项目四信号发生器的制作

项目四 信号发生器的制作

任务一　正弦波信号振荡电路 一、正弦波发生器的组成二、正弦波发生器的分类

自激振荡现象 扩音系统在使用中有时会发出刺耳的啸叫声, 其形成的过程如图5.1所示。图 5.1 自激振荡现象

自激振荡------- 不需要外加激励，自己就可以将直流能量转换为一定频率和一定幅度的交流信号输出的现象。能产生自激振荡的电路称为振荡器，又叫自激振荡器。振荡电路如何产生？一、正弦波信号振荡电路的工作原理 1. 产生正弦波振荡的条件

2 S + 放大器 + 1 RL ～ - - 反馈网络 + - 相位平衡条件实质上是要求振荡器必须满足正反馈。幅值平衡条件就是要求反馈电压与输入电压的幅值相等。 (1)平衡条件平衡条件反馈式振荡器的原理方框图相位平衡条件幅值平衡条件

(2)起振条件 反馈电压与输入电压相位上应同相幅值上应要求Uf>Ui 综上所述：为使振荡器能产生自激振荡，在开始振荡时，在满足正反馈条件前提下，必须满足的条件。起振后，振荡幅度迅速增大，使晶体管工作进入到非线性区，以致使放大器的，直至，振荡幅度不再增大，达到稳幅振荡。

. U o O t c 起振稳幅 a b 振荡建立过程：接通电源后，各种电扰动----放大------选频------正反馈------再放大----再选频-----再正反馈…….---------振荡器输出电压增大-----器件进入非线性区-------稳幅振荡图 5.2 自激振荡的起振波形

2. 正弦波振荡电路的组成和分类 组成：（1）放大电路提供足够的增益，产生持续的振荡。（2）反馈网络形成正反馈，以满足相位平衡条件。（3）选频网络确定振荡频率，使电路只产生单一频率的正弦波。经常与反馈网络合二为一。分类：根据选频网络组成元件的不同, 正弦波振荡电路通常分为RC振荡电路, LC振荡电路和石英晶体振荡电路。

+ R Z1 C + C R Z2 _ _ 二、RC正弦波振荡电路它们的振荡频率约为:20Hz~200Hz RC桥式振荡电路 RC振荡器 RC移相式振荡电路 1.RC桥式振荡电路 (1)RC串并联选频网络 RC串并联选频网络

RC串并联选频网络的电压传输系数（或称反馈系数）为: 幅频特性幅频特性曲线相频特性相频特性曲线

当时，（2）基本电路即为正反馈，满足相位平衡条件相位平衡条件此时若放大电路的电压增益为：则振荡电路满足振幅平衡条件：

即为正反馈，满足相位平衡条件 RC桥式正弦波振荡电路

2 RC移相式振荡电路 即为正反馈，满足相位平衡条件 RC超前型移相式振荡电路

+VCC M _ + + RB1 Lf L C +  CB + + + + RB2 + RE CE _ 谐振放大器反馈网络三、LC正弦波振荡电路由电感、电容构成的振荡器称为LC振荡器。变压器反馈式振荡器 LC振荡器三点式振荡器 1.变压器反馈式LC振荡器 (1)工作原理振荡器为正反馈幅值条件

(2)振荡频率及电路特点 变压器反馈式振荡器的振荡频率为容易起振，输出电压大调频方便特点输出波形不理想 2.三点式振荡器 (1)三点式振荡器的组成法则在三点式振荡器的三个电抗中，和发射极相接的是两个同性质的电抗，另两极相接的则是异性质的电抗。同性质的电抗是电感的，称电感三点式，反之为电容三点式。

+VCC RC RB1 CC + CB C、L1和L2构成谐振回路的三个端点分别与晶体管的三个极相连接，且反馈信号由电感线圈L2上取得，故称为电感三点式振荡器。 + + + + 1 RB2 + CE RE L1 _ M C 2  L2 + 3 + (1)电感三点式振荡器 (1)工作原理 (2)振荡频率及电路特点容易起振调频方便特点输出波形不理想

+VCC RC RB1 CB L、C1和C2构成谐振回路的三个端点分别与晶体管的三个极相连接，且反馈信号由电容C2上取得，故称为电容三点式振荡器。 + + + + 1 RB2 + C1 RE CE _ L 2  C2 + 3 + (2)电容三点式振荡器 (1)工作原理容易起振 (2)振荡频率及电路特点输出波形好特点振荡频率高

C1 L Co C3 C2 Ci +VCC RC RB1 C1 L RB2 CB RE C3 C2 (4)改进型电容三点式振荡器改进型电容三点式振荡器有克拉泼振荡器和西勒振荡器两种。 (1)克拉泼振荡器

+VCC RC RB1 C3 C1 C1 L Co RB2 CB RE L C4 C2 C3 C2 Ci 回路的总电容C为：振荡频率fo为： (2)西勒振荡器振荡频率fo为：

四、石英晶体振荡电路 1.石英晶体的谐振特性与等效电路天然石英晶体的化学成分是二氧化硅（SiO2），石英晶体是利用石英晶体的压电效应而制成的，具有谐振特性。 (1)符号和等效电路压电效应:当在两极板之间加一个电场，会使晶体产生变形；反之若在极板间施加机械力时，又会在相应的方向上产生电场的现象。压电谐振特性：当外加的交变电压的频率与晶片的固有频率相等时，机械振动的幅度将急剧增加。符号交流等效电路电抗—频率特性

Lq Cq Co rq (2)串联谐振和并联谐振在图右所示的电路中，忽略等效电阻rq的影响，信号频率增加，当Cq的容抗与Lq感抗相等时， Cq、 Lq支路发生串联谐振，此时的频率称为晶片的串联谐振频率，用fs表示。当串联总感抗刚好和C0的容抗相等时，谐振回路产生并联谐振，此时的频率称为晶片的并联谐振频率，用fp表示。

+VCC R3 R5 R1 R4 + uo C2 C1 V2 + V1 + R2 Rp 2.石英晶体振荡器用石英晶体组成的振荡器称为石英晶体振荡器。并联型石英晶体振荡器串联型 (1)串联型石英晶体振荡器由石英晶体和可变电阻Rp构成了两级放大器之间的正反馈电路。当反馈信号的频率等于晶体的串联谐振频率时，此时正反馈最强，电路满足振荡的条件而产生自激振荡。

C3 +VCC RC RB1 20pF V RC C3 V V C2 C1 C3 C1 RB2 C1 RB + RE Lq CE Cq C2 C2 Co rq (2)并联型石英晶体振荡器交流等效电路原理电路 C1和C2>>C3，所以CL≈C3 C1、C2、C3串联组成电容CL 又由于Cq<<（C0＋CL）故: 晶体等效后的等效电路

注意：石英谐振器给出的标称频率是外接某一电容时校正的振荡频率。注意：石英谐振器给出的标称频率是外接某一电容时校正的振荡频率。特点：很高的频率特性，常用做标准的频率源本章小结一、反馈式振荡器的组成放大器反馈网络选频网络稳幅环节二、平衡条件相位平衡条件振幅平衡条件三、正弦波振荡器石英振荡器 LC振荡器 RC振荡器

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