[信息与通信]模拟电路第8章波形发生和信号转换.ppt

正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。 8.1 产生自激和正弦波的条件 8.2 RC正弦波振荡电路 8.3 LC正弦波振荡电路,第8章波形发生和信号转换,8.1 产生自激和正弦波的条件,8.1.1 产生自激振荡的平衡条件 8.1.2 产生自激振荡的起振条件 8.1.3 产生正弦振荡的条件,8.1.1产生自激振荡的平衡条件,1、基本概念： 自激振荡在没有外加输入信号的条件下，电路内部自发的产生某些频率和幅度的震荡信号的现象。 正弦振荡器自激振荡产生单一频率的正弦信号的电路。,2、自激振荡的平衡条件,设想：,要保证vo不变，则必有：,vf = vi,又：vf = F vO,vi = vO /A,vf = vi 即,自激振荡的平衡条件,动画11-1,在电源接通的一瞬间，有很小的电扰动信号（电冲击信号），由于这种电扰动的不规则性，它包含着频率范围很宽的各次谐波。,8.1.2自激振荡的建立过程及其起振条件,若vfvi，则vo会越来越大。由于三极管的非线性区的限制，振幅最终会稳定在一定的大小,vo,三极管 进入非线性区,vo不再增大，自激振荡建立,自激振荡建立过程可用下面的特性曲线来说明,F（反馈特性）,A（放大特性）,vi（vf）,vo,vi1,vo1,vf1,vi2,vo2,vf2,vi3,vo3,vf3,vi4,vo4,vf4,vi5,若F不同时,F太小,F合适,F太大,即：,相位起振条件：AF=2n 即：所引反馈为正反馈,幅值起振条件： 即：vfvi,自激振荡的起振条件,要获得单一频率的正弦信号，除了放大电路和反馈网络外还应有何电路？,为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。正弦波发生电路的组成,放大电路 正反馈网络 选频网络 稳幅电路,8.1.3 产生正弦振荡的条件,8.2 RC正弦波振荡电路,8.2.1 RC网络的频率响应 8.2.2 RC文氏桥振荡器,8.2.1 RC网络的频率响应,RC串并联网络的电路如图所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。其频率响应如下:,谐振频率为:,当R1 = R2，C1 = C2时，谐振角频率和谐振频率分别为:,幅频特性:,相频特性:,当 f=f0 时的反馈系数F=1/3时,且与频率f0的大小无关。此时的相角 F=0。即改变频率不会影响反馈系数和相角，在调节谐振频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。,结论：,固有频率： f=f0时， f=f0时， 即：vf和vo同相,8.2.2 RC文氏桥振荡电路,1 对放大器的要求,2 分立元件RC文氏桥振荡电路,3 集成运放组成的RC文氏桥振荡电路,1 对放大器的要求,由起振条件知： 幅值条件： 又因为f=f0时， 所以： 相位条件： vf与vi同相，因为vf与vo同相，所 以放大器的vi必须与vo同相,分立元件RC文氏桥振荡电路,结论：,1 RC串并联电路具有选频特性，固有频率为,2 用瞬时极性法可判断RC串并联网络对频率为f0的 信号引的是正反馈。,3 起振时，放大器的放大倍数要满足条件：Av3,4 为保证波形不失真, Av3而接近于3,因此电路中 加负反馈来降低放大倍数,调节RF来调节反馈量, 使Av3而接近于3,提高振荡的稳定性,RC文氏桥振荡电路如图所示，RC 串并联网络是正反馈网络，另外还增加了R3和R4负反馈网络。,C1、R1和C2、R2正反馈支路与R3、R4负反馈支路正好构成一个桥路，称为文氏桥。,3 集成运放组成的RC文氏桥振荡电路,当C1 =C2、R1 =R2时:,为满足振荡的幅度条件 =1，所以Af3。加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。,F=0,RC文氏桥振荡电路的稳幅过程,RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R4实现的。R4是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R4上所加的电压升高，即温度升高，R4的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在R3的位置。,例:电路如图，已知R4=10K，求R3。若R320K ，UO无波形，为什么？如何调才能输出振荡波形？若vO的波形为（B）图，为什么？求vO 的频率的表达式。,动画,8.3 LC正弦波振荡电路,LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。这里的选频网络是由LC并联谐振电路构成，正反馈网络因不同类型的LC正弦波振荡电路而有所不同。 8.3.1 LC并联谐振电路的频率响应 8.3.2 变压器反馈LC振荡器 8.3.3 电感三点式LC振荡器 8.3.4 电容三点式LC振荡器,8.3.1 LC并联谐振电路的选频特性,L,在低频段，很小，LC网络呈电感性,在高频段，很大，LC网络呈电容性,Z,结论：,固有频率： f=f0时， f=f0时， 网络呈纯电阻性 LC参数不同，频率特性不同，与Q有关,8.3.2 变压器反馈LC振荡电路,1 组成：放大电路：分压偏置共发射极放大电路 选频网络：L、C 反馈网络：L2,2 能否起振：相位：是正反馈。 幅值： ,在f=f0时，Av最大，通过调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度使|AvMF|1,3 固有频率：,有关同名端的极性请参阅图示,4 优点： 调节频率方便，采用可变电容，可获得一个较宽的频率调节范围。 一般用于产生10MHZ以下的信号,5 缺点： 结构复杂，有变压器，体积大。L小，Q值小，选频性能差。,动画,改进思路： 1 去掉变压器 2 通过增大电感L来增大Q值,设M为互感，有： L=L1+L2+2M 增大了L,8.3.3 电感反馈的LC振荡器 电感三点式LC振荡器,图11.09 电感三点式LC振荡器（CB）,图11.10电感三点式LC振荡器（CE）,1 组成 三部分都有 2 判断能否起振 通过调L1可调F,保证使|AvMF|1 3 振荡频率：,4 存在的问题：对高次谐波分量的抑制差。 5 电路特点： （1） 调节频率方便：用可变电容可获得较宽的 频率调节范围。 （2）一般用于产生10MHZ以下的信号 （3）因为反馈电压取自电感，而电感对高次谐波的阻抗大，不能将高次谐波滤掉，输出波形差 （4）因为输出波形差，频率稳定度不高，故多用于要求不高的设备中。如：高频加热器，接收机的本振。,8.3.4 电容反馈的LC振荡电路电容三点式,与电感三点式LC振荡电路类似的有电容三点式LC振荡电路，见图11.12。,（a）CB组态 （b）CE组态 图11.12 电容三点式LC振荡电路,例11.1：图11.13为一个三点式振荡电路 试判断是否满足相位平衡条件。,(a) (b) 图11.13 例题11.1的电路图,1 组成：三部分都有 2 能否起振：通过调整C2使F满足幅值条件 2 振荡频率：,电路特点：,反馈取自电容