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模拟电子线路 第七章 信号产生电路第一节 学习要求第二节 正弦波振荡器的振荡条件第三节 RC正弦波振荡器第四节 LC正弦波振荡器第一节 学习要求1、掌握产生正弦波振荡的相位平衡条件和幅值平衡条件及相位平衡条件的判断方法。2、掌握文氏桥振荡器的电路形式、起振条件、振荡频率的估算；熟悉电感三 点式、电容三点式等LC振荡的组成原则，会估算其振荡频率。3、了解石英晶体振荡器的特点和频率稳定的原理。学习重点： 振荡条件的判断和振荡频率的计算学习难点： 振荡条件的判别返回第二节正弦波振荡器的振荡条件从结构上看， 正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大器。图9.1（a）表示接成正反馈时，因此有放大电路在输入信号时的方框图。可改画成图9.1（b）所示。由图可知，若在放大器的输入端（1端）外接一定频率、一定幅度的正弦波信号经过基本放大器和反馈网络构成的环路传输后,在反馈网络的输出端（2端) ，得到反馈信号与在大小和相位上都一致,那么就可以去除外接信号，而将（1）、（2）两端连接在一起(如图中的虚线所示）而形成闭环系统， 其输出端可能继续维持与开环时一样的输出信号。这样由于便有 或 正弦波振荡器的振荡条件为：幅度平衡条件： ，相位平衡条件：讨论1、如果反馈电压和放大器输入电压幅度相等而相位不同，那么，经放大后，反馈的每一个循环将会使输出电压较前一次的相位提前或推迟一些， 振荡周期就会一次比一次缩短或延长，所以始终得不到固定的振荡频率，只能得杂乱无章的信号输出。讨论2、如果反馈电压和输入电压的相位相同, 而振幅不等，就会出现两种情况：1.|Vf|Va|，即使电路中产生了振荡， 但每经过一轮放大反馈的循环,|Vo|的振幅就会减小一些，最终振荡消失。2.|Vf|Vi|，每经过一个循环， |Vo|的振幅就会增大一些，电路中产生增幅振荡，最终由于器件进入非线性区而出现失真。讨论3、若反馈电压和输入电压不仅幅度相等，而且相位相同，则放大器在没有外加输入信号的情况下，也能维持有等幅的输出电压。这时，就得到所要的振荡。讨论4、|AF|=1是维持振荡的幅度条件， 电路能够起振的幅度条件是|AF|1。稳定之后满足|AF|=1以维持等幅振荡。另外，a+f= 2n称为相位平衡条件。以上条件同时满足，电路才能起振。讨论5、作为正弦波振荡器， 除了必须有一个放大器和一个反馈网络外，还必须要有选频网络和稳幅器。依靠选频网络的选频特性，可使电路只能在某个期望的频率上同时满足 相位平衡条件和振幅平衡条件，才能使振荡器输出单一频率的正弦波振荡。反馈网络与选频网络可以合二为一，由一个网络同时完成正反馈和选频。或者放大器与选频网络合二为一，由一个网络完成。根据选频网络的不同，振荡器可以有3种电路组合：RC振荡器、LC振荡器、石英晶振荡器。返回第三节RC正弦波振荡器RC正弦波振荡器有桥式、双T网络式、移相式等类型，本章主要讨论桥式正弦波振荡电路。一、电路原理图 图9.2是RC桥式振荡电路， 这个电路由放大电路 和选频网络 。为由集成运放所组成的电压串联负反馈放大电路，取其高输入阻抗和低输出阻抗的特点。而则由Z1、Z2和R1、R2组成，同时兼作正反馈网络。由图可知，Z1、Z2和R1、R2正好形成一个四臂电桥，电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入端， 桥式振荡电路的名称即由此而来。下面首先分析RC串并联选频网络的选频特性， 然后根据正弦波振荡电路的两个条件选择合适的放大电路指标， 以构成一个完整的振荡电路。二、RC串并联网络的选频特性图9.2中用的RC串并联选频网络具有选频作用，由图9.2可知：若令o=1/RC 或 fo =1/（2RC）则当=o时，上述分析表明：当=0=1/RC）时，输出电压的幅值最大（当输入电压的幅值一定，而频率可调时)，并且输出电压是输入电压的1/3,同时输出电压与输入电压同相位。根据和的表达式可以画出RC串并联选频网络的幅频特性和相频特性曲线如图9.3所示。三、振荡的建立与稳定所谓建立振荡，就是要使电路自激， 从而产生持续的振荡，由直流电变为交流电。对于RC振荡电路来说， 直流电源即是能源。那么自激的因素又是什么呢?由于电路中存在噪声，它的频谱分布很广，其中也包括有=0 =1/（RC）这样一个频率成分。 这种微弱的信号，经过放大，通过正反馈的选频网络， 使输出幅度愈来愈大，最后受电路中非线性元件的限制，使振荡幅度自动地稳定下来，开始时，AV =1+ Rf/R1略大于3，达到稳定平衡状态时，AV=3，FV=1/3(=0=1/RC）。四、振荡频率与振荡波形振荡频率是由相位平衡条件所决定的，只有当f=0，a= 0时，才满足相位平衡条件，所以振荡频率取决于：f = 1/（2RC）。振荡器要输出正弦波，还要求放大器的增益必须满足起振条件且工作在线性区。否则要么不起振，要么输出波形出现非线性失真。五、稳幅措施由于电源电压的波动、电路参数的变化、 环境温度的变化等因素的影响，将使输出幅度不稳定。 采用一般的电阻Rf、R1引入负反馈稳幅还不够， 常用方法之一是采用非线性热敏元件来稳幅。如上述电路中的Rf换为负温度系数的热敏电阻，就可实现稳幅。非线性电阻稳定输出电压的另一种方案是利用JFET 工作在可变电阻区。当JFET的漏源电压um较小时，它的漏源电阻RDS可通过栅源电压VGS来改变。因此，可利用JFET进行稳幅， 图9.4所示就是这样一个振荡电路。图中负反馈网络由RP3、R3和FET的漏源电阻RDS组成。 正工作时，输出电压经二极管D整流和R4、R3滤波后， 通过R5、RP4为FET栅极提供控制电压。 当幅值增大时， vGS变负，RDS将自动加大以加强负反馈。反之亦然。这样就可以达到自动稳幅的目的。 电路调整时，一般只需调整RP3和RP4就可以使失真最小。P400 例9.2.1 电路如图9.5所示，A的Vom=14V。（1）分析D1、D2的稳幅原理（2）若VD=0.6V，估算Vom（3）若R2短路，vO=？（4）若R2开路，画vO的波形解：（1）当vO较小时，D1、D2近似截止,放大器的放大倍数AV=（R1+ R2+R3）/R13.33，有利于起振；当vO较大时，D1、D2导通，使其与R3并联支路的电阻下降，AV随之下降，vO的幅值趋于稳定。解：（2）若VD=0.6V，估算Vom由于稳幅时 ， 可以求出对应于输出正弦波Vom一点相应的D1、D2与R3并联支路的电阻 。 因为流过R3的电流等于流过R1、R2的电流，故有解：（3）若R2短路，AVfs时，L-C-R支路呈感性，与Co产生并联谐振。由于CoC，故fPfS.在实际应用中，通常串入一个用于校正振荡频率的小电容CS，如上图所示。 CS的选择应比C大。设上图电路的电抗为X，则令上式中的分子为零得（串联谐振）：CS一般采用微调电容，使fs在fs和fP之间的一个狭窄的范围内调整。将上式展开成幂级数的形式，并考虑到CC，所以振荡频率的相对变化量很小。因此，利用石英晶体的频率特性可构成两种不同类型的频率高度稳定的正弦波振荡电路：1）当石英晶体发生串联谐振时，