模電第9章(7學(xué)時(shí))

第九章信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路函數(shù)信號(hào)發(fā)生器/頻率計(jì)數(shù)器任意波形發(fā)生器（48種）

可輸出正弦波、三角波、方波、脈沖波等。主要技術(shù)指標(biāo)有:

信號(hào)頻率、輸出阻抗、輸出信號(hào)衰減調(diào)節(jié)等。輸出幅度、濾波電路的基本概念與分類9.1一階有源濾波電路9.2高階有源濾波電路9.3正弦波振蕩電路的振蕩條件9.5第九章信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路RC正弦波振蕩電路9.6LC正弦波振蕩電路9.7非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路9.8本章重點(diǎn)實(shí)例仿真第九章．信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路9.1濾波電路的基本概念與分類1．基本概念濾波電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾，讓有用頻率信號(hào)順利通過(guò)，而阻斷無(wú)用頻率信號(hào)。濾波電路vi(t)vo(t)傳輸系數(shù)：常用濾波器來(lái)進(jìn)行信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳送以及抑制干擾，等等。D

通常用幅頻響應(yīng)來(lái)描述濾波電路的特性。第九章．信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路9.1濾波電路的基本概念與分類1．基本概念2．濾波電路分類（1）按采用的元件可分為：

有源濾波電路，無(wú)源濾波電路。（2）按處理的信號(hào)可分：

模擬濾波電路，數(shù)字濾波電路。（3）按幅頻特性分：

LPF（低通濾波電路） （LowPassFilter）

HPF（高通濾波電路）

BPF（帶通濾波電路）

BEF（帶阻濾波電路）

APF（全通濾波電路）第九章．信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路9.1濾波電路的基本概念與分類1．基本概念D2．濾波電路分類（1）按采用的元件可分為：

有源濾波電路，無(wú)源濾波電路。無(wú)源濾波電路：用無(wú)源元件R、L、C

組成。

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，頻帶寬。

缺點(diǎn)：不易集成，且電感L體積大、笨重，不易制作，通常還要加裝磁屏蔽，安裝不方便，可靠性低等。第九章．信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路9.1濾波電路的基本概念與分類1．基本概念D2．濾波電路分類（1）按采用的元件可分為：

有源濾波電路，無(wú)源濾波電路。有源濾波電路：用有源器件和R、C

組成。

優(yōu)點(diǎn)：①不用電感，因此體積小、重量輕，無(wú)須加裝磁屏蔽；②可提高電路性能，提高增益；等等。

缺點(diǎn)：①不宜用于高頻場(chǎng)合。②必須有直流電源③不適合高壓、大電流第九章．信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路9.1濾波電路的基本概念與分類D3．濾波電路幅頻特性及作用介紹0ωωHA0LPF0ωA0ωLHPF作用：主要用于信號(hào)處于低頻或直流、且需要削弱高次諧波或頻率較高的干擾和噪聲的場(chǎng)合。作用：主要用于信號(hào)處于高頻、且需要削弱低頻或直流干擾信號(hào)的場(chǎng)合。第九章．信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路9.1濾波電路的基本概念與分類D3．濾波電路幅頻特性及作用介紹0ωA0ω0BEFωLωH作用：主要用來(lái)抑制某一頻段的干擾信號(hào)。（ω0為中心頻率）0ωA0ωHωLω0BPF作用：主要用來(lái)突出有用頻段的信號(hào)、削弱其他頻段的干擾和噪聲的場(chǎng)合。（ω0為中心頻率）第九章．信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路9.1濾波電路的基本概念與分類D3．濾波電路幅頻特性及作用介紹0ωA0APF有源濾波電路的主要參數(shù)：

A0——通道增益。

ωL、ωH——特征頻率（截止頻率）。

ω0——中心頻率。

BW——通帶寬度。

Q——等效品質(zhì)因數(shù)。9.2一階有源濾波電路1．一般電路構(gòu)成由RC低（高）通電路和運(yùn)放電路，組成低（高）通有源濾波電路。2．傳遞函數(shù)：RC＋－＋－vovi-+＋－voAUD電壓跟隨器：隔離作用.因復(fù)頻率s在式中是一次冪，因此電路為一階有源（低通）濾波電路9.2一階有源濾波電路1．一般電路構(gòu)成由RC低（高）通電路和運(yùn)放電路，組成低（高）通有源濾波電路。2．傳遞函數(shù)：RC＋－＋－vovi-+＋－voA電壓跟隨器：隔離作用.因復(fù)頻率s在式中是一次冪，因此電路為一階有源（低通）濾波電路3．幅頻響應(yīng)曲線：-20dB/十倍頻0-3019.2一階有源濾波電路1．一般電路構(gòu)成由RC低（高）通電路和運(yùn)放電路，組成低（高）通有源濾波電路。2．傳遞函數(shù)：因復(fù)頻率s在式中是一次冪，因此電路為一階有源（低通）濾波電路3．幅頻響應(yīng)曲線：-20dB/十倍頻0-301RC＋－vi-+＋－voAR1R29.2一階有源濾波電路1．一般電路構(gòu)成由RC低（高）通電路和運(yùn)放電路，組成低（高）通有源濾波電路。2．傳遞函數(shù)：3．幅頻響應(yīng)曲線：-20dB/十倍頻0-301RC＋－vi-+＋－voAR1R2

如何縮小幅頻響應(yīng)與理想特性之間的差距？-40dB/十倍頻-60dB/十倍頻

2（3）個(gè)一階低通電路級(jí)聯(lián)缺點(diǎn)：有源器件（運(yùn)放）的數(shù)量較多，且頻帶越來(lái)越窄。工程上常使用二階有源濾波電路9.3.1有源低通濾波電路①電路構(gòu)成：選擇依據(jù)：兩級(jí)低通電路。+-RaRbAvivoC2C1R1R2UD9.3高階有源濾波電路②典型表達(dá)式式中：——等效品質(zhì)因數(shù)?！啾壤娐吩鲆妗！刂诡l率。9.3.1有源低通濾波電路①電路構(gòu)成：+-RaRbAvivoC2C1R1R2UD9.3高階有源濾波電路②典型表達(dá)式式中：若取R1=R2、C1=C2，則上述參數(shù)為：注：a）AVF<3,電路穩(wěn)定;b）Q對(duì)曲線的形狀有影響,等效品質(zhì)因數(shù)。③特性曲線及分析：（見(jiàn)教材P419圖9.3.2）④工程中常使用的“巴特沃思濾波器”,可參考教材P420。9.3.2有源高通濾波電路①電路構(gòu)成：（對(duì)偶原理得出）兩級(jí)高通+-RaRbAvivoC2C1R1R2UD9.3高階有源濾波電路②典型表達(dá)式若取R1=R2、C1=C2，則上述參數(shù)為：③特性曲線及分析：（見(jiàn)教材P358～359）9.3.3有源帶通濾波電路①電路構(gòu)成：一級(jí)低通和一級(jí)高通0ω0ωω0+-RaRbAvivoC2C1R1R2R3UD9.3高階有源濾波電路②典型表達(dá)式9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件★信號(hào)產(chǎn)生電路——不需要輸入信號(hào)便能產(chǎn)生各種波形信號(hào)的電路。

通常按波形分可分為兩大類：

正弦波和非正弦波。

正弦波振蕩電路實(shí)際上是一個(gè)滿足自激振蕩條件的、帶選頻網(wǎng)絡(luò)的放大電路。UD一．振蕩條件1．反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩基本原理●負(fù)反饋電路：人為的將反饋接成“負(fù)”反饋.但附加相移可能使電路變成“正”反饋，產(chǎn)生自激振蕩現(xiàn)象（這是有害的）。●正反饋電路中：人為的將反饋接成“正”反饋，產(chǎn)生自激振蕩現(xiàn)象，這是希望的、有利的。UD9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件一．振蕩條件1．反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩基本原理UD9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件2．振蕩條件●正反饋電路中，自激振蕩條件：●負(fù)反饋電路中，自激振蕩條件：相位平衡條件條件：幅值平衡條件條件：一．振蕩條件UD9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件二．起振、穩(wěn)幅、選頻（1）起振：自激振蕩實(shí)際上也需要起始信號(hào)，這可由噪聲信號(hào)或瞬態(tài)擾動(dòng)得到，但噪聲信號(hào)和瞬態(tài)擾動(dòng)幅度一般很小，若要電路產(chǎn)生的信號(hào)幅度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則起振的幅值條件為：（2）穩(wěn)幅：當(dāng)信號(hào)幅度達(dá)到要求后，應(yīng)恢復(fù)幅值平衡條件，否則輸出信號(hào)將失真。（3）選頻：噪聲信號(hào)的頻譜很寬，因此需要一個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)來(lái)選出所要的設(shè)計(jì)頻率，并使其穩(wěn)定。一．振蕩條件UD9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件二．起振、穩(wěn)幅、選頻三．信號(hào)產(chǎn)生電路的基本組成部分1．放大電路——負(fù)反饋電路A。要求結(jié)構(gòu)合理、工作點(diǎn)合適，同時(shí)起振條件維持在且接近于1。2．反饋網(wǎng)絡(luò)——主要是正反饋，以滿足相位平衡條件。3．選頻網(wǎng)絡(luò)——只讓設(shè)計(jì)頻率f0滿足相位平衡條件而抑制其它的頻率，以使電路輸出單一頻率的正弦波信號(hào)。

注：在很多正弦波振蕩電路中，選頻網(wǎng)絡(luò)往往與反饋網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，即一個(gè)電路既選頻又起反饋?zhàn)饔谩?．穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——保證振蕩信號(hào)由建立到穩(wěn)定，使波形基本不失真。一．振蕩條件UD9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件二．起振、穩(wěn)幅、選頻三．信號(hào)產(chǎn)生電路的基本組成部分四．分析方法分析振蕩電路的一般步驟：①確定電路的基本環(huán)節(jié)（放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)）；②利用“瞬時(shí)極性法”分析電路是否滿足自激振蕩條件；注：自激振蕩條件中，關(guān)鍵條件和首要的分析是相位平衡條件。幅值平衡條件可在分析相位后進(jìn)行.③計(jì)算振蕩頻率f0（與選頻網(wǎng)絡(luò)有關(guān)）；④其他方面：振蕩的建立和穩(wěn)定、起振條件、穩(wěn)幅措施等。一．振蕩條件UD9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件二．起振、穩(wěn)幅、選頻三．信號(hào)產(chǎn)生電路的基本組成部分四．分析方法五．分類

根據(jù)構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)的元件不同，正弦波振蕩電路可分兩大類：

RC正弦波振蕩電路——一般產(chǎn)生1～1MHZ范圍的低頻信號(hào)。

LC正弦波振蕩電路——一般產(chǎn)生1MHZ以上的高頻信號(hào)。（包括晶振電路）9.6RC正弦波振蕩電路常見(jiàn)的RC正弦波振蕩電路有：

橋式振蕩電路（文氏電橋）、移相式振蕩電路。UD文氏電橋的特點(diǎn)：

其選頻網(wǎng)絡(luò)是用RC元件進(jìn)行串并聯(lián)構(gòu)成，且同時(shí)又作為反饋網(wǎng)絡(luò)。+-R1R2voCCRR

反饋網(wǎng)絡(luò)——利用了選頻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)設(shè)計(jì)頻率通過(guò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)純電阻，因而形成正反饋，滿足相位平衡條件。放大環(huán)節(jié)（+）（+）（+）選頻及正反饋環(huán)節(jié)+-R1R2voCCRR基本環(huán)節(jié)：

放大電路——同相比例放大電路；

選頻網(wǎng)絡(luò)——RC串并聯(lián)選頻（當(dāng)設(shè)計(jì)頻率通過(guò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)諧振，對(duì)外呈現(xiàn)純電阻，而對(duì)其它頻率則有附加相移）；UD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：放大環(huán)節(jié)（+）（+）（+）選頻及正反饋環(huán)節(jié)+-R1R2voCCRRUD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性及振蕩頻率（1）定性分析：CRvovfCRUD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性及振蕩頻率（1）定性分析：CRvovfCR0f0f0ff0f0ff0f低頻高頻RvovfCRvovfCUD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性及振蕩頻率（1）定性分析：CRvovfCR（2）定量分析：用s=jω代入，得：Z2Z1UD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性及振蕩頻率（1）定性分析：CRvovfCR（2）定量分析：

因信號(hào)是同相輸入，φa=0o，要使電路為正反饋，則應(yīng)使φf(shuō)=±2nπ，即反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)外呈現(xiàn)純電阻（諧振），由式可知，只有在ω=ω0（f=f0）時(shí)條件成立，即：選頻網(wǎng)絡(luò)只有在選中

f0時(shí)才能使電路符合相位平衡條件。UD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性及振蕩頻率+-R1R2voCCRR3．振蕩的建立和穩(wěn)定（1）由起振條件，在f=f0時(shí)，（2）穩(wěn)定過(guò)程：起振后，因?yàn)檎答伹?，vo振幅將逐漸增大，但會(huì)受到電路非線性元件的限制，在剛進(jìn)入非線性范圍時(shí)（波形開(kāi)始出現(xiàn)失真），AV將開(kāi)始下降，非線性作用越強(qiáng)，則AV下降越多，從而使電路基本穩(wěn)定在處，輸出信號(hào)波形可基本不失真。UD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性及振蕩頻率+-R1R2voCCRR3．振蕩的建立和穩(wěn)定（1）由起振條件，在f=f0時(shí)，（2）穩(wěn)定過(guò)程注意：AV若遠(yuǎn)大于3，起振到穩(wěn)定的過(guò)程縮短，但最后AV將穩(wěn)定在>3處，輸出信號(hào)波形將失真.設(shè)計(jì)時(shí)AV略大于3即可。UD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性及振蕩頻率+-R1R2voCCRR3．振蕩的建立和穩(wěn)定4．穩(wěn)幅措施在外部因素作用時(shí)（如溫度、元器件參數(shù)變化等），將會(huì)影響電路的AV，使輸出波形失真或消失，因此需采取穩(wěn)幅措施。常用的穩(wěn)幅措施是用熱敏電阻代替R1或R2。T↑→AV↑,∴R1----正溫度系數(shù)，

或R2-----負(fù)溫度系數(shù)，例9-4．試從相位平衡條件的角度來(lái)判斷下列電路能否產(chǎn)生正弦振蕩。解：用瞬時(shí)極性法判斷相位平衡條件。（a）RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)（+）（-）（-）（-）諧振時(shí)電路呈負(fù)反饋，不滿足相位平衡條件，因而不能振蕩：

φa+φf(shuō)=180o+0o=180o-++-voCCRRA1A2R1Rf（a）（-）（+）（+）（+）（b）RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)。諧振時(shí)電路呈正反饋，滿足相位平衡條件，因而能振蕩：φa+φf(shuō)=360o+0o=360o（+）（b）voRRCCC1C2C3Ce2+VCCRg1Rg2Rg3Rd1RfT1T2Re1Re2RC2Rb22Rb12UD（+）（+）（c）RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)。諧振時(shí)呈正反饋，滿足相位平衡條件：φa+φf(shuō)=0o+0o=0o。但由于放大電路為射隨器，AV<3，因而不符合幅值平衡條件，不能振蕩。注意：在分析中，應(yīng)準(zhǔn)確的分辨出RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的不同畫(huà)法（如本例），否則分析將會(huì)出錯(cuò)。（+）（c）voRC1C2+VCCReRbRCCUD例9-1．在圖示電路中，已知運(yùn)放最大輸出電壓為±14V，試：（1）說(shuō)明D1、D2自動(dòng)穩(wěn)幅原理；（2）設(shè)電路已產(chǎn)生穩(wěn)幅正弦波振蕩，且當(dāng)vO達(dá)到正弦波峰值時(shí)，二極管正向壓降約為0.6V，試估算vO的峰值Vom；（3）說(shuō)明若R2短路時(shí)，vO的波形。-+R10KvoD20.015μFCC0.015μFR10KD1R15.1KR29.1KR32.7K解：（1）穩(wěn)幅原理：當(dāng)vO幅值很小時(shí)，二極管接近于開(kāi)路，

AV=(R2+R3+R1)/R1≈3.3＞3，利于起振；而當(dāng)vO幅值較大時(shí)，二極管導(dǎo)通，正向?qū)娮桦SvO增大而減小,與R3并聯(lián)后使AV下降，vO趨于穩(wěn)定。解（2）穩(wěn)幅時(shí)AV≈3，（3）當(dāng)R2=0時(shí)，AV＜3，電路停振，vO=0，波形為一條與時(shí)間軸重合的直線。R3’——二極管導(dǎo)通電阻與R3并聯(lián)例9-1．在圖示電路中，已知運(yùn)放最大輸出電壓為±14V，試：（1）說(shuō)明D1、D2自動(dòng)穩(wěn)幅原理；（2）設(shè)電路已產(chǎn)生穩(wěn)幅正弦波振蕩，且當(dāng)vO達(dá)到正弦波峰值時(shí)，二極管正向壓降約為0.6V，試估算vO的峰值Vom；（3）說(shuō)明若R2短路時(shí)，vO的波形。-+R10KvoD20.015μFCC0.015μFR10KD1R15.1KR29.1KR32.7KCRvoC-+RRRfC例9-2．移相式正弦波振蕩電路如下，說(shuō)明該電路如何滿足振蕩條件。解：

RC

低通（或高通）電路，可移相0～-90o（或90o）。在±90o處，其電壓傳遞系數(shù)的幅值已為零，所以只要適當(dāng)選擇元件參數(shù)，可使三級(jí)RC移相電路產(chǎn)生±180o的相移，且電壓傳遞系數(shù)不為零，振蕩頻率由選頻網(wǎng)絡(luò)決定。UD該電路中具有三級(jí)RC移相電路，只要適當(dāng)選擇元件參數(shù)，就可滿足相位平衡條件（φa+φf(shuō)=360o）和幅值平衡條件，使電路產(chǎn)生正弦波信號(hào)。解：移相振蕩電路。因?yàn)殡娐分挥袃杉?jí)移相電路，在最大移相180o時(shí)，電壓傳遞系數(shù)已為零，所以不滿足相位平衡條件，因而不能振蕩。C1C2-+voA1R3RfR1R2例9-3．試從相位平衡條件的角度來(lái)判斷下列電路能否產(chǎn)生正弦振蕩。9.7LC正弦波振蕩電路

LC正弦波振蕩電路可產(chǎn)生高達(dá)1000MHZ以上頻率的正弦波信號(hào)。其振蕩原理與RC正弦波振蕩電路基本相同，主要區(qū)別在于它是用LC作選頻網(wǎng)絡(luò)的。由于一般運(yùn)放頻帶較窄，所以常常用分立元件來(lái)構(gòu)成。常見(jiàn)的LC正弦波振蕩電路有：

變壓器反饋式、

電感三點(diǎn)式、

電容三點(diǎn)式。UD9.7.1LC選頻放大電路1．并聯(lián)諧振電路

LC作選頻網(wǎng)絡(luò)時(shí)通常采用并聯(lián)形式。（R為回路總的損耗電阻，且通常有：R<<ωL）＋－RCLUDR<<ωLZ9.7.1LC選頻放大電路1．并聯(lián)諧振電路

＋－RCLUDR<<ωLZ2．LC并聯(lián)諧振回路的基本特性（1）諧振時(shí)虛部為零，諧振頻率為：（2）諧振時(shí)阻抗最大，為一純電阻：Q—品質(zhì)因數(shù)：評(píng)價(jià)回路損耗大小的指標(biāo)，在幾十～幾百范圍內(nèi)。R越小或Q越大，則Z0越大，理想情況下Z0→∞。（3）并聯(lián)諧振為電流諧振：結(jié)論：

由于回路電流比輸入電流大得多，所以在諧振時(shí)，回路外界的影響很小，可忽略。9.7.1LC選頻放大電路1．并聯(lián)諧振電路

＋－RCLUDZ2．LC并聯(lián)諧振回路的基本特性（4）并聯(lián)回路的頻率響應(yīng)：（見(jiàn)圖）電路在f=f0處產(chǎn)生并聯(lián)諧振；

當(dāng)f<f0時(shí)，φ>0，回路阻抗呈感性；

當(dāng)f>f0時(shí)，φ<0，回路阻抗呈容性；回路阻抗幅值和相位曲線形狀與Q有關(guān)，Q越大，諧振阻抗越大、幅值選頻特性越好、相位在f0附近的變化越快。ff0Q大Q小f0fQ小Q大+90o-90o感性容性9.7.1LC選頻放大電路1．并聯(lián)諧振電路

＋－RCLUD2．LC并聯(lián)諧振回路的基本特性3．選頻放大電路

vivo9.7.1LC選頻放大電路1．并聯(lián)諧振電路

＋－RCLUD2．LC并聯(lián)諧振回路的基本特性3．選頻放大電路4．LC振蕩電路的分析思路

對(duì)于三種LC振蕩電路的分析仍然是根據(jù)相位平衡條件與幅值平衡條件來(lái)考慮：（1）用“瞬時(shí)極性法”分析電路結(jié)構(gòu)是否滿足相位平衡條件（LC并聯(lián)回路在諧振時(shí)作為純電阻）。（2）由于回路阻抗諧振時(shí)很大，通常LC振蕩電路的幅值條件較易滿足。對(duì)分立元件電路來(lái)說(shuō)，分析起振條件的最終結(jié)果往往落實(shí)在維持振蕩的最小β值（BJT）或gm值（FET）。（3）估算振蕩頻率f0。9.7.2變壓器反饋式LC振蕩電路1．電路組成及分析（見(jiàn)圖）：LC并聯(lián)回路作三極管的集電極負(fù)載，并起選頻作用，三極管接成射極偏置共射放大電路，反饋網(wǎng)絡(luò)由變壓器副邊繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)，旁路電容C1使vf交流接地。MCLTRb1Rb2ReC1+VCCCeRL9.7.2變壓器反饋式LC振蕩電路1．電路組成及分析（見(jiàn)圖）：UDMCLTRb1Rb2ReC1+VCCCeRL2．振蕩條件分析（1）相位平衡條件：由瞬時(shí)極性法可知，電路符合相位平衡條件。 或：φ=φa+φf(shuō)=180o+180o=360o。（2）幅值平衡條件畫(huà)出小信號(hào)等效電路，由電路：Z＋－rbeCLRM＋－（+）（－）（－）（+）9.7.3三點(diǎn)式LC振蕩電路1．三點(diǎn)式選頻網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)將LC回路引出三個(gè)端點(diǎn)，分別與三極管的三個(gè)極或運(yùn)放的三個(gè)端子相連的振蕩電路稱為三點(diǎn)式振蕩電路，通常有電容三點(diǎn)式和電感三點(diǎn)式兩類：注：由于三點(diǎn)式選頻網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特接法，因此振蕩電路相位平衡條件的分析，除用前述的方法進(jìn)行外，還可用更簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行：

根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)中電容、電感相對(duì)于三極管或運(yùn)放的位置來(lái)判斷。電容三點(diǎn)式：C1C2L電感三點(diǎn)式：L1L2CLCUD9.7.3三點(diǎn)式LC振蕩電路1．三點(diǎn)式選頻網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)UD2．三點(diǎn)式振蕩電路的相位平衡判斷方法（1）選頻網(wǎng)絡(luò)三點(diǎn)間的相位關(guān)系（以電感三點(diǎn)式為例）：諧振時(shí)，回路內(nèi)部的電流遠(yuǎn)大于外部的電流，即外部的影響可忽略。因此可認(rèn)為電感的中間抽頭處的電壓僅是電感兩端電壓的分壓，而無(wú)相位偏移。這樣，三點(diǎn)間的相位關(guān)系有：①若電感中間抽頭交流接地，則首端和尾端的信號(hào)電壓反相；②若電感首或尾端交流接地，則另兩個(gè)端點(diǎn)的信號(hào)電壓同相。以上結(jié)論同樣實(shí)用于電容三點(diǎn)式。L1L2CC1C2L9.7.3三點(diǎn)式LC振蕩電路1．三點(diǎn)式選頻網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)UD2．三點(diǎn)式振蕩電路的相位平衡判斷方法3．振蕩頻率f0（1）電容三點(diǎn)式兩個(gè)電容是串聯(lián)的，所以將LC并聯(lián)諧振頻率表達(dá)式中的C用C1、C2電容串聯(lián)表達(dá)形式代入即可：（2）電感三點(diǎn)式兩個(gè)電感是通過(guò)中間抽頭而來(lái)，所以將LC并聯(lián)諧振頻率表達(dá)式中的L用L1、L2同向串聯(lián)的表達(dá)形式代入即可：L1L2CC1C2L4．常見(jiàn)的三點(diǎn)式振蕩電路（1）電容三點(diǎn)式考畢茲（Colpitts）振蕩電路

+VCCRb1ReCb1Cb2RCRb2TCeC1C2LUD9.7.3三點(diǎn)式LC振蕩電路相位平衡條件分析：由瞬時(shí)極性法判斷，電路為正反饋，（+）（－）（+）

φa+φf(shuō)=180o+180o=360o滿足相位平衡條件，可以振蕩。4．常見(jiàn)的三點(diǎn)式振蕩電路（1）電容三點(diǎn)式9.7.3三點(diǎn)式LC振蕩電路（2）電感三點(diǎn)式相位平衡條件的分析方法同上。瞬時(shí)極性法：φa+φf(shuō)=180o+180o=360o滿足相位平衡條件，可以振蕩。例9-5．利用相位平衡條件判斷圖中電路能否產(chǎn)生正弦振蕩。解：變壓器反饋式正弦波振蕩電路。利用瞬時(shí)極性法判斷：這是一個(gè)負(fù)反饋電路，不能振蕩。若將變壓器的一側(cè)同名端進(jìn)行調(diào)換，則電路滿足相位平衡條件，可以振蕩。L1TR1R2R3C1+VCCC2L2C3（a）UD（+）（＋）（＋）（－）（－）解：電感三點(diǎn)式正弦波振蕩電路。用瞬時(shí)極性法判斷，電路不滿足相位平衡條件，不能振蕩。-+L1L2Cvo（b）UD例9-5．利用相位平衡條件判斷圖中電路能否產(chǎn)生正弦振蕩。（+）（－）（－）（－）解：用瞬時(shí)極性法判斷，電路滿足相位平衡條件，可以產(chǎn)生正弦波信號(hào)。LTR1R2R3C1+VCC（c）C2C3UD例9-5．利用相位平衡條件判斷圖中電路能否產(chǎn)生正弦振蕩。（+）（＋）（+）（+）根據(jù)相對(duì)位置判斷，電路不滿足相位平衡條件，不能產(chǎn)生正弦波信號(hào)。解：給出交流通路如右上：LTR1R2R3C1+VCCC2C3（d）TC1C2LUD例9-5．利用相位平衡條件判斷圖中電路能否產(chǎn)生正弦振蕩。（+）（－）（－）（－）9.7.4石英晶體振蕩器1．振蕩電路的頻率穩(wěn)定問(wèn)題隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)頻率穩(wěn)定的要求也越來(lái)越高，尤其是航天、軍事等領(lǐng)域。應(yīng)該指出：Q值的大小對(duì)LC諧振電路的頻率穩(wěn)定度有較大的影響，Q值越高，則頻率穩(wěn)定度越高。一般LC振蕩電路Q值只有幾百，很難滿足要求高穩(wěn)定度頻率的場(chǎng)合。

石英晶體的Q值非常高，可達(dá)1萬(wàn)～50萬(wàn)，所以其振蕩頻率穩(wěn)定度很高，可達(dá)10-9～10-11。石英晶體由于其體積小、價(jià)廉物美則在實(shí)際中得到非常廣泛的應(yīng)用，UD2．石英晶體的基本特性與等效電路

UD9.7.4石英晶體振蕩器1．振蕩電路的頻率穩(wěn)定問(wèn)題結(jié)構(gòu)極板間加電場(chǎng)極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場(chǎng)壓電效應(yīng):交變電壓機(jī)械振動(dòng)交變電壓機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高當(dāng)交變電壓頻率=固有頻率時(shí)，振幅最大。壓電諧振:2．石英晶體的基本特性與等效電路

UD9.7.4石英晶體振蕩器1．振蕩電路的頻率穩(wěn)定問(wèn)題電路符號(hào)電路模型電抗-頻率特性X0sp（感性）（容性）A.串聯(lián)諧振晶體等效阻抗為純阻性B.并聯(lián)諧振通常所以2．石英晶體的基本特性與等效電路

9.7.4石英晶體振蕩器1．振蕩電路的頻率穩(wěn)定問(wèn)題實(shí)際使用時(shí)外接一小電容Cs調(diào)整石英晶體振蕩器的基本電路可分為兩類：

串聯(lián)晶體振蕩器，并聯(lián)晶體振蕩器。電路符號(hào)電路模型2．石英晶體的基本特性與等效電路UD9.7.4石英晶體振蕩器1．振蕩電路的頻率穩(wěn)定問(wèn)題3．石英晶體振蕩器（1）串聯(lián)晶體振蕩器電路：LTRb1JTReCb+VCCC2C3Rb2C1CRC交流通路：LTJTReC2C1+C3當(dāng)f0=fs時(shí)，石英晶體的阻抗→0（很小），從而使電路滿足振蕩的相位平衡條件而產(chǎn)生自激振蕩。而在其它頻率則不能振蕩電路的振蕩頻率就是fs。2．石英晶體的基本特性與等效電路9.7.4石英晶體振蕩器1．振蕩電路的頻率穩(wěn)定問(wèn)題3．石英晶體振蕩器（1）串聯(lián)晶體振蕩器（2）并聯(lián)晶體振蕩器在并聯(lián)晶體振蕩器中，晶體在諧振回路中起“電感”的作用，其諧振頻率必須在fs和fp之間（注：f0≠fp）。

9.8非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路◆非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路的基礎(chǔ)知識(shí)

非正弦信號(hào)有很多，如：矩形波，三角波，鋸齒波，尖脈沖，階梯波，白噪聲等等。

實(shí)際應(yīng)用中，非正弦信號(hào)并不是由許多個(gè)各種頻率分量的正弦信號(hào)疊加合成，而是通過(guò)一定的電子技術(shù)和電路結(jié)構(gòu)來(lái)完成的。非正弦波產(chǎn)生電路的工作原理、電路結(jié)構(gòu)以及分析方法與正弦波產(chǎn)生電路有著較大的不同。UD電壓比較器9.8.1電壓比較器

電壓比較器的功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓進(jìn)行大小比較，在輸出端用高低電平給出比較結(jié)果.電壓比較器具有開(kāi)關(guān)特性。電壓比較器是測(cè)量電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)、信號(hào)處理和波形產(chǎn)生電路中常用的基本單元。

運(yùn)放構(gòu)成的電壓比較器中，運(yùn)放或是開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)、或是（正反饋）閉環(huán)結(jié)構(gòu)。UD1．單門(mén)限（閾值）電壓比較器（簡(jiǎn)單電壓比較器）（1）基本電路及工作原理：（運(yùn)放開(kāi)環(huán)連接）（a）：運(yùn)放兩輸入端分別接入電壓v1、v2。當(dāng)v1>v2

時(shí)，輸出vo為（飽和）高電平；反之則為（飽和）低電平。+-vov2v1（a）+-vov1VREF＋－vd（b）UD9.8.1電壓比較器

（b）：運(yùn)放兩輸入端分別接入?yún)⒖茧妷篤REF和v1。當(dāng)v1>vREF時(shí)，輸出vo為（飽和）高電平；反之則為（飽和）低電平。1．單門(mén)限（閾值）電壓比較器（簡(jiǎn)單電壓比較器）（1）基本電路及工作原理：（運(yùn)放開(kāi)環(huán)連接）+-vov1VREF＋－vdUD9.8.1電壓比較器

（2）傳輸特性vo-vo+過(guò)渡過(guò)程VREF0vovi說(shuō)明：①電路的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換點(diǎn)電平（“閾值電平”或“門(mén)檻電平”）為VREF。注：由于vi在單向變化中只有一個(gè)閾值，因此這種電路稱為“單門(mén)限（閾值）電壓比較器”。②若輸入信號(hào)對(duì)換，則傳輸特性反之（如虛線所示）。③中間的過(guò)渡過(guò)程是運(yùn)放的響應(yīng)時(shí)間，很?。ㄒ?yàn)锳VO很大），通常將其忽略。1．單門(mén)限（閾值）電壓比較器（簡(jiǎn)單電壓比較器）（1）基本電路及工作原理：（運(yùn)放開(kāi)環(huán)連接）VREF+-vov1＋－vdUD9.8.1電壓比較器

（2）傳輸特性（3）過(guò)零比較器若使VREF=0，則上述電路就成為“過(guò)零比較器”，它可用于檢測(cè)輸入信號(hào)vi的過(guò)零狀態(tài)，也常被用于實(shí)用中。過(guò)零比較器的傳輸特性只要將上述圖中的縱坐標(biāo)平移VREF即可得到。VREFvo-vo+0vovi利用過(guò)零比較器可將輸入的正弦波轉(zhuǎn)換成方波：1．單門(mén)限（閾值）電壓比較器（簡(jiǎn)單電壓比較器）（1）基本電路及工作原理：（運(yùn)放開(kāi)環(huán)連接）v1+-voVREF＋－vdUD9.8.1電壓比較器

（2）傳輸特性（3）過(guò)零比較器若使VREF=0，則上述電路就成為“過(guò)零比較器”，它可用于檢測(cè)輸入信號(hào)vi的過(guò)零狀態(tài)，也常被用于實(shí)用中。過(guò)零比較器的傳輸特性只要將上述圖中的縱坐標(biāo)平移VREF即可得到。0vot0vitVREF改變VREF，即可改變vo的占空比利用過(guò)零比較器可將輸入的正弦波轉(zhuǎn)換成方波：1．單門(mén)限（閾值）電壓比較器（簡(jiǎn)單電壓比較器）（1）基本電路及工作原理：（運(yùn)放開(kāi)環(huán)連接）+-vov1VREF＋－vdUD9.8.1電壓比較器

（2）傳輸特性（3）過(guò)零比較器

（4）限幅措施和保護(hù)措施為防止輸入信號(hào)過(guò)大損壞集成運(yùn)放，除了在比較器的輸入回路中串聯(lián)電阻外，還可在集成運(yùn)放的兩輸入端間并聯(lián)兩個(gè)正反相接的二極管。在輸出端加接穩(wěn)壓管和（或）二極管，可對(duì)輸出端起限幅保護(hù)作用。-+R1R2vovi2．遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）（1）電路及特點(diǎn)（如圖）i1i2

這是個(gè)正反饋閉環(huán)電路。利用正反饋加速變化趨勢(shì)的特點(diǎn)，可以大大縮短開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的過(guò)渡過(guò)程，使上下邊沿更陡，波形更好。（2）傳輸特性電路的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換電平為vp，設(shè)電流如圖所示：可解得：-+vovREFvivNvPR1R2UD9.8.1電壓比較器

由于vo具有正負(fù)兩個(gè)飽和值，所以開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換電平也有兩個(gè)——VT+和VT-：2．遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）（1）電路及特點(diǎn)（如圖）i1i2（2）傳輸特性電路的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換電平為vp，設(shè)電流如圖所示：-+vovREFvivNvPR1R2UD9.8.1電壓比較器

——“上觸發(fā)電平”——“下觸發(fā)電平”?？山獾茫河捎趘o具有正負(fù)兩個(gè)飽和值，所以開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換電平也有兩個(gè)——VT+和VT-：2．遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）（1）電路及特點(diǎn)（如圖）i1i2（2）傳輸特性-+vovREFvivNvPR1R2UD9.8.1電壓比較器

——“上觸發(fā)電平”——“下觸發(fā)電平”。當(dāng)vi由小向大變化、經(jīng)過(guò)VT+時(shí)，vo由高電平轉(zhuǎn)換為低電平；當(dāng)vi由大向小變化、經(jīng)過(guò)VT-時(shí)，輸出vo由低電平轉(zhuǎn)換為高電平。傳輸特性：0vovivo-vo+VT+VT-遲滯回路的回差：2．遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）（1）電路及特點(diǎn)（如圖）i1i2（2）傳輸特性-+vovREFvivNvPR1R2UD9.8.1電壓比較器

★與簡(jiǎn)單比較器相比，施密特觸發(fā)器具有抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，所以常常用于整形、抗干擾的場(chǎng)合。例：0vit0votVREFVT+VT-9.8.2方波產(chǎn)生電路由于方波具有非常豐富的諧波成分，所以方波產(chǎn)生電