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 2RC正弦波振荡电路8 3LC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 FvO 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vf vi 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 vf vi 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 2RC正弦波振荡电路 8 2 1RC网络的频率响应8 2 2RC文氏桥振荡器 8 2 1RC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 2RC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 1RC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 Av 3 4为保证波形不失真 Av 3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Av 3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Af 3 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R3 20K 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 3LC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 1LC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 1LC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 13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 电容对高