性容性容性上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.电路结构电路结构2.相位平衡条件相位平衡条

14、件3.幅值平衡条件幅值平衡条件4.稳幅稳幅5.选频选频 通通过过选选择择高高 值值/gm和和R的的BJT、FET和和调调整整变变压压器器的的匝匝数数比比，可可以满足以满足 ,电路可以起振。电路可以起振。BJT/FET进入非线性区，波形进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。虽虽然然波波形形出出现现了了失失真真，但但由由于于LC谐谐振振电电路路的的Q值值很很高高，选选频特性好，所以仍能选出频特性好，所以仍能选出0=的正弦波信号。的正弦波信号。即振荡频率为即振荡频率为9.3.2 变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路VDDdsTg

15、gCgR上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)反馈反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件反馈反馈上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础仍然由仍然由LC并联谐振电路构成选频网络并联谐振电路构成选频网络A.若中间点交流接地，则首端与尾端若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。相位相反。1.三点式三点式LC并联电路并联电路电容三点式电容三点式电感三点式电感三点式 中中间间端端的的瞬瞬时时电电位位一一定定在在首首、尾尾端端电

16、位之间。电位之间。l三点的相位关系三点的相位关系B.若首端或尾端交流接地，则其他两若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。端相位相同。适当选取适当选取L2/L1可起振可起振对高次谐波阻抗大，输对高次谐波阻抗大，输出谐波分量大，波形不出谐波分量大，波形不理想理想适当选取适当选取C2/C1可起振可起振对高次谐波阻抗小，输对高次谐波阻抗小，输出波形好出波形好9.3.3 LC三点式振荡电路三点式振荡电路上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础2.电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路振荡频率振荡频率:中间点交流接地，首中间点交流接地，首端与尾端相位相反

17、端与尾端相位相反上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础3.电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路谐振频率谐振频率上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例9-2：根根据据相相位位平平衡衡条条件件，利利用用瞬瞬时时极极性性法法判判断断以以下下电电路路能能否否振振荡荡?若能，写出振荡频率表达式若能，写出振荡频率表达式谐振频率谐振频率+-+上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件+上页上页下页

18、下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础例：根据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断以下电路能否振荡例：根据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断以下电路能否振荡满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础（1）检检查查电电路路是是否否具具备备正正弦弦波波振振荡荡器器的的基基本本组组成成部部分分，即即基基本本放放大大器器和和反反馈馈网网络络，并并且且有有选选频频环环节。节。（2）检检查查放放大大器器的的偏偏置置电电路路，看看静静态态工工作作点点是是否否能能确保放

19、大器正常工作确保放大器正常工作。（3）分析振荡器是否满足振幅平衡条件和相位平）分析振荡器是否满足振幅平衡条件和相位平衡条件衡条件(主要看是否满足相位平衡条件主要看是否满足相位平衡条件，即用瞬，即用瞬时极性法判别是否存在正反馈时极性法判别是否存在正反馈)。分析三种分析三种LC正弦波振荡电路能否正常工作的步骤可归纳如下：正弦波振荡电路能否正常工作的步骤可归纳如下：上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础+VCCC2C1ReRb2Rb1CeCbLT例例9-3：根据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断以下电路能否振荡根据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断以下电

20、路能否振荡不满足相位平衡条件不满足相位平衡条件+-上页上页下页下页9.4 石英晶体石英晶体振荡电路振荡电路上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础lQ值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。1.频率稳定问题频率稳定问题l频率稳定度一般由频率稳定度一般由 来衡量来衡量频率偏移量。频率偏移量。振荡频率。振荡频率。LC振荡电路振荡电路 Q=数百数百石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 Q=10000 500000上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础2.石英晶体的基本特性与等效电

21、路石英晶体的基本特性与等效电路结构：结构：极板间加电场极板间加电场极板间加机械力极板间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应：压电效应：交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当当交变电压频率交变电压频率=固有频率固有频率时，振幅最大时，振幅最大压电谐振压电谐振上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础L机械振荡的惯性机械振荡的惯性10102mH C晶片的弹性晶片的弹性10-410-1PF R晶片振动时因摩擦而造成晶片振动时因摩擦而

22、造成的损耗的损耗 102 2.石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的基本特性与等效电路等效电路等效电路A.串联谐振串联谐振特性特性:2个谐振频率个谐振频率 晶体等效阻抗为纯阻性晶体等效阻抗为纯阻性B.并联谐振并联谐振通常通常所以所以当当f高于高于fs，R、L、C支路呈感性，与支路呈感性，与Co并联谐振并联谐振R、L、C支路串联谐振支路串联谐振C0静态电容静态电容(两极板之间两极板之间的电容，几的电容，几PF几十几十PF)上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础2.石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的基本特性与等效电路实际使用时外接一小电容实际使

23、用时外接一小电容Cs则新的谐振频率则新的谐振频率(标称频率标称频率)为为由于由于由此看出由此看出调整调整上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础3.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路(1)(1)并联晶体振荡电路并联晶体振荡电路工作在工作在并联谐振状态，晶振作为电容三并联谐振状态，晶振作为电容三点式点式LCLC选频网络中的一个元件选频网络中的一个元件（代替（代替L L）。）。(2)(2)串联晶体振荡电路串联晶体振荡电路工作在串联谐振状态，工作在串联谐振状态，石英晶体作为一个石英晶体作为一个正反馈正反馈通路元件通路元件。(呈阻性呈阻性)上页上页下页下页

24、电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础 串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器 石英晶体接在石英晶体接在T1、T2组成的两极放大器的正反馈网络中，起组成的两极放大器的正反馈网络中，起到选频和正反馈作用。到选频和正反馈作用。当电路调谐到石英晶体的串联谐振频率当电路调谐到石英晶体的串联谐振频率s时，时，石英晶体阻抗最小石英晶体阻抗最小(相当于短路相当于短路)，电路的，电路的正反馈最强正反馈最强，且，且相相移为零移为零，满足振荡条件。，满足振荡条件。而对其它频率的信号，而对其它频率的信号，晶体阻抗很大，晶体阻抗很大，正反馈很弱，电路不能起振。可见这种电路的振荡频率正反馈很

25、弱，电路不能起振。可见这种电路的振荡频率0是由石是由石英晶体的串联谐振频率英晶体的串联谐振频率s所决定的，即：所决定的，即：0=s而不取决于振荡而不取决于振荡回路。回路。由由晶晶体体电电抗抗特特性性可可知知，当当=s时时，晶晶体体相相当当于于一一个个“短短路路”元元件件，串串联联型型晶晶体体振振荡荡器器正正是是利利用用晶晶体体这这一一特特性性构构成成的的正正弦弦波波振荡电路。振荡电路。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础分别标出图中所示各电路中变压器的同名端，使之分别标出图中所示各电路中变压器的同名端，使之满足正弦波振荡的相位条件。满足正弦波

26、振荡的相位条件。+-+-+-+上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础分别判断图中所示各电路是否满足正弦波振分别判断图中所示各电路是否满足正弦波振荡的相位条件，不满足的请改正荡的相位条件，不满足的请改正+-+-+电容三点式电容三点式上页上页下页下页作作业P315 9.4.1 9.4.2上页上页下页下页谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH