模拟电子技术基础第九讲 正弦波信号产生电路
模拟电子技术课件第九章 信号产生电路[可修改版ppt]
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f f0 2π1RC
F
Vf Vo
1 3
F=0
为满足振荡的幅度条件 AF 1，所以
Af≥3。加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。
Af
1 R3 R4
3
(2) RC文氏桥振荡电路的稳幅过程
RC文氏 桥振荡电路的 稳幅作用是靠 热敏电阻R4实 现的。
R4是正温度系数热敏电 阻，即温度升高，R4的 阻值增加，负反馈增强， 输出幅度下降。反之输 出幅度增加。若热敏电 阻是负温度系数，应放 置在?
有关同名端的极性请参阅下图。
变压器反馈LC 振荡电路的振荡频 率与并联LC谐振电 路相同，为
f0
2π
1 LC
同名端的极性
电感三点式LC振荡电路
Z1 Z 2 R1 (1/ jC1) + [R2 /(1 jR2C2)]
R2
[R1 (1/ jC1)](1 jR2C2) R2
R2
R1 (1/ jC1) + jR1R2C2 R2C2 / C1 R2
1
(1
R
1
C 2)
j(R
C
-
1
)
RC
1 2 R C
21
21
F
1
(1
R
1
C 2)
§ 9.3 LC正弦波振荡电路
LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振
荡电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、 选频网络和稳幅电路。这里的选频网络是由
LC并联谐振电路构成，正反馈网络因不同类 型的LC正弦波振荡电路而有所不同。
LC并联谐振电路的频率响应 变压器反馈LC振荡电路
电感三点式LC振荡电路
电容三点式LC振荡电路
正弦波发生电路
称 为自激振荡条件。
由于A,F为复数形式，故自激振荡条件又可以表示为：
及 n=0,1,2… Z为整数
①由于场效应管的gm>0，以及电阻
因此式（9）中须有 。即X1和X3必须是同类电抗。
而为满足（8）式，可知X2必须为和X1、X3的相反类电抗。例如X1、X3为电感时X2必须为电容。
②通常分析时，由式（8）解得三点式振荡器的振荡频率，由式（9）求得电路的起振条件。
4、电容三点式振荡器
④当ω>ωp时，X(ω)<0
石英晶体呈容性阻抗
从上述阻抗特性说明：
图13
①当ω=ωs时，石英晶体阻抗为零（忽略R时，若计及R的影响，则为很小的电阻值）。
②当ωs<ω<ωp时，石英晶体相当于一个高Q值电感。
利用上述的两个特性，可以组成两类石英晶体正弦振荡器。
2、石英晶体振荡器
①利用Z(jω)呈高Q值电感特性，替代LC三点式振荡器中的电感，组成振荡频率为石英晶体并联谐振频率ωp的正弦振荡器。如图14（a）和（b）。
1、由闭合环路组成的自激振荡器，其振荡产生的起始信号来自于电路中的各种起伏和外来扰动，例如电路接通电源瞬间的电冲击、电子器件的噪声电压等等，这些电信号中含丰富的频率成分，经选频网络
选出某频率的信号输送至放大器A放大后，经F网络反馈后再放大，……，反复循环直至电路的输出Xo由小至大。最后建立和形成稳定的波形输出。
图7
图8
2、将场效应管的低频等效电路替代图7得图8等效电路，并分析得出：
及
由式（5）或式（7）的自激振荡条件：T=AF=1 有 ：
正弦信号产生电路
vIvP时v， OVOL (低电 ) 平
vIvP时v， OVOH (高电 ) 平
而vp与v0有关，对应于v0的两个电压值可得vp的 两个门限电压(上门限电压和下门限电压) 。
7
9.8 非正弦信号产生电路
9.8.1 比较器
2. 迟滞比较器(施密特触发器)
(1) 电路组成
vI
vN
–
vO
特点：正反馈
VREF
VREF
R2
vP
A +
(2) 门限电压
=1V 100
R1
vPR1R 1R2VREFR1R 2R2vO
10k
下门限电压VT-： v0=VOL时的门限电压。
VT
R1VREF R1R2
R1R 2R2VOL
9
9.8 非正弦信号产生电路
9.8.1 比较器
2. 迟滞比较器(施密特触发器)
(1) 电路组成
vI
vN
vI
VOL =-5V时：
VREF =1V
vN
R2 vP 100
–
A +
R1
vO
VT
R1VREF R2VOH R1R2 R1R2
＝1.04V
10k
VT
R1VREF R2VOL R1R2 R1R2
＝0.94V
V TV TV TR 2(V R O 1H R V 2O)L＝0.1V
11
9.8 非正弦信号产生电路
9.8.1 比较器
2. 迟滞比较器(施密特触发器)
(3) 传输特性
vI
vN
–
vO
当vI=0时： v0=VOH , vp=VT+
VREF
模拟电子技术 第九章 信号产生电路
振荡频率:
f0
1 2 LC
判断是否是正反馈: 用瞬时极性法判断
动画演示
LC正弦波振荡器举例
VCC M vo Rb1
(+) (+)
VCC Rb1 M (+) L
(+)
C
C
(+) b
L c (-) T e
(+) c
b C1 Rb2 e Re
T
(+)
Rb2 C1
Re
Ce
反馈 反馈
满足相位平衡条件 满足相位平衡条件
能自动稳幅的振荡电路
Rf1
Rf2 D1
将Rf分为二个： Rf1 和Rf2 ， Rf2
并联二极管
D2 R C
_
+
R C
R1
+
Rf1+Rf2略大于2R1,随 着uo的增加，Rf2逐渐 被短接，A自动下降， 输出自动被稳定于某 一幅值。
振荡频率的调节：
K：双联波段开关， 切换R，用于 粗调振荡频率。
LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小， 支路电流很大，电感与电容的无功功率互相 补偿，电路呈阻性。用于选频电路。
LC并联谐振回路的幅频特性曲线
L Q L Z0 Q 0 L Q RC 0C C
Q为谐振回路的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄， 选频特性越好。图中Q1＞Q2。并联谐振阻抗为Z0
起振条件 起振后，A＞1，振幅逐渐↑，当信号达到一定幅度 时，受放大电路中非线性元件的限制，使其工作在 饱和或截止状态，使 AF ↓，最后达到 AF 1 的平衡条件。
二、正弦波振荡的电路组成 1.具备放大器和反馈网络，构成正反馈闭环系统； 2.需要一个选频网络，产生一定幅度和单一频率的正 弦波信号。 3.稳幅环节，使振荡能稳幅进行。
《模拟电子技术基础(第五版 康华光主编)》 复习提纲
模拟电子技术基础复习提纲第一章绪论）信号、模拟信号、放大电路、三大指标。
（放大倍数、输入电阻、输出电阻）第三章二极管及其基本电路）本征半导体：纯净结构完整的半导体晶体。
在本征半导体内，电子和空穴总是成对出现的。
N型半导体和P型半导体。
在N型半导体内，电子是多数载流子；在P型半导体内，空穴是多数载流子。
载流子在电场作用下的运动称为漂移；载流子由高浓度区向低浓度区的运动称为扩散。
P型半导体和N型半导体的接触区形成PN结，在该区域中，多数载流子扩散到对方区域，被对方的多数载流子复合，形成空间电荷区，也称耗尽区或高阻区。
空间电荷区内电场产生的漂移最终与扩散达到平衡。
PN结最重要的电特性是单向导电性，PN结加正向电压时，电阻值很小，PN结导通；PN结加反向电压时，电阻值很大，PN结截止。
PN 结反向击穿包括雪崩击穿和齐纳击穿；PN结的电容效应包括扩散电容和势垒电容，前者是正向偏置电容，后者是反向偏置电容。
）二极管的V-I 特性（理论表达式和特性曲线））二极管的三种模型表示方法。
（理想模型、恒压降模型、折线模型）。
（V BE=）第四章双极结型三极管及放大电路基础）BJT的结构、电路符号、输入输出特性曲线。
（由三端的直流电压值判断各端的名称。
由三端的流入电流判断三端名称电流放大倍数））什么是直流负载线什么是直流工作点）共射极电路中直流工作点的分析与计算。
有关公式。
(工作点过高，输出信号顶部失真，饱和失真，工作点过低，输出信号底部被截，截止失真)。
）小信号模型中h ie和h fe含义。
）用h参数分析共射极放大电路。
（画小信号等效电路，求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）。
）常用的BJT放大电路有哪些组态（共射极、共基极、共集电极）。
各种组态的特点及用途。
P147。
（共射极：兼有电压和电流放大，输入输出电阻适中，多做信号中间放大；共集电极（也称射极输出器），电压增益略小于1，输入电阻大，输出电阻小，有较大的电流放大倍数，多做输入级，中间缓冲级和输出级；共基极：只有电压放大，没有电流放大，有电流跟随作用，高频特性较好。
正弦波发生电路
在电子乐器中，RC正弦波发生电路可以用于合成器、效果器和采样器 等设备，产生音符和音效。
04
在科学实验中，RC正弦波发生电路可以用于模拟地震、潮汐等自然现 象，进行相关研究。
LC正弦波发生电路的应用实例
01 02 03 04
LC正弦波发生电路常用于产生高频信号，如无线电广播和电视信号。
在通信领域，LC正弦波发生电路可以作为载波信号，用于调制解调器 和无线传输系统。
晶体振荡器的工作原理
总结词
晶体振荡器是一种利用晶体元件的压电 效应产生振荡的电路。
VS
详细描述
晶体振荡器由一个晶体元件和两个电容组 成，通过调节电容的大小，可以改变振荡 频率。当晶体元件受到外力作用时，会产 生形变，进而产生交变电场，形成正弦波 。晶体振荡器的优点是输出信号的频率稳 定度高、精度高，但价格较高。
正弦波发生电路
目录 CONTENT
• 正弦波发生电路概述 • 正弦波发生电路的工作原理 • 正弦波发生电路的设计与实现 • 正弦波发生电路的性能指标与测
试方法 • 正弦波发生电路的应用实例
01
正弦波发生电路概述
正弦波的定义与特性
正弦波是一种周期性变化的波形，其幅度和频率均随时间变 化。在数学上，正弦波可以用三角函数表示，其波形呈正弦 曲线形状。
选择合适的晶体振荡器型号，根据晶 体振荡器的频率计算输出频率，选择 合适的运放配置以获得理想的输出波 形。
实现方法
根据设计步骤搭建电路，将晶体振荡 器接入电路中，通过运放进行信号放 大和缓冲，输出理想的正弦波信号。
数字信号发生器正弦波发生电路的设计与实现
设计步骤
选择合适的数字信号发生器芯片，根据芯片的规格和功能编写程序以生成正弦波信号， 选择合适的DAC配置以获得理想的输出波形。
模拟电子技术基础第九讲正弦波信号产生电路
即振荡频率为
电子技术基础精 品课程——模拟
(+)
× (+)
(+) (-)
反馈
(+) (+)
(+)
(+) ×
反馈
满足相位平衡条件 电子技术基础精 品课程——模拟
满足相位平衡条件
9.3.3 LC三点式振荡电路
1. 三点式LC并联电路
仍然由LC并联谐振电路构成选频网络 中间端的瞬时电位一定在首、尾端
电位之间。 三点的相位关系 A. 若中间点交流接地，则首端与尾端
电子技术基础精 品课程——模拟
例如文氏桥典型电路
+×+
+
T2
电子技术基础精 品课程——模拟
例9-1：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
Rb1
RC1
+
T1
+
× Re1
RC2 +Vcc
-
T2
C
R-
Ce Re2
RC
不满足相位平衡条件，不能振荡 电子技术基础精 品课程——模拟
作业
• P312 • • • •
模拟电子技术基础第九 讲正弦波信号产生电路
2020年7月18日星期六
9.1 正弦波振荡器的振荡条件
• 正弦波振荡电路
– 没有输入信号，依靠自激振荡产生正弦波输 出信号的电路
• 组成：
1. 放大电路 2. 正反馈网络 3. 选频网络 4. 稳幅环节
正反馈框图如图示 。（注意与负反馈方
框图的差别）
1 振荡条件
则，输出频率为
的正弦波。
RC正弦波电振子荡技术电基路础一精般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波
方波、三角波、正弦波信号产生
课程设计报告题 目 方波、三角波、正弦波信号发生器设计课 程 名 称 模拟电子技术课程设计 院 部 名 称 机电工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气及其自动化（2）班 学 生 姓 名 李丽 学 号 1104102067 课程设计地点 C206 课程设计学时 1周 指 导 教 师 赵国树金陵科技学院教务处制目录1、绪论 (4)1.1相关背景知识 (4)1.2课程设计条件................................................... . (4)1.3课程设计目的.......... (4)1.4课程设计的任务 (4)1.5课程设计的技术指标 (5)2、信号发生器的基本原理 (5)2.1原理框图 (4)2.2总体设计思路 (5)3、各组成部分的工作原理 (5)3.1 正弦波产生电路 (5)3.1.1正弦波产生电路 (5)3.1.2正弦波产生电路的工作原理 (6)3.2 正弦波到方波转换电路 (8)3.2.1正弦波到方波转换电路图 (6)3.2.2正弦波到方波转换电路的工作原理 (8)3.3 方波到三角波转换电路 (11)3.3.1方波到三角波转换电路图 (11)3.3.2方波到三角波转换电路的工作原理 (13)4、电路仿真结果 (13)4.1正弦波产生电路的仿真结果 (14)4.2 正弦波到方波转换电路的仿真结果 (14)4.3方波到三角波转换电路的仿真结果 (15)5、设计结果分析与总结 (16)1、绪论1.1相关背景知识信号发生器是一种能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。
函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途，可以用于生产测试、仪器维修和实验室，还广泛使用在其它科技领域，如医学、教育、化学、通讯、地球物理学、工业控制、军事和宇航等。
它是一种不可缺少的通用信号源。
1.2课程设计条件以本学期学习的电子技术基础(模拟部分)为知识背景,我们知道通过放大器、比较器等元器件可构成集成电路、反馈放大电路、运算放大电路等一系列组合放大电路。
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电路的电磁波干扰
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3 起振与稳幅
A( ) F ( ) 1
a ( ) f ( ) 2nπ
起振
稳幅
• 频率成分丰富的随机噪声信号中恰好有ω0=2πf0，使起振条件得 以满足（选频网络），产生增幅振荡，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 制（限幅、稳幅），增幅振荡→等幅振荡
起振时，A F 1 → 稳定振荡时，A F 1
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4 正弦波振荡电路的基本组成
(1)放大电路（包括负反馈放大电路）
(2)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 网络合二为一。） 常用的选频网络有RC选频（1兆以下低频信号）和LC选频 （1兆以上高频信号）
1 振荡条件
振荡条件 AF 1
| A() F () | 1 振幅平衡条件
a ( ) f ( ) 2n 相位平衡条件
思考？ 与自激振荡条件有何异同？
自激振荡条件 AF 1
| A() F () | 1
自激振荡幅值条件
a () f () (2n 1) 自激振荡相位条件
常据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断电路可否振荡。
AV FV 1 稳幅 上页
AV 3
下页
●采用非线性元件 (3)正反并联二极管
当vo很小，D1、D2截止
AV
当vo
1 R2 R3 3.3
较大，R1D1、D2
3 起振 之一导通，R3’
变 小 ， 且 vo 增 大 RD 减 小 ， 直 至
Vom，Av趋于3
当Av＝3时 输出电压的幅值：
Z2
R
//(1/
jC)
1
R
jRC
反馈系数
FV
(s)
Vf (s) Vo (s)
Z2 Z1 Z2
sCR
1 3sCR (sCR)2
又 s j
且令
0
1 RC
则
FV
3
j(
1
0
)
0
幅频响应 FV
1
32 ( 0 )2 0
相频响应 f
(
arctg 0
3
0
)
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9.1 正弦波振荡器的振荡条件
• 正弦波振荡电路
– 没有输入信号，依靠自激振荡产生正弦波输 出信号的电路
• 组成：
1. 放大电路 2. 正反馈网络 3. 选频网络 4. 稳幅环节
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1 振荡条件
正反馈框图如图示。 （注意与负反馈方框 图的差别）
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| A() F () | 1 振幅平衡条件
a ( ) f ( ) 2n 相位平衡条件 •是平衡条件，电路处于稳态振荡 •要使电路自行振荡，需满足起振条件
| A() F () | 1
a ( ) f ( ) 2n
2 起振条件
思考？ 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振 的信号源来自何处？
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FV
1
32 ( 0 )2 0
( 0 ) f arctg 0 3
当
0
1 RC
或
1
f f0 2RC
幅频响应有最大值
1 FVmax 3
相频响应 f . 振荡的建立与稳定
当
0
1 RC
时，
f 0
用瞬时极性法判断可知，
上页
下页
●采用非线性元件
(2) 工 作 在 可 变 电 阻
区的场效应管(JFET)
D 、R4 、C3 整流滤波 T 压控电阻
AV
1
Rp3 R3 RDS
3
iD
vG S=0V
-1V
-2V
稳幅原理
-3V
vDS
Vo
一般只要调节RP3、RP4
VGS (负值)
RDS
AV
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(4)稳幅环节（电路易于起振并逐步稳幅振荡，使波形失 真小）
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9.2 RC正弦波振荡器
1. 电路原理图 2. RC串并联选频网络的选频特性 3. 振荡的建立与稳定 4. 振荡频率与振荡波形 5. 稳幅措施
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9 正弦波信号产生电路
9.1 正弦波振荡器的振荡条件 9.2 RC正弦波振荡器 9.3 LC正弦波振荡器 9.4 非正弦波振荡器 基本要求: 1 掌握正弦波振荡的相位平衡条件、幅度平衡条件 2 理解RC串并联式正弦波振荡电路、LC振荡器的工作原理 3 掌握RC和LC振荡电路能否自激的判别及振荡频率的计算
Xa Xi Xf
若环路增益 AF 1 则 Xa Xf ，
去掉 Xi ， Xo仍有稳定的输出
又 A F AFa f A F (a f )
所以振荡条件为
| A() F () | 1 振幅平衡条件
a ( ) f ( ) 2n 相位平衡条件
更关键
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(+) (+) (+)
电路满足相位平衡条件
所以，振荡频率为
f0
1
2RC
Av
若适当调整负反馈的强弱，使Av的值在起振时略大于3，
达到稳幅时Av=3，
则，输出频率为
1
f0 2RC
的正弦波。
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波
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5. 稳幅措施
1. 电路原理图
•反馈网络兼做选频网络,为正 反馈。
•放大电路Av为电压串联负反 馈，具有Ri高，Ro低的特点
Av为同相比例运算电路
Av
1
Rf R1
•Z1、Z2、R1、Rf构成一个四臂电桥
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2. RC串并联选频网络的选频特性
Z1 R (1/ jC )
a 0
(+) (+) (+)
a f 2n 电路满足相位平衡条件
此时若放大电路的电压增益为
AV
1
Rf R1
3
则振荡电路满足振幅平衡条件
AV
FV
3 1 3
1
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(+)
Av 下页
4. 振荡频率与振荡波形
因
0
1 RC
时，
f 0,a 0
a f 2n
(+)
●采用非线性元件自动调 整反馈的强弱从而稳幅。
(1)热敏元件
起振时，AV
1
Rf R1
3
即 AV FV 1
负温度系数热敏电阻的作用
Vo
Io
Rf 功耗
Rf 温度
热敏电阻
Rf 阻值
AV
AV 3
AV FV 1 稳幅
思考？ 可否采用正温度系数的热敏电阻？应怎样连接？
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