波形发生电路

第4章 波形发生电路4.1 LC回路中的电磁振荡 4.2 LC正弦波震荡电路 4.3 其它形式的LC正弦波震荡电路 4.4 RC桥式震荡电路 4.5石英晶体荡电路 4.6实训

第4章 波形发生电路本章要求：1.理解电路自激振荡原理和条件 2.掌握LC、RC正弦波振荡器的构成 3.熟悉振荡器电路仿真与分析 4.了解集成函数信号发生器的制作

4.1 LC回路中的电磁振荡形发生电路也称振荡电路或振荡器，是一种不需外加信 号作用便能输出不同频率交流信号的自激振荡电路，通 常有正弦波振荡器与非正弦波(多谐)振荡器之分。 用Multisim软件构建如图4-1(a)所示电路，当开关J1 置右侧时，由L1、C1构成闭合回路。我们将示波器并联 在该闭合回路两侧，示波器中并无任何信号波形出现。

图4-1

当拨动开关J1,使它闭合于电源一侧，使电源 U1和电容 C1构成闭合回路，电源给电容充电，此时示波器屏幕中 仍无任何变化。然后，我们再次拨动开关J1,让L1、C1 构成闭合回路，我们从示波器屏幕中看到了什么？观察 到LC回路两侧的自由等幅振荡正弦波波形，如图4-1(b) 所示。

图4-1

以上电路是一个理想电路，在现实中并不存在。因为， 实际电容、电感和导线都存在着电阻，如果我们将它们 的等效电阻考虑进去，在L1、C1回路中并联(或串联) 一个等效电阻R1(1Ω左右),如图4-2所示，双击示波 器图标，调整：X轴扫描为1ms/Div,A通道Y轴幅度 2V/Div。打开仿真电源开关，在虚拟示波器就可以观 察到阻尼振荡的波形了。

图4-2

4.2 LC正弦波振荡电路

激振荡必备的两个条件是：(1)振幅条件——放大器， 表达式可表示为：A×F≥1;(2)相位条件——正反馈 网络，表达式可表示为： (n=1、2、3…)。所以， 我们在放大器的输出端引出一条通路，让输出信号又回 送到放大器的输入端，形成正反馈就可以产生振荡信号， 原理如图4-3所示。 下节主要学习三点式 振荡器。三点式振荡 器又有电容三点式和 电感三点式之分，它 们的共同的特点都是 从LC振荡回路中引 出三个端点和晶体管 图4-3 的三个极相连接。

4.2.1电压比较器 1.电路的组成 电感三点式振荡电路如图4-4(a)所示。从该电路直 流通路可以看出是一个放大器偏置电路，满足振幅条 件。C1和C3为交流耦合电荣，可视作交流短路，交流 通路如图图4-4(b)所示， 用瞬时极性法判 别其符合振荡的 相位条件。电感 线圈的三个端点 分别接在晶体管 的三个极，故称 电感反馈式振荡 电路为电感三点 式振荡电路。图4-4 图4-4

2.振荡频率

fo

1 2 ( L1 L2 2M )C1

上式中，M为线圈L1、L2之间的互感系数，若两线圈相 互独立，M=0。 3.反馈

系数 反馈系数定义式为XF F XO

,从交流通路中可以看出上

述电感三点式振荡电路。

4.优缺点 电感反馈式振荡电路中L2与L1之间耦合紧密，振幅大， 易起振；当C采用可变电容时，可以获得调节范围较宽 的振荡频率，最高振荡频率可达几十MHz。由于反馈 电压取自电感，对高频信号具有较大的电抗，反馈信 号中含有较多的高次谐波分量，输出电压波形不够好。

U F L2 F U O L1

4.2.2电容反馈式振荡电路 1.电路的组成 电容三点式振荡器电路如图4-5(a)所示。电路直流 通路满足振幅条件。C3、C4、C5为交流耦合电路，可 视作交流短路，画出的交流通路如图4-5(b)所示， 用瞬时极性法判别其符合振荡的相位条件。注意到电 容C1、C2三个端点分别接在晶体管的三个极， 故称电容反 馈式振荡电 路为电容三 点式振荡电 路。

2.振荡频率

f0 2 L1

1 C1C 2 C1 C 2

3.反馈系数 从交流通路中可以看出上述电感三点式振荡电路U F C1 F U O C2

4.优缺点 电容三点式振荡电路的输出电压波形好，振荡频率与 电感三点式振荡电路相比可以做得更高，可达100MHz 以上。但若用改变电容的方法来调节振荡频率，则会 影响电路的反馈系数和起振条件；而若用改变电感的 方法来调节振荡频率，则比较困难；常用在固定振荡 频率的场合。在振荡频率可调范围不大的情况下，可 采用如图4-6所示电路作为选频网络。

图4-6

4.2.3改进型电容三点式振荡电路 1.电路组成 若要提高电容反馈式振荡电路的频率，要减小C1、C2 的电容量和L的电感量。实际上，当C1和C2减小到一定 程度时，晶体管的极间电容和电路中的杂散电容将纳 入C1和C2之中，从而影响振荡频率。这些电容等效为 放大电路的输入电容Ci和输出电容Co,改进型电路和 等效电路如图4-7所示。

图4-7

2.振荡频率 由于极间电容Ci、Co受温度的影响，杂散电容又难于 确定，为了稳定振荡频率，在电感支路串联一个小容 量电容C3,而且C3<<C1,C3<<C2,这样

振荡频率

振荡频率几乎与C1和C2无关，也与Ci和Co无关，所 以频率稳定度得到提高。

4.2.4改进型电容三点式振荡电路

通过上述分析可知，振荡电路—般由以下四部分组成： 1.放大电路 2.正反馈网络 3.选频网络 4.稳幅电路

4.3其他形式的LC正弦波振荡电路4.3.1用集成运算放大器组成的LC振荡电路 振荡器通常也可用集成运算放大器组成,如图4-8所示即 为集成运算放大器组成的LC正弦波振荡器。 L1和C1构成选频网络 与电阻Rp组成正反 馈支路，用来满足相 位条件；集成运放电 路为放大元件，R1和 R2组成负反馈支路， 用来满足振幅条件。

4.3.2 变压器耦合式振荡器 变压器

振荡器最主要的特点是采用了变压器作为耦合 反馈元件，如图4-9所示，画出直流通路，可以判断电 路满足振幅条件；画出交流通路，变压器T1的初级线 圈L1与次级线圈L2构成了正反馈耦合回路，变压器T1 的初级线圈L1与电容器C1又构成了振荡选 1 频回路，f o 2 L1C1

需要注意的是，变压 器T1初、 次级线圈上的小圆点 用来标记线圈的同名 端，表示他们的瞬时 极性相同。图4-9

【例4.3. 1】 判断如图4-10(a)、(b)所示电路能 否产生自激振荡。

图4-10 前进到(2)判断相位条件

图4-10

解 (1)判断振幅条件： 画出电路的直流通路，以便判断电路是否处于(发射 极正偏，集电极反偏)放大状态。如图4-11所示，可 以看出图4-11(a)中三极管的基极偏置电阻R2被反馈 线圈短路接地，使V1处于截止状态，故电路不能起振。 而图(b)电路可成为放大电路，满足振幅条件。

图4-11

图4-11

解 (2)判断相位条件： 采用瞬时极性法判断相位，在图4-10(a)中，设VT1 基极电位为“正”,根据共射电路的倒相作用，可知集 电极电位为“负”,于是T1初级同名端为“正”, 则T1次 级同名端也为“正”,则反馈至基极电压的极性为“负”, 不满足相位条件，电路不能自激振荡。 同理判断图4-10(b)。因隔直电容C5避免了R2被T2初 级反馈线圈短路，同时反馈至基极电压的极性为 “正”, 电路满足相位平衡条件。 由于图4-10(a)电路不满足振幅平衡条件，也不满足 相位平衡条件，所以电路不能产生自激振荡。(注： 电路只要一个条件不满足就不能振荡。) 图4-10(b)电路同时满足振幅平衡和相位平衡条件， 所以电路能产生自激振荡。

【例4.3. 2】改正如图4-12所示电路中的错误，使之有 可能产生正弦波振荡。要求不能改变放大电路的基本 接法。提示：Ce为电解电容容量较大。

图4-12

解 (1)判断振幅条件： 观察电路，电感L1连接晶体管的基极和集电极，在直 流通路中使两个极近似短路，造成放大电路的静态工 作点不合适，故应在选频网络与放大电路输入端之间 加隔直电容Cb。 晶体管的集电极直接接电源，在交流通中使集电极与 发射极短路，因而输出电压恒等于零。所以，必须在 集电极加电阻Rc。改正电路如图4-13所示。 Ce的容量远大于C1和C2,故为旁路电容，对交流信号 可视为短路。C1、C2和L构成LC并联谐振网络，画出 交流通路，可见该电路是一个电容三点式振荡电路。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/as8j.html