6章信号产生与变换电路

C
1 f0 2 LC
振荡频率仅取决于电感L和电容C，与C1、C2和管子的极 间电容关系很小，因此振荡频率的稳定度较高，其频率稳定 度的值可小于0.01％。再高的稳定度 时，要用晶体振荡器。
6.1.4 石英晶体正弦波振荡电路
1．石英晶体的基本知识
（1）压电特性
在石英晶片两极加一电场，晶片会产生机械变形。相 反，若在晶片上施加机械压力，则在晶片相应的方向上会 产生一定的电扬，这种现象称为压电效应。一般情况下， 晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅都非常小，只有在 外加某一特定频率交变电压时，振幅才明显加大，这种现 象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。上述 特定频率称为晶体的固有频率或谐振频率。
三角波振荡电路 锯齿波振荡电路
6.1 正弦波振荡电路
在科学研究、工业生产、医学、通讯、测量、自 控和广播技术等领域里，常常需要某一频率的正弦波 作为信号源。例如，在实验室，人们常用正弦波作为 信号源，测量放大器的放大倍数，观察波形的失真情 况。在工业生产中， ，应用高频正弦信号可以进行感 应加热，利用超声波可以探测金属内的缺陷；在医疗 仪器中，利用超声波可以检测人体内器官的病变。在 通讯和广播中更离不开正弦波。可见，正弦波应用非 常广泛，只是应用场合不同，对正弦波的频率、功率 等的要求不同而已。 正弦波振荡电路又叫正弦波产生电路。
为了减少管子的极间电容对振荡频率的影响，可在电感 L支路中串接电容C，使谐振频率主要由L和C决定，而Cl和 C2只起分压作用。
电容三点式改进电路
+VCC Rb1 Cb C1 Rb2 Ce uf Re C2 L
Rc
1 f0 2 LC
1 1 1 1 1 C C C1 C2 C
1．石英晶体的基本知识 （2）等效电路
当晶体不振动时，可把它看成是一 个平行板电容器C0，称为静电电容。C0 与晶片的几何尺寸和电极面积有关，一 般约为几个皮法到几十皮法。当晶体振 动时，机械振动的惯性可用电感L来等 效。一般L的值为几十毫亨至几百毫亨。 晶片的弹性可用电容C来等效；C的值 很小，一般只有0.0002pF～0.1pF。晶片 振动时因摩擦而造成的损耗用电阻R来 等效，它的数值约为100Ω。
6.1.2
RC正弦波振荡电路
+ R1
1．RC串并联网络的选频特性
+
R1
C1


Uo
+ C2

Uf
Uo
-
-
+
R2 C2
U

+
f
-
Uo

C1
+ R2
Uf

通常取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C
-
-
R f U 2 1 jRC F o 1 2 1 R U R jC 1 jRC
6.1.1 产生正弦波振荡的条件
正弦波振荡电路是 一个带正反馈网络、不 需要输入信号但能输出 所需要信号的特殊放大 器。
X id

A

Xf

•
Xo

F

正反馈对输入信号有加强作用。若正反馈的强度足够大， 满足 的条件时，电路不需要输入信号，而完全由 A F AF 1 反馈信号代替输入，同样可以获得稳定的输出。这种不需要 输入、靠反馈代替输入维持稳定输出的状态，称为自激振荡 状态。
6.1.3 LC正弦波振荡电路
LC正弦波振荡电路可产生频率高达1000MHz以
上的正弦波信号。由于普通集成运算放大器的频带较 窄，而高速集成运放的价格高，所以LC正弦波振荡电
路一般用分立元件组成。
常见的LC正弦波振荡电路通常采用LC并联回路。 变压器反馈式 按反馈方式分类 三点式 电容三点式 电感三点式
uf Re
C2
L
1 f0 2 LC
三点式振荡电路的特点
(1) 电感三点式正弦波振荡电路容易起振，而且采用可变 电容器可在较宽范围内调节振荡频率。但是由于它的反馈电 压取自电感，它对高次谐波阻抗较大，因此输出波形中含有 高次谐波，波形较差。 (2) 由于电容三点式正弦波振荡电路的反馈电压取自电容 C2，反馈电压中谐波分量小，因此输出波形较好。而且电容 C1、C2的容量可以选得较小，并可将管子的极间电容计算到 Cl、C2中去，所以振荡频率可达100MHz以上。但管子的极 间电容随温度等因素变化，对振荡频率有一定的影响。
Cb
C
L2 L1
uf
+VCC
uf
L2 Re C
L1
Rb2
Re
Ce
1 f0 2 LC
(L L1 L2 2M)
（1）电感三点式B（共射调基式）
+VCC Rb1 Cb Rc Cc L1 uf L2 Re C uf L2 Re C L1
Rb1
Rb2
uf L2 L1
Rc
C
Rb2 Ce
1 f0 2 LC

1 f f 32 ( 0 )2 f0 f
（幅频特性）
f0 1 f F arctg ( ) （相频特性） 3 f0 f

1 3
F
90° 0.1 1 10
f/f0
0.1
1
10
f/f0
-90°
1 1 F 当 f f0 时， 最大， 相移F = 0。 3 2RC
2. RC串并联网络正弦波振荡电路
第6章 信号产生与变换电路
在实际应用中，常常需要各种波形的信号，如正弦波、 矩形波、三角波、脉冲波等，这些信号可以用专门的电路 产生，也可以通过一定电路将某一波形转化处理后得到， 前一种电路称为信号产生电路，也称为振荡电路，后一种 电路称为波形转换电路。 RC振荡电路 正弦波振荡电路 振荡电路 非正弦波振荡电路 LC振荡电路 石英晶体振荡电路 声表面波振荡电路 方波振荡电路
振荡器常采用共基极放大电路。
•
（5）由于共集电极组态电路无电压放 大能力，所以，LC振荡电路中的放大电路 没有单级的共集组态。
2. 三点式LC正弦波振荡电路
因为这类LC振荡电路的谐振回路有三个引出端子，分 别接至三极管的e、b、c极上，所以统称为三点式振荡电路。
（1）电感三点式A（共基调射式）
Rb1

Xf Xid
AF>1
（幅度条件）
Xf > Xid
A + F = 2n （相位条件）
f = id
由于反馈是从输出端取得的，而输出取决于输入，所 以振荡电路要工作，需要事先加一定输入信号，称为启动 信号。启动信号一般取自电路的电源由断开到接通瞬间在 电路输入端产生的扰动。由于扰动信号的不确定性，使电 路在自激振荡条件下的输出信号变得不可控制。为了解决 这一问题，通常的办法是适当加大反馈强度，使电源刚接 通的一段时间内，输出会经历一个由小到大的增长过程。
1) 电路结构
R
2) 振荡频率：
Rf + R1 ∞ +
1 f0 2RC
3) 起振条件：
C
uo
R
C
1 f = f0 时， F 3
R1 A 1 3 Rf
Rf 2R1
3) 稳幅环节 通常利用二极管、三极管以及热敏电阻等元件的非线 性特性，来自动地稳定振荡器输出的幅度。 选用热敏电阻时，有两种措施： ⑴ Rf选择负温度系数的热敏电阻 ⑵ R1选择正温度系数的热敏电阻
（2）电容三点式A（共基调射式）
+VCC Rb1 Cb L C2 C1 uf uf C2 Re L Re Ce C1
Rb2
1 f0 2 LC
C1C2 (C ) C1 C2
（2）电容三点式B（共射调基式）
+VCC
Rb1 Cb Rc
Rb1 Rb2
uf
L2
Rc
C1
R程:
uo7 uo6 uo5 uo4 uo uf5uf6uf7 uf4 1/F
A uo3 uo2 uo1 uf1 ui2 ui3
uf3
uf2
O ui0 ui1
ui4 ui5 ui6 ui7 ui (uf)
4. 判断能否振荡的方法：
（1）放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工 作点是否合适。
（3） LC正弦波振荡电路的稳幅措施是利用放大
电路的非线性实现的。当振幅大到一定程度时，虽然
三极管进入截止或饱和，集电极电流也产生明显失真。
但是由于集电极的负载是LC并联谐振回路，具有良
好的选频作用，因此输出电压波形失真一般很小。 （4）由于三极管共基极接法的截止频率远远大 于共射极的截止频率。所以为了提高振荡频率，LC
起振条件：
R1
∞
+
uf
C
+
uo
R
R
C
iD D
B
A C
R 2 Rf 2 R1
uD
3.RC振荡电路分类及特点 串并联网络振荡电路
1）分类： 双T网络振荡电路
移相式振荡电路
2）特点：
易起振，失真小；频率低，一般在1MHz以下
3) 限制频率升高的因素：
⑴ RC网络是电路负载的一部分，频率越高，负载越 重，效率越低。 ⑵ 电路存在分布电容，使高频输出不稳定。 ⑶ 普通集成运放的带宽较窄，限制了振荡频率的提高。
R C Rf R1 Rf VD1 R2 VD2
+
∞
∞
+ uf
C
+
uo
+
uo
R
R
R
C
R1
C
3) 稳幅环节
VD1
R2
Rf VD2