实际使用时外接一小电容Cs
则新的谐振频率为
fs
2π
1 LC
1 C C0 Cs
fs
C 1
C0 Cs
由于 C C0 Cs
f
s
fs 1
C
2(C0
Cs
)
由此看出
Cs
0 时，
f
s
fp
；
Cs 时， fs fs
调整
Cs
可使
f
s
在
fs
和
fp
之间变化
2. 石英晶体谐振电路
图9-14 并联型石英晶体振荡电路
赫～几百兆赫；
(3) 石英晶体正弦波振荡电路：其振荡频率等于石英晶体的 固有频率，振荡频率稳定。
4.正弦波振荡电路的分析方法
对于一个振荡电路，首先要判断它能否产生振荡。通常可采 用下列步骤来判断： ❖ (1）检查振荡器是否存在放大电路、反馈网络、选频网络和稳 幅环节4个环节，尤其前3个环节； ❖ (2）分析基本放大电路能否正常工作，主要检查基本放大电路 的静态工作点设置得是否合理； ❖ (3）检查电路是否满足振荡条件，首先检查是否满足相位平衡 条件，可以用瞬时极性法进行判别，若电路未构成正反馈，则 它肯定不能振荡；然后检查幅值条件和起振条件是否满足； ❖ (4）估算振荡频率，其数值往往决于选频网络的参数。
一旦产生稳定的振荡，则电路 的输出量自维持，即
X o A FX o
A F
1
A F
1
A F 2nπ
幅值平衡条件 相位平衡条件
起振条件： A F 1
要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电 时对于f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。
2.正弦波振荡电路的组成
UZ UZ
图9-16
滞回比较器 RC 回路
UTH
R1 R1 R2
U Z
正向充电：
图9-17
uO（+UZ）→R→C→地 反向放电：
地→C→ R → uO（－UZ）
+uUcZ
UTH
uo0
t
+UZ
2.工作原理：
t
0
-UZ
(1) 设 uO = + UZ , 则：uP=UTH
此时，uO给C 充电, uC ， 设uC初始值uC(0+)= 0
信号产生电路 (振荡器)
分类： 正弦波振荡:
RC 振荡器(1 kHz ~ 数百 kHz) LC 振荡器(几百 kHz 以上) 石英晶体振荡器(频率稳定度高)
非正弦波振荡： 方波、 三角波、锯齿波等
主要性 输出信号的幅度准确稳定 能要求： 输出信号的频率准确稳定
9.1 正弦波振荡电路
9.1.1 正弦波振荡电路的基本概念
石英晶片的谐振频率取决于晶片的几何形状和切片方向， 体积越小，一般谐振频率越高。
等效电路
特性
A. 串联谐振
fs
2π
1 LC
晶体等效阻
图9-13 石英晶体的等效电路和频率特性
抗为纯阻性 B. 并联谐振
a）石英晶体的等效电路
b）石英晶体的频率特性
fp
2π
1 LC
1 C C0
fs
1 C C0
通常 C C0 所以 fs 与 fp 很接近
可达100MHZ以上。常在电感L两端并联可变电容器，
调节频率，但调节范围较小。
9.1.4 石英晶体振荡电路
石英晶体振荡电路简称为“晶振”。和一般LC振荡电路比
较，晶振具有极高的频率稳定性，其值用频率的相对变化量表示,
△f/f可达10-9~10－11。而一般LC振荡电路的频率稳定度无法达到
10－5。所以在要求频率稳定度高的场合，常采用石英晶体振荡电 路，例如，它广泛应用于标准频率发生器，频率计、电话、电视、 计算机等设备中。
第9章 波形发生和交换电路
9.1 正弦波振荡电路 9.2 非正弦信号发生电路
波形发生电路和波形变换电路在测量、自动控制、 通讯、无线电广播和遥测、遥感等许多技术领域中 有着广泛的应用。
收音机、电视机和电子钟表等日常生活用品也 离不开它。
波形发生电路包括正弦波振荡电路和非正弦波 振荡电路，它们不需要外加输入信号就能产生各种 同期性的连续波形，例如正弦波、方波、三角波和 锯齿波等。
完整的波形：
方波的周期为： T＝2RC ln(1 2 R2 )
R1
图9-18
波形分析
脉冲宽度
根据三要素，即起始值、终了值、时间常数，求出
T
2R3C
ln(1
2R1 R2
)
占空比
Tk T
50%
2. 矩形波发生电路
正向充电和反向充电时间常数可 调，占空比就可调。
2. 矩形波发生电路
正向充电和反向充电时间常数可 调，占空比就可调。
损耗
图9-6
Q 1 R
L， C
f0
1 2 π LC
品质因数 Q＝0L ＝ 1 L
R RC
图9-7 LC并联回路的频率特性（Q1Q2）
a) 幅频特性 b)相频特性
2. 变压器反馈式LC正弦波振荡电路
f0
2
1
LC
图9-8
变压器反馈LC振荡电路容易起振，若用可变电容器代替固定 电容C，则调频比较方便，缺点是振荡频率不太高，通常为几兆
于对波形要求不高的设备中，其振荡频率通常在几十兆赫以下。
4. 电容反馈式振荡电路
图9-10 电容三点式振荡电路
f0
2
1
LC
2
1
L C1C 2
C1 C2
电容三点式电路特点：
由于反馈电压取自电容两端，电容对高次谐波 容抗小，对高次谐波的正反馈比基波弱，使输出波 形中的高次谐波成分小，波形较好。振荡频率较高，
赫～十几兆赫。
图9-8
3. 电感反馈式振荡电路
图9-9 电感三点式振荡电路
f0
2
1
LC
2
1
(L1 L2 2M )C
电路特点：
电感三点式振荡电路简单，容易起振，调频方便。由于反馈信
号取自电感L2，电感对高次谐波感抗大，所以高次谐波的正反馈比
基波强，使输出波形含有较多的高次谐波成分，波形较差。常用
为了占空比调节范围大，R3应如何取值？
图9-19
9.2.2 三角波发生电路
uP
uO1
R2 R1 R2
uO
R1 R1 R2
=0
UUOO11==+-UUZZ
u01 U Z
u01 UZ
从零值开始 线性上升
u0
R2 R1
UZ
u0
R2 R1
UZ
uP0
uP uP 0
A1过零迟滞电压比较器 A2积分器
(4) 稳幅电路：用于稳定振幅，改善波形。
3.正弦波振荡电路的分类
为了保证振荡电路产生单一频率的正弦波，电路必须 有选频电路（又称选频网络）。根据选频网络组成的元件， 通常可分为： (1) RC正弦波振荡电路：其振荡频率较低，一般在几百千赫 以下； (2) LC正弦波振荡电路：其振荡频率较高，一般在几百千
相位条件的判断方法：瞬时极性法
U i
极性？
在多数正弦波振荡电路 中，输出量、净输入量和反 馈量均为电压量。
断开反馈，在断开处给放大电路加 f＝f0的信号Ui，且规定其
极性，然后根据
Ui的极性→ Uo的极性→ Uf的极性 若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不
可能产生自激振荡。
a)
uP<0
三角波发生器
基本电路
b) 输出波形
方波和三角波 的周期
T＝4 R2R3 RC R1
a) 电路
图9-20 三角波发生器
b) 同相输入滞回电压比较器的电压传输特性
图9-21 三角波发生器的输出波形
9.2.3 锯齿波发生电路
图9-22 锯齿波发生电路
a) 电路
b) 波形图
电路的振荡周期： T＝ 2R2 (2R3 Rw ) C R1
9.3 应用电路介绍
图9-23 带AGC稳幅的正弦波振荡电路
图9-24 具有三角波和方波输出的压控振荡电路
模拟电子技术基础习题
1. 正弦波振荡的条件 无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。 与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电路
中引入的是正反馈，且振荡频率可控。
图9-1
在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：
Xo
X
' i
Xo
由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到 动态平衡，稳定在一定的幅值。。
1. 石英晶体
图9-12 石英晶体谐振器
a) 石英晶体的外形 b) 石英晶体的结构 c) 石英晶体的符号
石英晶体的压电效应： 如果在石英晶片上加一个交变 电压（电场），晶片就会产生与该交变电压频率相似的机械 变形振动。
而晶片的机械振动，又会在其两个电极之间产生一个交 变电场，这种现象称为压电效应。在一般情况下，这种机械 振动和交变电场的幅度是极其微小的，只有在外加交变电压 的频率等于石英晶片的固有振动频率时，振幅才会急剧增大， 这种现象称为压电谐振。
图9-15 串联型晶体振荡电路
9.2 非正弦信号发生电路
把正弦波以外的波形统称为非正弦波。 方波、三角波、锯齿波的产生电路电路通常由
迟滞电压比较器和RC充放电电路组成，工作过程有
一张一弛的变化，所以又将这些电路称为张弛振荡 器。
1. 方波发生器
该电路从本质上看，它工作 于比较器状态；
RC构成负反馈回路，R1，Rf构成正反馈。电路的输出电压 由运放的UP与UN比较决定。