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第八章 波形发生器. 8.1 正弦波振荡电路的分析方法. 8.2 RC 正弦波振荡电路. 8.3 LC 正弦波振荡电路. 8.4 石英晶体振荡器. 8.5 非正弦波发生电路. 放大电路. 反馈网络. ~. 8.1 正弦波振荡电路的分析方法. 8.1.1 产生正弦波振荡的条件. 图 8.1.1 反馈放大电路产生自激振荡的条件. 如果反馈电压 u f 与原输入信号 u i 完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号 —— 自激振荡 。. 由此知放大电路产生自激振荡的条件是：. 即：. 所以产生正弦波振荡的条件是：.
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第八章波形发生器 8.1 正弦波振荡电路的分析方法 8.2RC正弦波振荡电路 8.3LC正弦波振荡电路 8.4 石英晶体振荡器 8.5 非正弦波发生电路
放大电路 反馈网络 ~ 8.1 正弦波振荡电路的分析方法 8.1.1 产生正弦波振荡的条件 图8.1.1反馈放大电路产生自激振荡的条件 如果反馈电压 uf 与原输入信号 ui 完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号——自激振荡。
由此知放大电路产生自激振荡的条件是： 即： 所以产生正弦波振荡的条件是： ——幅度平衡条件 ——相位平衡条件
8.1.2 正弦波振荡电路的组成和分析步骤 组成：放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节。 分析步骤： 一、判断能否产生正弦波振荡 1. 检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分； 2. 检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作； 3. 分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件和振幅平衡条件。 判断相位平衡条件的方法是：瞬时极性法。 二、估算振荡频率和起振条件
8.2RC 正弦波振荡电路 8.2.1RC 串并联网络振荡电路 电路组成： 放大电路 —— 集成运放 A ； 图8.2.1 选频与正反馈网络 —— R、C 串并联电路； 稳幅环节 —— RF 与 R组成的负反馈电路。
图8.2.2 一、RC 串并联网络的选频特性 Z1 Z2 取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ，令 则：
0 F 0 得 RC 串并联电路的幅频特性为： 1/3 相频特性为： +90º -90º 最大，F = 0。 图8.2.3
二、振荡频率与起振条件 1. 振荡频率 2. 起振条件 f = f0 时， 由振荡条件知： 所以起振条件为： 同相比例运放的电压放大倍数为 即要求：
图8.2.4 三、振荡电路中的负反馈 引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。 反馈系数 RT 改变 RF，可改变反馈深度。增加负反馈深度，并且满足 则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。 采用具有负温度系数的热敏电阻 RT 代替反馈电阻 RF ，可实现自动稳幅。
0 8.2.2 其他形式的 RC 振荡电路 一、移相式振荡电路 270º 180º 集成运放产生的相位移 A = 180º，如果反馈网络再相移 180º，即可满足产生正弦波振荡的相位平衡条件。 90º 当 f = f0 时，相移 180º，满足正弦波振荡的相位条件。 图8.2.6 振荡频率为： 起振条件：RF > 12 R
图8.2.8 二、双 T 选频网络振荡电路 振荡频率约为： 当 f = f0时，双 T 网络的相移为 F = 180º；反相比例运放的相移 A = 180º，因此满足产生正弦波振荡的相位平衡条件。 如果放大电路的放大倍数足够大，同时满足振幅平衡条件，即可产生正弦波振荡。
8.3LC正弦波振荡电路 8.3.1LC并联电路的特性 当频率变化时，并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。 并联电路的导纳： 图8.3.1 电路发生并联谐振。 当
并联谐振角频率 令： ——谐振回路的品质因数 当 Q>> 1 时 谐振频率：
LC 并联回路的阻抗： 发生并联谐振时， 回路等效阻抗： 在谐振频率附近， 可见，Q 值不同，回路的阻抗不同。
F +90º -90º 不同 Q值时，LC 并联电路的幅频特性： Z01 Q1> Q2 Q1 Q2 Z02 相频特性： 结论： 1. 当 f = f0时，电路为纯电阻性，等效阻抗最大；当 f<f0时，电路为感性；当 f>f0时，电路为容性。所以 LC 并联电路具有选频特性。 Q1> Q2 Q2 Q1 感性 纯阻 容性 2. 电路的品质因数 Q 愈大，选频特性愈好。 图8.3.2
谐振时 LC回路中的电流 电容支路的电流： 并联回路的输入电流： 所以： 当Q >> 1 时， 结论：谐振时，电容支路的电流与电感支路的电流大小近似相等，而谐振回路的输入电流极小。
- 8.3.2 变压器反馈式振荡电路 一、电路组成 用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。 二、振荡频率和起振条件 振荡频率 图8.3.3变压器反馈式 振荡电路 起振条件
- - - 8.3.3 电感三点式振荡电路 一、电路组成 用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。 二、振荡频率和起振条件 图8.3.4 振荡频率 起振条件
图8.3.5 - - - 8.3.4 电容三点式振荡电路 一、电路组成 用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。 二、振荡频率和起振条件 振荡频率 起振条件
8.3.5 电容三点式改进型振荡电路 振荡频率 选择 C << C1， C << C2， 则： 图8.3.6 减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于产生高频振荡。
8.4 石英晶体振荡器 8.4.1 石英晶体的基本特性和等效电路 一、基本特性 压电效应：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产生机械变形；若在晶片上施加机械压力，在晶片相应的方向上会产生一定的电场。 压电谐振：晶片上外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅突然增加。
X O f 二、等效电路 符号： 串联谐振频率 图8.4.1 电抗频率特性 并联谐振频率 感性 fs fp 容性 容性 图8.4.2
8.4.2 石英晶体振荡电路 一、并联型石英晶体振荡电路 交流等效电路 图8.4.3 振荡频率 由于
二、串联型石英晶体振荡电路 当振荡频率等于 fS时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。 振荡频率 图8.4.4串联型石英晶体振荡电路 调节 R可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。
图8.5.2 8.5 非正弦波发生电路 8.5.1 矩形波发生电路 一、电路组成 RC充放电回路 滞回 比较器 图8.5.1 滞回比较器：集成运放、R1、R2； 充放电回路：R、C； 钳位电路：VDZ、R3。
uC O t uO O t u- 二、工作原理 设 t = 0 时，uC =0，uO = + UZ u+ 则 当 u- = uC= u+时， t1 t2 输出跳变， uO = - UZ 则 当 u- = uC= u+时，输出又一次跳变， uO = + UZ 图8.5.3
uC O t1 t2 t3 t uO O t 图8.5.3 三、振荡周期 电容的充放电规律： 对于放电， 解得： 结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。
uC O t 图8.5.4 uO T1 T2 O t T 四、占空比可调的矩形波发生电路 使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。 充电时间 T1 放电时间 T2 占空比 D 图8.5.5
uO1 图8.5.6 O t uO O t 8.5.2 三角波发生电路 一、电路组成 二、工作原理 当 u+ = u-= 0 时，滞回比较器的输出发生跳变。 图8.5.7
三、输出幅度和振荡周期 当 u+ = u-= 0 时，uO1 跳变为 -UZ， uO达到最大值 Uom。 解得三角波的输出幅度 振荡周期
图8.5.8 uO1 T2 T1 O t uO O t T 8.5.3 锯齿波发生电路 一、电路组成 二、输出幅度和振荡周期 图8.5.9
