第18章 正弦波形振荡电路 章
自激振荡 RC正弦波振荡电路 正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路 正弦波振荡电路 石英晶体正弦波振荡电路
产生正弦波振荡的条件（1）
自激振荡 2 & Uf ----输入为零，但输出为具有一定频 输入为零， 输入为零 反馈电路 F (jω) ω 率和幅值的信号 && & 当开关S→1 U = AU 当开关 o i && & & & & 反馈电压 U f = FU o = AFU i 若开关S→2(忽略开关 的切换时间 忽略开关S的切换时间 若开关 忽略开关 的切换时间) && & & & 且使 U f = AFU i = U i & 电路即可输出，产生自激振荡。 & 则可由 U f 替代原外加激励U i ，电路即可输出，产生自激振荡。 自激振荡条件
石英晶体正弦波振荡电路（ ） 石英晶体正弦波振荡电路（3） 正弦波振荡电路
石英晶体振荡电路 并联晶体振荡器 串联晶体振荡器
+ VCC
Rb1 T
Cb Rc u0 C1 CL L
振荡频率由C1、C2、 振荡频率由 CL以及晶体等效电感 决 以及晶体等效电感L决 定。
Rb2
Re
C2
并联晶体振荡器
石英晶体正弦波振荡电路（ ） 石英晶体正弦波振荡电路（4） 正弦波振荡电路
10k
R 100k C
0.005F
& Uf

+
起振条件： 起振条件：
Rf R + Rw 1
0.005F 6.8k 5.6k
C
& Uo
=3
Rf 20k R1 Rw
Af > 3
RC正弦波振荡电路（5） 正弦波振荡电路（ ） 正弦波振荡电路
稳幅措施 热敏电阻稳幅
Af = 1 + Rf R1 + Rw
交变电场频率 = 固有频率
石英晶体正弦波振荡电路（ ） 石英晶体正弦波振荡电路（2） 正弦波振荡电路
石英晶体的等效电路
L C0 C R C0：晶体的静态电容 L：模拟机械振动的惯性 ： C：等效晶片的弹性 ： R：晶体的摩擦损耗 ：
当外加电压的频率等于R、 、 串联支路的固有频率时 串联支路的固有频率时， 当外加电压的频率等于 、L、C串联支路的固有频率时， 1 发生串联谐振， 发生串联谐振，谐振频率 fS = 2π LC 支路呈感性， 构成并联谐振， 当 f > f S 时，RLC支路呈感性，与C0构成并联谐振，谐 支路呈感性 振频率 1 C fP = = fs 1+ C0 CC0 2π L C + C0
∞
A2 +
1 当 ω = ω0 = C RR1
AF = 1
石英晶体正弦波振荡电路（ ） 石英晶体正弦波振荡电路（1） 正弦波振荡电路
石英晶体的特性与等效电路 石英晶体谐振器（石英晶体） 石英晶体谐振器（石英晶体）具有非常稳定的固有 频率，对于振荡频率的稳定性要求高的电路， 频率，对于振荡频率的稳定性要求高的电路，应选用石 英晶体作选频网络。 英晶体作选频网络。 石英晶体的特性 压电效应 压电振荡 交变电场 机械振动 交变电场
放大器 A(jω) ω
+& U - o
F =
ω 1 令f = , f0 = 2π 2πRC
F = arctg (
1 f f 0) 3 f0 f
RC正弦波振荡电路（3） 正弦波振荡电路（ ） 正弦波振荡电路
F = 1 32 + ( f / f 0 f 0 / f ) 2
f 1 f 0) 3 f0 f
100M Hz C 2
1 f0 = = fs 2π L(C3 + C4 )
R2 C1 AF = (1 + ) =1 R1 C1 + C2
A+
R2 A = 1+ R1 C1 F= C1 + C2
选择元件参数
Af = 1+ RW + R f 2 + RD R1
R1 D1 RW Rf2 Rf1 D2
& Uo
+
∞ +
C
& Uo
& UD
RD
Af
R
R
C
RC正弦波振荡电路（7） 正弦波振荡电路（ ） 正弦波振荡电路
振荡频率与频率调节 振荡频率 R C
10k 0.005F
& Uf
+ -
1 f0 = 2πRC =
RC串并联网络的频率特性 串并联网络的频率特性 反馈系数： 反馈系数： R Z1 C +& Uf Z2 R C
1 32 + ( f / f 0 f 0 / f ) 2
& Uf Z2 = F ( jω ) = & U o Z1 + Z 2
R 1 + j ω RC = R 1 R+ + j ω C 1 + j ω RC 1 = 1 3 + j (ω RC ) ω RC
串联晶体振荡器
R2 R1 10K a× 30K
+
∞
C1
电感L与电容 电感 与电容C1、C2、C3、C4 与电容 组成LC振荡电路 再由C 振荡电路， 组成 振荡电路，再由 1、C2分压 并经晶体选频送入集成运放的同相 输入端，形成正反馈。 输入端，形成正反馈。
u0 2pF C4 100pF C3 300pF 2pF L 28H
F F max
选频
F = arctg (
1 f = f0 = 2πRC
F max 1 = 3
f0
f
F = 00
& =1 F 3
RC正弦波振荡电路（4） 正弦波振荡电路（ ） 正弦波振荡电路
放大器的选择 由自激振荡条件：AF = 1 由自激振荡条件： & & 可得： 可得：
& & U o = 3U f
RC正弦波振荡电路（1） 正弦波振荡电路（ ） 正弦波振荡电路
文氏电桥振荡器 RC串并联式正弦波振荡电路 RC串并联式正弦波振荡电路 -----文氏电桥振荡器 电路结构 反馈与选频网络 R C +& Uf R C
放大器 A(jω) ω
+& U - o
RC正弦波振荡电路（2） 正弦波振荡电路（ ） 正弦波振荡电路
放大器增益： 放大器增益：
& = (2 + R )U & Uo f R1
RW R1 R
& & U f = Ui
C
R
C
+ -
& Uo R A= = 2+ & Uf R1
∞ A1 +
& Uo
R R
AF = R 2+ R1 R 1 2 + + j (ωRC ) R1 ωR1C
+ 调节R 可改变振荡频率， 调节 1可改变振荡频率， 但不影响振荡条件。 但不影响振荡条件。
&& AF > 1
选频网络
----- 扰动信号包含许多不同频率的正弦波成份，因 扰动信号包含许多不同频率的正弦波成份， 此需设置选频网络，将所需的某一频率挑选出来。 此需设置选频网络，将所需的某一频率挑选出来。 正弦波振荡电路在结构上包括： 正弦波振荡电路在结构上包括： 放大器、反馈网络、稳幅环节、 放大器、反馈网络、稳幅环节、选频网络
10k
R 100k C
0.005F
& Uf
+ -
∞ +
R
R1：正温度系数热敏电阻
& Uo
0.005F
C
& Uo
& I1
T
R1
Af
& I1
6.8k 5.6k
Rf 20k R1 Rw
Rf：负温度系数热敏电阻
& Uo
& I1
T
Rf
Af
RC正弦波振荡电路（6） 正弦波振荡电路（ ） 正弦波振荡电路
稳幅措施 二极管稳幅
自激振荡条件
& Ui 1S
放大电路 A(jω) ω
& Uo
&& AF =1
&& AF = 1 ---幅值平衡条件 ---幅值平衡条件
A + F = ±2nπ ---相位平衡条件 ---相位平衡条件
产生正弦波振荡的条件（2）
起振条件 稳幅环节
----- 使回路增益随着输出电压幅度的增大而自动 下降，并逐渐趋近于1。 下降，并逐渐趋近于 。
R
+ -
∞ A1 +
& Uo
R R
R1 C
+
& Uf = F ( jω ) = & U
o
∞
A2 + 1 ) ωC
R1 //( j
1 1 + R1 //( j ) R j ωC ωC
=
1 2+ 1 R + j (ωRC ) R1 ωR1C
RC正弦波振荡电路（9） 正弦波振荡电路（ ） 正弦波振荡电路
∞ +
10k
R
0.005F 6.8k 5.6k
C
& Uo
1 2π ×10 ×103 × 0.005 ×10 6 = 3185 Hz
Rf 20k R1 Rw
RC正弦波振荡电路（8） 正弦波振荡电路（ ） 正弦波振荡电路
频率可调正弦波振荡器