第八章波形的产生与变换电路8.1正弦波振荡的基本原理8.2RC正弦波振荡电路8.3LC正弦波振荡电路8.4石英晶体振荡电路
8.5比较器8.6方波发生器8.7三角波及锯齿波发生器+XXX基本放大器Aiod–Xf反馈网络F改成正反馈+=-XX
X?dif8.1正弦波振荡器的基本原理一.产生自激振荡的条件只有正反馈电路才能产生自激振荡。+XXX基本放大器Aiod+如
果：=XX,Xfif则去掉仍有信号输出。反馈网络FX,XX基本放大器AoidXf反馈网络F?反馈信号代替了放大电路的输入信号。XX
..基本放大器Aod因为：（1）振幅条件：FA=1Xj+j=p2n（2）相位条件：n是整数f反馈网络FAF振荡条件.AVI动画演示
Xd=Xf自激振荡的条件：所以，自激振荡条件也可以写成：（略大于）起振过程XX起振时，基本放大器Aod稳定振荡时，Xf反馈网络F二
.起振条件和稳幅原理起振条件：结果：产生增幅振荡稳幅过程：稳幅措施：1、被动：器件非线性2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，
用以调节放大电路的增益三.正弦波振荡器的一般组成1.放大电路2.正反馈网络3.选频网络——只对一个频率满足振荡条件，从而获得单一频
率的正弦波输出。常用的选频网络有RC选频和LC选频4.稳幅环节——使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小。8.2RC正弦
波振荡电路一.RC串并联网络的选频特性R1C1串联阻抗：R2C2并联阻抗：选频特性：>>R1>>R2|F|φF当ω=0时，
uf=0，│F│=0=+90°90°00当ω↑时，uf=↑，│F│↑↓1.定性分析：（1）当信号的频率很低时。其低频等效电路为
：其频率特性为：＜＜R1＜＜R2|F|0当ω=∞时，uf=0，│F│=0=-90°φF当ω↓时，uf=↑，│F│↑↓0-90°
（2）当信号的频率很高时。其高频等效电路为：其频率特性为：由以上分析知：一定有一个频率ω0存在，当ω=ω0时，│F│最大，且=0°
|F|0|F|φFφF90°000-90°ω0=？│F│max=？2.定量分析R1C1串联阻抗：R2C2并联阻抗：频率特
性：可见：当时，│F│最大，且=0°通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C
，则有：式中：│F│max=1/3|F|φF当时，│F│=│F│max=1
/3+90°RC串并联网络完整的频率特性曲线：R1输出正弦波频率：=+=fA1FR31=R2Rf1二.RC桥式振荡器的工作原理：因
为：在f0处满足相位条件：振幅条件：AF=1只需：A=3引入负反馈：选：R1=+=fA1FR31例题:R=1k?，C=0.1
?F，R1=10k?。Rf为多大时才能起振？振荡频率f0=？起振条件：AF=1，A=3Rf=2R1=2?10=20k?=1592
Hz半导体热敏电阻(负温度系数）起振时Rt较大使A>3,易起振。当uo幅度自激增长时，Rt减小，A减小。当uo幅度达某
一值时，A→3。当uo进一步增大时，RT再减小,使A<3。因此uo幅度自动稳定于某一幅值。能自动稳幅的振荡电路能自动稳幅
的振荡电路将Rf分为Rf1和Rf2，Rf2并联二极管起振时D1、D2不导通，Rf1+Rf2略大于2R1。随着uo的增加，
D1、D2逐渐导通，Rf2被短接，A自动下降，起到稳幅作用。../EWB/WEWB32.EXEEWB../EWB/WEWB32.
EXE演示../EWB/WEWB32.EXE——RC../EWB/WEWB32.EXE振荡器R2RfR1R3K?_?uoR+CR2
+R3R1C振荡频率：R1K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。C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率
。φAφA0°+270°-90°+180°-180°+90°-270°0°三.RC移相式振荡电路1.RC移相电路（1）R
C超前移相电路（2）RC滞后移相电路2.RC移相式振荡电路在f0处满足相位条件：当
时，(阻性)8.3LC正弦波振荡器1.LC并联谐振回路的选频特性并联谐振。谐振时，电路呈阻性
：R为电感和回路中的损耗电阻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。|Z|
Q小Q大LC并联谐振回路的幅频特性曲线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。谐振时LC并联谐振电路相当一
个大电阻。同名端3412+1–2+3–4同名端：在LC振荡器中，反馈信号通过互感线圈引出互感线圈的极性判别次级线圈初级线圈二.
变压器反馈式LC振荡电路工作原理：三极管共射放大器。利用互感线圈的同名端：满足相位条件。振荡频率:判断是否是满足相位条件——相
位平衡法：(+)断开反馈到放大器的输入端点，假设在输入端加入一正极性的信号，用瞬时极性法判定反馈信号的极性。若反馈信号与输入信号
同相，则满足相位条件；否则不满足。(-)(+)LC正弦波振荡器举例(+)(+)(+)(+)满足相位平衡条件LC正弦波振荡器举例振
荡频率:（–）（+）（+）（+）（–）满足相位平衡条件三.三点式LC振荡电路原理：仍然由LC并联谐振电路构成选频网络电感三点式：
uf与uo同相uf与uo反相电容三点式：uf与uo反相uf与uo同相1.电感三点式LC振荡电路振荡频率：2.电容三点式LC振荡
电路振荡频率：例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。频率稳定度一般由来衡量——频率偏移量。——振荡
频率。8.4石英晶体振荡电路1.频率稳定问题Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。LC振荡电路Q——数百石英晶体振荡电路Q—
—10000?500000符号晶体机械变形晶体产生电场机械振动压电谐振交变电压一.石英晶体1.结构：2.基本特性极板间
加电场极板间加机械力压电效应：交变电压当交变电压频率=固有频率时，振幅最大机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。X感
性0容性通常所以3.石英晶体的等效电路与频率特性等效电路：频率特性：（1）串联谐振晶体等效纯阻且阻值≈0（2）并联谐振X感性0
容性二.石英晶体振荡电路利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路。1.并联型石英晶体振荡器石英晶体工作在fs与fp之间
，相当一个大电感，与C1、C2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所以电路可以获得很高的振荡频率稳定性。
X感性0容性2.串联型石英晶体振荡器石英晶体工作在fs处，呈电阻性，而且阻抗最小，正反馈最强，相移为零,满足振荡的相位平衡条件
。对于fs以外的频率，石英晶体阻抗增大,且相移不为零，不满足振荡条件，电路不振荡。例：分析下图的振荡电路能否产生振荡，若产生振
荡,石英晶体处于何种状态？+UOMuo-UOMui08.5比较器功能：将一个模拟电压信号与一参考电压相比较，输出一定的高低电平
。构成：运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。+UOMuo-UOMui0运放工作在非线性状态
基本分析方法1.运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。2.运放工作在非线性状态的分析方法：若U+＞U-则UO=
+UOM；若U+＜U-则UO=-UOM。虚断（运放输入端电流=0）注意：此时不能用虚短！+UOMuouo-UOMui0ui
0+UOM-UOM一.单门限电压比较器1.过零比较器:（门限电平=0）uiuott+Uom-Uom例题：利用电压比较器将正弦
波变为方波。uo+Uomui0-Uom2.单门限比较器（与参考电压比较）当ui>UREF时,uo=+Uom当ui
入当uiUREF时,uo=-UomUREFuoui0+UZ-UZ3
.限幅电路——使输出电压为一稳定的确定值（1）用稳压管稳定输出电压忽略了UD当ui>0时,uo=+UZ当ui<
0时,uo=-UZuo0ui+UZ-UZ（2）稳幅电路的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路中当ui>0时,
uo=-UZ当ui<0时,uo=+UZ二.迟滞比较器特点:电路中使用正反馈——运放工作在非线性区。1.工作
原理——两个门限电压。（1）当uo=+UZ时，（2）当uo=-UZ时，UT+称上门限电压UT-称下门限电压UT+-UT-称为
回差电压uo+UZuiUT+UT-0-UZ迟滞比较器的电压传输特性：设初始值:uo=+UZ,u+=UT+设ui?,
当ui=>UT+时,uo从+UZ?-UZ这时,uo=-UZ,u+=UT-设ui?,当ui=-时,uo从-UZ?+UZ传输特性+6Vuo-6V8V3Vui0例题：Rf=10k?，R2=10k?，UZ=6V，U
REF=10V。当输入ui为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。上下限：ui传输特性+6Vuo8Vuo-6V8V3Vui+6V
03V-6V8.6方波发生器1.电路结构由滞回比较电路和RC定时电路构成上下限:uc+UZUT+t0uo+UZt0-UZ方波发生器
2.工作原理：则：u+=UT+(1)设uo=+UZ,设uC初始值uC(0+)=0此时，uO给C充电,uc
?，在ucUT+,就有u->u+,u
o立即由＋UZ变成－UZ。ucUT+t-UZUT-(2)当uo=-UZ时，u+=UT-此时，C向uO放电,再反向充电u
c达到UT-时，uo上跳。当uo重新回到＋UZ后，电路又进入另一个周期性的变化。ucUT+0tUT-uo+UZt0-UZT
方波发生器.AVI动画演示完整的波形：计算振荡周期T。../EWB/WEWB32.EXEEWB../EWB/WEWB32.EXE演
示../EWB/WEWB32.EXE——../EWB/WEWB32.EXE方波发生器uc+UZUT+t0UT--UZT1T
2Tuc(t)=UC(?)+?UC(0+)-UC(?)?e,?=RCt-?周期与频率的
计算：T=T1+T2=2T2T2阶段uc(t)的过渡过程方程为:可推出:f=1/TuoUZt0-UZ3、占空比
可调的方波发生器改变电位器RW的滑动端，就改变了冲放电的时间，从而使方波的占空比可调。8.7三角波及锯齿波信号发生器一.
三角波发生器电路结构：迟滞比较器+反相积分器工作原理：若uo1=+UZ，uo2↓，u+↓。当u+≤0时，uo1翻转为-
UZ。当u+≥0时，uo1翻转为+UZ。若uo1=-UZ，uo2↑，u+↑。uo2UT+t0UT-uo1+UZt0
-UZT波形图振荡周期：uo1+UZt0-UZ二.锯齿波发生器改变积分器的正反向充电时间常数uo1=+UZ，D截止，充电
时间常数：R4C。uo1=-UZ，D导通，充电时间常数：(R6∥R4)C。R6＜＜R41．正弦波振荡的条件：┃AF┃=1（
振幅条件）（相位条件正弦波振荡电路由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成。本章小结2．正弦波振荡电路主要有RC振荡电路和LC振荡电路两种。RC振荡电路主要用于中低频场合，LC振荡电路主要用于高频场合。石英晶体振荡电路是一种特殊的LC振荡电路，其特点是具有很高的频率稳定性。3．当运放开环工作或引入正反馈时，运放工作在非线性状态。其分析方法为：若U+＞U-则UO=+UOM；若U+＜U-则UO=-UOM。虚断（运放输入端电流=0）4．比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路。迟滞比较器具有回差特性。它们是运放非线性工作状态的典型应用。5．在方波、锯齿波和三角波等非正弦波信号发生器中，运放一般也工作在非线性状态。电路由比较器、积分器等环节组成。 |
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