7.12RC振荡器.12rc%d5%f1%b5%b4%c6%f7.ppt

,7.12RC振荡器,阿里喜玛拉雅主峰之一纳木纳尼雪峰,返回,引言,本页完,引言,RC正弦波振荡电路是利用电阻和电容组成反馈和选频网络产生振荡的电路，电路形式多种多样，有桥式振荡电路、双T网络式和移相式振荡电路等。RC正弦波振荡电路电路形式简单，容易起振，比较稳定，调节也方便，波形失真较小，但振荡的频率不太高，主要用于产生较低频率的正弦波。,返回,学习要点,本节学习要点和要求,RC串并式正弦波振荡器,RC串并联回路的选频原理,桥式(文氏)振荡电路的工作过程,返回,一、RC桥式振荡电路1.电路原理图,一、RC桥式振荡电路,RC串并式正弦波振荡器,继续,本页完,1、电路原理图,振荡电路的四个基本组成部分：1.由运放A组成基本放大器；2.由两节RC回路组成了正反馈网络及选频网络。3.由热敏电阻Rf(负反馈电阻)组成稳幅环节。,为书写方便,本课件凡是相量均用红色字体表示而不在字上加点“”。,对选频反馈网络来说是同相放大电路,正反馈及选频网络,Vi=Vf,两个串并联RC组成的网络可等效看成由两个容性元件Z1、Z2组成。,振荡电路的四个基本组成部分：1.由运放A组成基本放大器；2.由两节RC回路组成了正反馈网络及选频网络。3.由热敏电阻Rf(负反馈电阻)组成稳幅环节。,RC串并式正弦波振荡器,桥式名称的来由,一、RC桥式振荡电路,继续,本页完,对选频反馈网络来说是同相放大电路,正反馈及选频网络,Z1,Z2,1、电路原理图,Vi=Vf,由于放大器A的两个输入端分别与Z1、Z2、Rf、R1的组成如电桥的形式，所以称为桥式振荡电路。,RC串并式正弦波振荡器,2、RC串并联选频网络的选频特性RC选频网络等效阻抗的推导,一、RC桥式振荡电路,继续,本页完,Z1由RC串联而成，所以,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,Z1=R+XC,Z2由RC并联而成，所以,Z2=,由图可以看出Vf(Vi)可近似由Z1、Z2对Vo分压得出。,(1),(2),选频网络的反馈系数FV由分压原理得出,正反馈及选频网络,本电路关键是分析两个串并联RC网络的特性，即两个RC网络对不同频率的正弦波的阻抗和相位关系，从而得出电路是如何选频和振荡的。,RC串并式正弦波振荡器,反馈系数表达式的推导,继续,本页完,FV=,Vf,Vo,(3),其中XC=1/(jC),(4),联立四式解得分压系数FV,一、RC桥式振荡电路,Z1由RC串联而成，所以,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,Z1=R+XC,Z2由RC并联而成，所以,Z2=,(1),(2),正反馈及选频网络,由图可以看出Vf(Vi)可近似由Z1、Z2对Vo分压得出。,选频网络的反馈系数FV由分压原理得出,RC串并式正弦波振荡器,过度,继续,正反馈及选频网络,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,联立四式解得分压系数FV,RC串并式正弦波振荡器,反馈系数的幅频表达式和相频表达式,继续,本页完,FV=,令0=1/RC,FV=,1,则,FV的幅值FV是(幅频特性),FV=,1,FV的相频特性,f=-arctg,3,正反馈及选频网络,联立四式解得分压系数FV,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,注意：式中的f是反馈信号Vf与输出信号Vo的相位差。,分压系数FV的大小反映出选频网络对什么频率的正弦信号反馈量大，什么频率的正弦信号反馈量小。FV的相位反映了选频网络输出的反馈信号哪个频率是属于正反馈。,RC串并式正弦波振荡器,过度,继续,正反馈及选频网络,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,FV的幅值FV是(幅频特性),FV=,1,FV的相频特性,f=-arctg,3,RC串并式正弦波振荡器,相频表达式的意义,继续,本页完,讨论FV的相频特性f知：,正反馈及选频网络,当外来频率=0时，f=0，其意义为：在输入的各种频率中只有0这个频率的Vf与Vo是同相的。,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,FV的幅值FV是(幅频特性),FV=,1,FV的相频特性,f=-arctg,3,0=1/(RC)是一个由选频网络本身特性决定的频率，与外来频率无关。它对外来频率相当于起到一个门的作用，外来频率与这个频率相同，选频网络的门就打开让其通过，其它频率则受到衰减。,在=0时，Vf与Vo同相，而同相放大电路中Vo与Vi同相，所以Vf与Vi同相，符合正反馈的相位条件，其它频率都不同相，不符合正反馈相位条件。,正反馈频率的确定,RC串并式正弦波振荡器,继续,本页完,当=0，f=0，正反馈。,把=0代入幅频特性式,得FV=1/3,由反馈系数的定义知：频率为0的正反馈电压Vf(Vi)是输出电压Vo的1/3。由式知这是各频率的反馈电压中最大的一种。,正反馈及选频网络,FV=Vf/Vo,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,由幅频特性计算式知，大于或小于0的其它频率的反馈系数都小于1/3，所以说0频率的正弦信号的反馈电压是最大的。,FV的幅值FV是(幅频特性),FV=,1,FV的相频特性,f=-arctg,3,RC串并式正弦波振荡器,过度,继续,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,FV的幅值FV是(幅频特性),FV=,1,FV的相频特性,f=-arctg,3,正反馈及选频网络,当=0，f=0，正反馈。,把=0代入幅频特性式,得FV=1/3,由反馈系数的定义知：频率为0的正反馈电压Vf(Vi)是输出电压Vo的1/3。由式知这是各频率的反馈电压中最大的一种。,FV的幅值FV是(幅频特性),FV=,1,FV的相频特性,f=-arctg,3,RC串并式正弦波振荡器,幅频特性曲线和相频特性曲线,继续,本页完,幅频特性曲线,相频特性曲线,FV=Vf/Vo,1/3,当=0时，反馈信号的电压Vf是最大的。,当=0时，反馈信号相移为0，即是正反馈。,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,正反馈及选频网络,当=0，f=0，正反馈。,把=0代入幅频特性式,得FV=1/3,由反馈系数的定义知：频率(0)的正反馈电压Vf(Vi)是输出电压Vo的1/3。由式知这是各频率的反馈电压中最大的一种。,接通电源瞬间，阶跃电压产生了各种频率的正弦信号，其中也包括了与选频网络固有频率0相同的正弦信号，当然这个信号很微弱，必须进行放大。,3、振荡的建立与稳定,0=1/RC,各种频率的信号通过选频网络后，只有与选频网络0相同的频率的信号才能通过(理想情况)。,继续,本页完,AV=1+(Rf/R1),RC串并式正弦波振荡器,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,3、振荡的建立与稳定起振及稳定过程和图解,0的信号通过放大后，反馈回输入端的信号比上一次的信号要大一些，输出信号亦随之增大。,如此循环，输出幅度越来越大，最后稳幅电路把输出电压的幅度稳定下来。,3、振荡的建立与稳定,继续,本页完,因为要维持振荡，振幅关系必须符合AF=1。现在串并联网络的反馈系数F=1/3，那么放大器的增益只需A=3，振荡就能维持，这是很容易达到的。当然振荡刚开始时应该有A略大于3。,电路的电压放大倍数由同相放大电路的电压增益表达式AV=1+(Rf/R1)决定。,RC串并式正弦波振荡器,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,0=1/RC,AV=1+(Rf/R1),振荡电路电压放大倍数的确定,0的信号通过放大后，反馈回输入端的信号比上一次的信号要大一些，输出信号亦随之增大。,如此循环，输出幅度越来越大，最后稳幅电路把输出电压的幅度稳定下来。,3、振荡的建立与稳定,由振荡建立与稳定过程分析得，电路的选频网络只通过0，电路最后输出的信号的频率也是0，所以RC桥式振荡电路的振荡频率也就是0了。,继续,本页完,4、振荡频率和振荡波形,振荡频率0=1/(RC),或f0=1/(2RC),RC串并式正弦波振荡器,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,AV=1+(Rf/R1),0=1/RC,4、振荡频率与振荡波形,在实际应用中要注意：当AV略大于3时，输出是正弦波，但AV远大于3时，放大器进入非线性区，则输出就不是正弦波了。,AV=1+(Rf/R1),5、稳幅措施指示Rf,3、振荡的建立与稳定,继续,4、振荡频率和振荡波形,放大器的AV由刚开始振荡时略大于3，变成维持振荡时的等于3，在这里主要是依靠负温度系数的热敏电阻Rf来实现的。,5、稳幅措施,由同相放大器的电压增益计算式可知，只要使Rf减少，就能使电压增益降下来的。,RC串并式正弦波振荡器,一、RC桥式振荡电路,1、电路原理图,2、RC串并联选频网络的选频特性,0=1/RC,RC串并式正弦波振荡器,3、振荡的建立与稳定,4、振荡频率和振荡波形,5、稳幅措施,负温度系数热敏电阻是随温度升高电阻值减少的元件。,一、RC桥式振荡电路,1、电路原理图,放大器的AV由刚开始振荡时略大于3，变成维持振荡时的等于3，在这里主要是依靠负温度系数的热敏电阻Rf来实现的。,2、RC串并联选频网络的选频特性,AV=1+(Rf/R1),0=1/RC,Rf的工作原理及电路稳幅过程,继续,本页完,图中标出反馈电流的走向，当输出电压增大时，流过Rf的电流随之增大，Rf温度升高，阻值减少，电压增益下降。当下降至电压增益AV=3时，电路反馈的电流不再增大，Rf的温度不再升高，Rf的阻值也就稳定下来，AV也不变了。,由同相放大器的电压增益计算式可知，只要使Rf减少，就能使电压增益降下来的。,RC串并式正弦波振荡器,3、振荡的建立与稳定,4、振荡频率和振荡波形,5、稳幅措施,一、RC桥式振荡电路,1、电路原理图,放大器的AV由刚开始振荡时略大于3，变成维持振荡时的等于3，在这里主要是依靠负温度系数的热敏电阻Rf来实现的。,2、RC串并联选频网络的选频特性,返回,结束,例9.2.1,AV=1+(Rf/R1),0=1/RC,本节结束页,继续,本页完,图中标出反馈电流的走向，当输出电压增大时，流过Rf的电流随之增大，Rf温度升高，阻值减少，电压增益下降。当下降至电压增益AV=3时，电路反馈的电流不再增大，Rf的温度不再升高，Rf的阻值也就稳定下来，AV也不变了。,由同相放大器的电压增益计算式可知，只要使Rf减少，就能使电压增益降下来的。,负温度系数热敏电阻是随温度升高电阻值减少的元件。,再见,再见,例9.2.1图所示为RC桥式振荡电路,已知运放最大输出电压只能是14V,(1)图中用二极管D1、D2作为自动稳幅元件,试分析其工作原理;(2)设电路已产生振荡,当输出电压达到正弦波峰值时,二极管的正向压降约为0.6V,试粗略估算输出电压的峰值Vom;(3)R2短路时输出电压vo的波形;(4)试定性画出R2开路时的输出电压vo的波形(并标明振幅)。,例题9.2.1,继续,本页完,解：(1)两只二极管反向相接，主要作用是对振荡进行稳幅，当输出电压vo为正半周时，D2导通，vo为负半周时D1导通，所以说当vo较大时，两只二极管轮流导通。,刚开始起振时，因vo较小，未能使两只二极管导通，这时反馈回路的电阻为,Rf=R2+R3=9.1k+2.7k=11.8k,此时同相放大器的电压增益为,AV=1+(Rf/R1)=1+(11.8/5.1)=3.33,电路能够起振。,当vo较大时，D1与D2导通，其与R3的并联支路总电阻减少令整个负反馈回路的电阻Rf减少，AV随之下降，AV幅值趋于稳定。,在学习过程中只要点击此按钮即可返回链入处,例题9.2.1,继续,此时可把两只二极管和R3等效为一个电阻R3。,(2)起振后，两只二极管轮流导通，输出正弦波电压峰值Vom时二极管的电压为0.6V。,例9.2.1图所示为RC桥式振荡电路,已知运放最大输出电压只能是14V,(1)图中用二极管D1、D2作为自动稳幅元件,试分析其工作原理;(2)设电路已产生振荡,当输出电压达到正弦波峰值时,二极管的正向压降约为0.6V,试粗略估算输出电压的峰值Vom;(3)R2短路时输出电压vo的波形;(4)试定性画出R2开路时的输出电压vo的波形(并标明振幅)。,例题9.2.1,继续,本页完,因为,负反馈回路电流If走向如图所示,起振后，同相放大器的AV=3，根据同相放大器的电压增益公式可算出R3。,代入数字得1+(R3+9.1)/5.1=3,R3=1.1k,1.1k,If,输出电压vo等效电路如图所示,所以输出最大电压Vom为,Vom=Ifm(R1+R2+R3)=0.55(5.1+9.1+1.1)=8.4(V),Ifm=0.6V/R3=0.6V/1.1k=0.55mA,AV=1+(Rf/R1)=1+(R3+R2)/R1=3,设输出为Vom时的反馈电流为Ifm。,例9.2.1图所示为RC桥式振荡电路,已知运放最大输出电压只能是14V,(1)图中用二极管D1、D2作为自动稳幅元件,试分析其工作原理;(2)设电路已产生振荡,当输出电压达到正弦波峰值时,二极管的正向压降约为0.6V,试粗略估算输出电压的峰值Vom;(3)R2短路时输出电压vo的波形;(4)试定性画出R2开路时的输出电压vo的波形(并标明振幅)。,例题9.2.1,继续,本页完,(3)当R2=0(即R2短路)时,因为若要维持振荡，应有,现在R2=0，显然AV3，电路停振，没有波形输出了，所以Vo的波形为一条与时间轴重合的直线。,(4)当R2开路时，即R2，电路是一个开环放大电路，有AV。此时输出信号会令运放进入非线性区，波形的上下被削幅，输出就不再是正弦波了，其最大幅值约+14V。,AV=1+(Rf/R1)=1+(R3+R2)/R1=3,1.1k,例9.2.1图所示为RC桥式振荡电路,已知运放最大输出电压只能是14V,(1)图中用二极管D1、D2作为自动稳幅元件,试分析其工作原理;(2)设电路已产生振荡,当输出电压达到正弦波峰值时,二极管的正向压降约为0.6V,试粗略估算输出电压的