模拟电子技术12课件

主讲教师：元增民2015级注册电气工程师考培电工与模数电技术参考书目[1]张炳达，注册电气工程师执业资格考试公共/专业基础考试复习教程，天津大学出版社，2013年[2]元增民，模拟电子技术简明教程，清华大学出版社，2014年[3]元增民，电工技术，国防科大出版社，2011年[4]谢庆等，注册电气工程师(供配电)执业资格考试基础考试历年真题详解，人民交通出版社，2014年本课件补充的知识点都来自于参考书[2]、[3]，特此一并注明。主讲教师：元增民2015级注册电气工程师考培电工与模数电技术本节要务OPA应用及滤波器1.乘除法及乘方开方电路2.仪表放大器INA3.比较器4.滤波器模拟电子技术第十三次课本节要务OPA应用及滤波器模拟电子技术第十三次课第10章振荡电路1.典型振荡电路模型1)采用带通滤波器的正加正型分立元件振荡电路模型图10.1.1分立元件振荡电路采用加反馈，反馈信号经加法环节形成偏差信号过程中的相移为0º，φc=0º，因ui=0，故系统输出电压(a)A>0、F>0(b)A<0、F<0图10.1.1正加正型分立元件振荡电路10.1自激振荡原理uo=F(ω)AuoF(ω)A叫做环路电压放大倍数。第10章振荡电路1.典型振荡电路模型(a)A>0、F(a)A>0、F>0(b)A<0、F<0图10.1.1正加正型分立元件振荡电路环路电压放大倍数是判断系统是否能起振或平衡的关键参数。对本例，若环路电压放大倍数F(ω0)A<1，D<0，则表示虽有正反馈但不强，系统不能起振，已有振荡会衰减停止；若F(ω0)A=1，D=0，则表示正反馈强度达到平衡状态，已有振荡勉强维持，但不能起振；若F(ω0)A>1，D<0，则表示正反馈足够强，类似滚雪球，加上谐振滤波系统就能起振。正加正型分立元件振荡电路幅度起振/平衡条件为F(ω0)A≥1①取大于号时为幅度起振条件，取等号时为幅度平衡条件(a)A>0、F>09/27/2023(a)A>0、F>0(b)A<0、F<0图10.1.1正加正型分立元件振荡电路图(a)电路模型A>0，故φa=0，F>0，故φf=0，相位平衡条件∑φ=φa+φf+φc=0º+0º+0º=0º②满足。图(b)模型A<0、φa=π，F<0，φf=π，相位平衡条件∑φ=φa+φf+φc=π+π+0º=2π

③亦满足。8/6/2023(a)A>0、F>09/27/20233)采用带通滤波器的集成振荡电路模型OPA的开环电压放大倍数A很大，故用一路正反馈很难形成幅度平衡条件。OPA振荡电路必须采用复合反馈，用正负反馈抵消的方式来获得幅度平衡条件。图10.1.3为带通滤波器复合反馈集成振荡电路方框图。带通滤波器在集成振荡电路中作为正反馈，正反馈系数Fp是频率的函数，Fp(ω)=F1(ω)。负反馈系数Fn为固定值，Fn=F2。在非谐振点上，负反馈强于正反馈。在谐振点上，正反馈强于负反馈，形成振荡。

图10.1.3带通滤波器复合反馈集成振荡电路8/6/20233)采用带通滤波器的集成振荡电路模型9/27/2023

图10.1.3带通滤波器复合反馈集成振荡电路uo=[Fp(ω)-Fn]Auo环路电压放大倍数是[Fp(ω)-Fn]A。带通滤波器复合反馈集成振荡电路幅度起振/平衡条件为[Fp(ω0)-Fn]A≥1⑦图10.1.3电路模型A>0，故φa=0，F>0，故φf=0，相位平衡条件∑φ=φa+φf+φc=0º+0º+0º=0º⑧满足。8/6/2023图10.1.3带通滤波器复合9/27/20232.正弦波振荡器起振/平衡条件从式①、④可看出，单通道振荡电路的幅度起振条件及平衡条件可统一表示为|FA|≥1(10.1.1)从式⑦、⑨可看出，双通道振荡电路的幅度起振条件及平衡条件可统一表示为(Fp-Fn)A≥1(10.1.2)取大于号时为幅度起振条件，取等号时为幅度平衡条件。从式②、③、⑤、⑥、⑧可看出，由帯通滤波器构成的振荡电路的相位平衡条件可以统一表示为∑φ=φa+φf+φc=2nπ,(n=0,1)(10.1.3)8/6/20232.正弦波振荡器起振/平衡条件9/27/2023传统观点片面地、一厢情愿地默认振荡系统一律由单通道加反馈构成，即默认φc=0，故传统的幅度起振/平衡条件为FA≥1，相位平衡条件为∑φ=φa+φf=2nπ。8/6/2023传统观点片面地、一厢情愿地默认振荡系统一律由9/27/20232.5.2RC文氏电桥正弦波振荡电路1.电路及起振条件图2.5-1RC文氏电桥正弦波振荡电路

Rf=2R1时负反馈系数图示串并联RC电路谐振时正反馈系数文桥振荡器就会起振。实际上选Rf比2R1稍大一点，例如，R1=10kΩ，Rf=21kΩ，使2.振荡频率图2.5-2参考书2图10.4.13.起振条件Fn<Fp8/6/20232.5.2RC文氏电桥正弦波振荡电路图2.

2-27

文氏电桥正弦波振荡电路如图，已知Rf=120kΩ，为保证起振，R1应满足()。199页题2-27图R1>120kΩB.R1<120kΩC.R1>60kΩD.R1<60kΩ2-27文氏电桥正弦波振荡电路如图，已知Rf=199页题2-27图解串并联RC谐振时分压比Fp为1/3为保证起振，分压比Fn<1/3

,为此R1应满足R1<60kΩ应选答案D

2-27

文氏电桥正弦波振荡电路如图，已知Rf=120kΩ，为保证起振，R1应满足()。R1>120kΩB.R1<120kΩC.R1>60kΩD.R1<60kΩ199页题2-27图解串并联RC谐振时分压比Fp为1/2006真题2006真题

仿真题2-29

电路如题图2-29所示，OPA理想，热敏电阻Rt具有正温度特性。为使振荡器起振并输出振幅稳定的正弦波电压，Rf和Rt的接入位置及Rt的最大值分别为A.Rf接虚框1，Rt接虚框2，Rtmax500ΩB.Rf接虚框1，Rt接虚框2，Rtmax2kΩC.Rf接虚框2，Rt接虚框1，Rtmax500ΩB.Rf接虚框2，Rt接虚框1，Rtmax2kΩ题图2-29仿真题2-29电路如题图2-29所示，OPA理想9/27/2023A.Rf接虚框1，Rt接虚框2，Rtmax500ΩB.Rf接虚框1，Rt接虚框2，Rtmax2kΩC.Rf接虚框2，Rt接虚框1，Rtmax500ΩB.Rf接虚框2，Rt接虚框1，Rtmax2kΩ题图2-29仿真题2-29

电路如题图2-29所示，OPA理想，热敏电阻Rt具有正温度特性。为使振荡器起振并输出振幅稳定的正弦波电压，Rf和Rt的接入位置及Rt的最大值分别为

解答

负反馈系数Fn=R2/(R1+R2)。负反馈系数Fn较小，Fn<Fp=1/3，才能起振，Rf接虚框1，Rt接虚框2，Rt取值500Ω，则Fn(max)=500/(1000+500)=1/3=Fp。实际Rt比500Ω稍小，使Fn<1/3，即保证起振。Fp不变，Fn越小，则振幅越大。起振后uo变大，Rt电流有效值变大，Rt变大，Fn变大，就抑制了振幅的疯涨，使振幅稳定下来。应选答案A

8/6/2023A.Rf接虚框1，Rt接虚框2，Rtmax9/27/2023例2.5-1文氏电桥振荡器如图2.5-3，运放器为理想的，R=10kΩ，C=0.001μF，R1=2kΩ，试计算：图2.5-3(1)振荡频率f0(2)起振所需Rf的最小值8/6/2023例2.5-1文氏电桥振荡器如图2.59/27/2023例2.5-1文氏电桥振荡器如图2.5-3，运放器为理想的，R=10kΩ，C=0.001μF，R1=2kΩ，试计算：(1)振荡频率f0(2)起振所需Rf的最小值解(1)(2)令有Rf=2R1=2×2kΩ=4kΩ图2.5-38/6/2023例2.5-1文氏电桥振荡器如图2.59/27/20238/6/20239/27/20239/27/2023上电后，集电极电流从0开始上升，自同名端流出，按照楞次定律，副绕组L2感应电流流进同名端，再流到晶体管基极，就构成正反馈，形成振荡。振荡频率为L1C1的并联谐振频率。2.5.3LC正弦波振荡电路1.变压器反馈式图2.5-4φa=0、φf=0、φc=0，8/6/20238/6/2023上电后，集电极电流从

2.电感三点式振荡电路(哈特莱振荡器)(a)两电感之间无互感(b)两电感之间有互感(哈特莱振荡器178页图2.5-5/参考书1图10.2.3电感三点式振荡电路HartleyOscillator)并联谐振频率下带通滤波器分压比φa=π、φf=π、φc=09/27/2023振荡频率旧图2.电感三点式振荡电路(哈特莱振荡器)(a)两电感之9/27/2023(a)小功率振荡器(b)中功率振荡器178页图2.5-6/图10.2.1电容三点式振荡电路(科比兹振荡器，ColpittsOscillator)

3.电容三点式振荡电路(科比兹振荡器)振荡频率：并联谐振频率下带通滤波器分压比：φa=π、φf=π、φc=0旧图8/6/2023(a)小功率振荡器9/27/20232.5.4石英晶体振荡电路石英晶体理解为感性179页图2.5-9179页图2.5-10φa=π、φf=π、φc=0，φa=π、φf=0、φc=π8/6/20232.5.4石英晶体振荡电路179页图29/27/20232.5.5各种正弦波振荡电路的使用场合8/6/20232.5.5各种正弦波振荡电路的使用场合9/27/20232.5.6方波、三角波、锯齿波