9 正弦波信号产生电路
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 ：
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
电路电子技术基础模拟部分-第六版
1 / sC VP ( s ) VA ( s ) R 1 / sC Vi ( s ) VA ( s ) VA ( s ) Vo ( s ) VA ( s ) VP ( s ) 0 R 1 / sC R Vo ( s ) AVF 得滤波电路传递函数 A( s ) Vi ( s ) 1 (3 - AVF ) sCR ( sCR )2
20lg|
A(j) | A0 /dB 20 10
产生增益过冲的 原因是什么？ 上 限 角频 率 H 和 特 征 角频 率 C 有 何差别？
归一化的幅 频响应曲线
/C
12
华中科技大学 张林
4. n阶巴特沃斯传递函数 传递函数为
A( jω)
A0 1 (ω / ωc )2n
式中n为阶滤波电路阶数，c为3dB载止角频率，A0为通带电 压增益。 | A( j ) |
其中 A( j ) —— 模，幅频响应 ( ) —— 相位角，相频响应
d ( ) ( ) ( s) d
群时延响应
4
华中科技大学 张林
10.1 滤波电路的基本概念与分类
2. 分类
低通（LPF） 高通（HPF） 带通（BPF） 带阻（BEF） 全通（APF） 希望抑制 50Hz 的 干扰信号，应选用 哪种类型的滤波电 路？
相频响应
cQ ( ) arctg 2 1( ) c
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11
10.3.1 有源低通滤波电路
3. 幅频响应
20 lg A( j ) 1 20 lg 2 A0 2 2 1 ( ) ( ) c cQ
Q＝10 5 2 1 0 －3 －10 －20 －30 －40 0.3 0.4 0.1 0.2 0.5 1 2 3 5 10 0.707 0.5
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。
正弦信号发生器设计
正弦信号发生器作者：程锟、晏婷婷、覃雄伟摘 要：本设计以凌阳SPCE061A 单片机为核心，基于直接数字频率合成（DDS ）技术制作了一个频率值能任意调节的多功能信号源。
该信号源在1KHZ~10MHZ 范围能输出稳定可调的正弦波，并具有AM 、ASK 和PSK 等调制功能。
信号输出部分采用电流放大型宽带运放做电流放大，再用宽带电压运放做电压放大，很好地解决了带宽和带负载能力的要求。
系统采用液晶显示模组CPCL501显示和键盘控制功能，在Ω50负载电阻下输出的电压峰-峰值p p V -≥1V 可调。
一、方案论证与选择1.题目分析：本设计要求可以输出较宽频带且频率稳定度足够高的正弦信号，并且具有一定的负载能力，同时可输出指标满足要求的AM 、ASK 、PSK 信号。
综合题目指标要求及相关分析，得到该设计的功能框架图如图一所示。
本设计可分为以下几个部分：频率合成模块、AGC （自动增益控制）模块、幅度控制模块、功率放大模块、调制模块及人机交流模块。
图一 功能模块框图2.方案比较（1）正弦信号发生模块方案一：采用反馈型LC 振荡原理。
选择合适的电容、电感就能产生相应的正弦信号。
其中电容采用变容二极管，通过控制二极管的电压来改变电容， 最终控制输出信号频率。
此方案器件比较简单，但是难以达到高精度的程控调节，而且稳定度不高。
方案二：采用FPGA 器件。
将某一标准正弦信号经过高速采样后送到外部存储器中储存好，然后用一个计数器产生地址读出存储器中的数据后送到D/A 转换器件中输出，可以通过改变计数器的参数，改变地址信号，实现，也可以通过处理数据改变信号的幅度。
但是此方案的输出波形受时钟影响较大，且不易于控制步进和进行功能扩展。
方案三：采用直接频率合成集成芯片AD9851。
AD9851是AD 公司生产的DDS 芯片，带并行和串行加载方式，AD9851 内含可编程DDS 系统和高速比较器,能实现全数字编程控制的频率合成。
《模拟电子技术》课件第9章 信号发生电路
电路可以输出频率为
f0
AV
FV 3 1
2πRC
1 1
3
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
4. 稳幅措施
采用非线性元件 热敏元件
起振时，
AV
1
Rf R1
3
即 AV FV 1
热敏电阻的作用
热敏电阻
Vo
Io
Rf 功耗
Rf 温度
Rf 阻值
AV
AV 3
四、 三端式LC振荡电路 2. 电容三点式振荡电路
T
Rc
C1
Rb2 Rb1
L
+ +
C2
–
– +–
+
A β RC
rb e
F Vf C1
Vo
C2
令 A F C1 β RC 1
C 2 rbe
起振条件为 β C 2 rbe
C1 RC
谐振频率
f0
2π
1 LC
C C1C2 C1 C2
四、 三端式LC振荡电路 3. 电感三点式振荡电路
§9.2 RC正弦波振荡电路
一、RC串并联网络振荡电路 1. 电路组成
RC桥式振荡电路
i2
R2
R1
i1
vN -
vI
vP
A +
vO
反馈网络兼做选频 网络
AV
1
Rf R1
2. RC串并联选频网络的选频特性
1
1
Z R jω C
Z2 R// jωC
FV
V f V1
Z2 Z1 Z2
jωCR (1 ω2 R2C 2 ) 3 jωCR
信号发生器设计(正弦,方波,三角,多用信号发生器)
模拟电路课程设计报告设计课题：信号发生器设计班级：10通信工程三班学生姓名：陶冬波学号：2010550921指导教师：设计时间：目录一、信号发生器摘要--------------------3二、设计目的---------------------3三、设计内容和要求四、设计方案------------------------------------------34.1 RC桥式正弦波产生电路--------------------------------------3 4.2方波产生电路----------------------------------------------------6 4.3三角波产生电路-------------------------------------------------84.4多用信号发生器-------------------------------------------------9五、组装调试及元件清单---------------------------105.1 测试仪器---------------------------------------------------------10 5.2信号发生器元件清单-----------------------------------------------115.3调试中出现的故障、原因及排除方法----------------------11六、总结设计电路，改进措施----------------------116.1 正弦波产生电路改进措施--------------------------------------116.2多用信号发生器改进措施---------------------------------------11七、收获和体会-----------------------------------------12八、参考文献--------------------------------------------12信号发生器设计一、信号发生器设计摘要：本设计介绍了波形发生器的制作和设计过程,并根据输出波形特性研究该电路的可行性。
7.1正弦波信号产生电路
模拟电子技术第七讲(1)
+
+
R1
vo
+
+
-
C2
vf -
+
+
其频率特性为：
当ω=∞时， vf=0，│F│=0
ϕ F→-90°
当ω↓时， vf=↑，│F│↑
ϕF↓
模拟电子技术第七讲(1)
由以上分析知：可能有一个频率ω0存在，
当ω=ω0时，│F│最大，且 ϕF=0°
ω0=？ │F│max=？
|F|
|F| 频率很低
Rf
Δ
_∞
vo
+
+
R1
C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。
2.3 RC桥式振荡器的稳幅 一、采用热敏电阻
模拟电子技术第七讲(1)
2.3 RC桥式振荡器的稳幅
模拟电子技术第七讲(1)
二、利用二极管的非线性实现自动稳幅
RC串并联网络： 正反馈、选频网络
R
集成运放A： 放大网络
C
+∞
A+
vo
-
模拟电子技术第七讲(1) 应用电路之一
—正弦波振荡电路
内容纲要
11 正正弦弦波波振振荡荡电电路路的的基基本本原原理理 22 RRCC正正弦弦波波振振荡荡电电路路
1 正弦波振荡电路的基本原理
模拟电子技术第七讲(1)
¾ 正弦波振荡电路能产生正弦波输出，它是在放大
电路的基础上加上正反馈而形成的。
¾ 它是各类波形发生器和信号源的核心电路。
只有正反馈电路才能产生自激振荡。
+ Xi +
X d 基本放大器 A
+
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弦波振荡电路
1. 电路组成 2. RC串并联选频网络的选频特性 3. 振荡电路工作原理 4. 稳幅措施
8
1. 电路组成
又称文氏电桥振荡电路
反馈网络兼做选频网络
9
2. RC串并联选频网络的选频特性
反馈系数
FV ( s ) Vf ( s ) Z2 sCR Vo ( s ) Z1 Z 2 1 3 sCR ( sCR ) 2
24
石英晶体振荡电路
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。
25
二、等效电路
串联谐振频率 符号：
fs
1 2 LC
6
3. 基本结论
正弦波持续振荡的两个条件是：
①振幅平衡条件（幅值条件） AF=1
②相位平衡条件
①放大电路 ②正反馈
a ( ) f ( ) 2n
从电路结构上来看，一个振荡电路必须满足三个条件：
③选频网络（只对某一固定频率发生振荡）
欲使振荡电路自行建立振荡，则必需满足
AF 1
AV 1 Rp3 R3 RDS 3
稳幅原理
Vo
VGS (负值)
RDS
AV
AV 3
AV FV 1 稳幅
14
（3）采用非线性元件二极管
end
15
9.3 LC正弦波振荡电路
9.3.1 LC并联谐振回路选频特性 9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路
9.3.3 三点式LC振荡电路
4
正反馈放大电 路如图示。（注意 与负反馈方框图的 差别）
Xa Xi Xf
AF
A 1 AF
若环路增益 AF 1
则 X a X f ， 去掉 X i ， X o 仍有稳定的输出 则称电路发生 自激振荡 又 AF AF a f AF a f
R
C
R
(b) 正反馈，能振荡
30
习题 3
RP 在0~5k内可调。稳幅后rd=500 ，求（1）RP 的值；（2）振荡频 率。
RP
D1 R2
4.5k
R1
2k
（1）放大电路增益 解：
RP ( rd // R2 ) AV 1 R1
– A + R
D2
vO
C
0.01 F
C
0.01 F
R 10k
C 0.01u R3 A R2 RP R1 DZ VZ= 6V vO
vP +
–
R 10k C 0.01u
vN
VRP
幅度较小时， AV 3
Vo
幅度增大到稳压管击穿时，
RP和R1的电流、 R2的压降不变
AV
Vo
VN 负反馈系数 F V
o
稳幅时 VN VP 1 Vom 3
R
10k
稳幅时
得
AV 3
10k
RP 2 R1 ( rd // R2 ) 3.55k
（2）振荡频率
1 fo 2RC
31
习题 4
解：（1）极性 RP R2 3 （2） AV 1 R1 RP R2 2 R1 10.2k 1 1591.5Hz （3） f 0 2RC （4） 稳幅原理
16
等效损耗电阻 9.3.1 LC并联谐振回路选频特性 1. 等效阻抗
1 ( R jL) jC Z 1 R jL jC
一般有 R L 则
Z L C 1 ) C
R j(L
当 0 谐振时
1 LC
时， 电路谐振。 0
1 LC
为谐振频率
阻抗最大，且为纯阻性 Z 0
用瞬时极性法判断可知，电 路满足相位平衡条件
a f 2n
此时若放大电路的电压增益为 AV 1 Rf 3
R1
Av
则振荡电路满足振幅平衡条件 AV FV 3 1 1
3 1 电路可以输出频率为 f 0 的正弦波 2RC
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波
调整 C s 可使 f s 在 f s 和 f p 之间变化
27
石英晶体振荡电路
相当于电容三点式LC振荡电路
28
end
习题 1
VCC Rd
(-) (+)
T2
(-)
R
C R
T1 R1 Re2
(-)
C
(-)
(a)
负反馈，不能振荡
29
习题 2
灯 N R1
(+)
R2 – A +
(+) (+)
vO
P C
2. 电感三点式振荡电路
22
9.3.3 三点式LC振荡电路
3. 电容三点式振荡电路
23
9.4 石英晶体振荡电路
频率稳定问题
频率稳定度一般由
f 来衡量 f0
f ——频率偏移量。
f 0 ——振荡频率。
品质因数 Q 值越高，选频特性越好，频率越稳定。
LC振荡电路 Q ——数百 Q ——104 106
一般产生1MHZ以上高频信号;
石英晶体正弦波振荡电路——f非常稳定;
1. 振荡条件
自激振荡－－放大电路输入端不接外接信号，而在输
出端仍有一定频率和幅度的信号输出的现象。
3
①自激振荡在放大电路中并非好事，它将使
放大电路不能正常工作，因此要采用消振电路来破坏
产生自激振荡的条件 ②但在振荡电路中则不然，它正是利用自激 振荡而工作。 ③振荡器与放大器的区别：前者不加输入信 号就有输出信号，而后者的输入端要接信号源。
0 2 ) 0
(
f arctg
0 ) 0
3
当
1 1 0 或 f f0 RC 2RC 1 3
幅频响应有最大值
FVmax
相频响应
f 0
11
3. 振荡电路工作原理
1 当 0 时， f 0 RC
(+)
(+)
(+) (+)
19
9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路
VCC M vo Rb1
(+) (+)
VCC Rb1
(-) (+) b
M (-) L c
C
(+) b
L c (-) T e
C
(+)
T e
(-)
Rb2 C1
C1
Rb2
Re
Ce
Re
反馈 反馈
满足相位平衡条件 满足相位平衡条件
20
9.3.3 三点式LC振荡电路
1. 三点式LC并联电路
9.1 正弦波振荡电路的振荡条件
9.2 RC正弦波振荡电路
＊ 9.3 LC正弦波振荡电路 ＊ 9.4 石英晶体正弦波振荡电路
1
9.1 正弦波振荡电路的振荡条件
1. 振荡条件 2. 起振和稳幅
3. 振荡电路基本结论
2
正弦波振荡器（或称正弦波信号发生器）分RC、LC和石英
晶体正弦波振荡电路三种类型: RC：输出频率较低 LC：输出频率较高 1HZ～1MHZ 低频信号;
首端 L1 中间端 L2 尾端 C
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 相位相反。 B. 若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。
电感三点式
首端 C1 中间端 C2 尾端 L
电容三点式
21
9.3.3 三点式LC振荡电路
12
4. 稳幅措施
采用非线性元件 热敏元件 起振时，AV 1 Rf 3
R1
热敏电阻
即
AV FV 1
热敏电阻的作用
Vo Io
具有负温度系数
Rf 功耗 Rf 温度 Rf 阻值
AV
AV 3
AV FV 1 稳幅
13
4. 稳幅措施
采用非线性元件 场效应管（JFET） D 、R4 、C 3 整流滤波 T 压控电阻
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
5
2. 起振和稳幅
起振条件
A( ) F ( ) 1
a ( ) f ( ) 2n
# 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？ 噪声中，满足相位平衡条件的某一频率 0 的信号被放大， 成为振荡电路的输出信号。 当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增 加，否则波形将出现失真。 稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时， 使振幅平衡条件从 AF 1 回到 AF 1 。
其中 Q 0 L 同时有
L Q Q 0 L RC 0C
1 1 L 为品质因数 R 0 RC R C IL IL Q I 即 IL IL I
17
9.3.1 LC并联谐振回路选频特性
2. 频率响应
18
9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路
1 且令 0 又 s j RC 1 则 FV 0 3 j( ) 0
幅频响应 FV
1
0 2 3 ( ) 0