第8章波形发生和信号转换

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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。,2024/10/1,2、自激振荡的平衡条件,设想：,A,F,v,i,v,o,v,i,v,i,v,f,v,o,要保证,v,o,不变，则必有：,v,f,=,v,i,又：,v,f,=,F,v,O,v,i,=,v,O,/A,v,f,=,v,i,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,v,f,v,i,，,则,v,o,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,v,o,三极管,进入非线性区,v,o,不再增大，自激振荡建立,A,F,v,o,v,i,v,f,v,o,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）,v,i,（v,f,）,v,o,v,i1,v,o1,v,f1,v,i2,v,o2,v,f2,v,i3,v,o3,v,f3,v,i4,v,o4,v,f4,v,i5,A,F,v,o,v,i,v,f,v,o,若,F,不同时,F,太小,F,合适,F,太大,即：,A,F,v,o,v,i,v,f,v,o,相位起振条件,：,AF,=2n,即：,所引反馈为正反馈,幅值起振条件,：,即：,v,f,v,i,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,Z,1,表示，,RC,并联臂的阻抗用,Z,2,表示。其频率响应如下:,1,),1,2,2,C,w,1,R,C,R,1,j(,),1,(,2,1,2,1,C,R,C,R,w,-,+,+,+,=,R,/,j,+,),C,j,/,1,(,2,1,2,2,2,2,1,1,1,2,R,C,C,R,C,R,R,R,w,w,+,+,+,=,),j,1,(,),C,j,/,1,(,2,2,2,1,1,2,R,C,R,R,R,w,w,+,+,+,=,谐振频率为:,当,R,1,=R,2,，C,1,=C,2,时，谐振角频率和谐振频率分别为:,),j,1,/(,+,),C,j,/,1,(,),j,1,/(,2,2,2,1,1,2,2,2,2,1,2,C,R,R,R,C,R,R,Z,Z,Z,w,w,w,+,+,+,=,+,=,幅频特性:,相频特性:,当,f=f,0,时的反馈系数,F=1/3,时,且与频率,f,0,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=f,0,时，,f=f,0,时，即：,v,f,和,v,o,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=f,0,时，,所以：,相位条件,：,v,f,与,v,i,同相，因为,v,f,与,v,o,同相，所 以,放大器的,v,i,必须与,v,o,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,f,0,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,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,R,F,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,R,3,和,R,4,负反馈网络。,C,1、,R,1,和,C,2、,R,2,正反馈支路与,R,3、,R,4,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,2024/10/1,当,C,1,=,C,2,、,R,1,=,R,2,时:,为满足振荡的幅度条件,=1，所以,A,f,3,。,加入,R,3、,R,4,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,R,4,实现的。,R,4,是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，,R,4,上所加的电压升高，即温度升高，,R,4,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,R,3,的位置。,例:电路如图，已知,R,4,=10K，,求,R,3,。,若,R,3,20K,，U,O,无波形，为什么？如何调才能输出振荡波形？若,v,O,的波形为（,B）,图，为什么？求,v,O,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,C,L,在低频段，,很小,，,LC,网络呈电感性,0 ,在高频段，,很大,，,LC,网络呈电容性,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10,MHZ,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,C,b,c,V,CC,接地或,接电源,C,b,c,L,1,L2,M,设,M,为互感，有：,L=L,1,+L,2,+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,L,1,可调,F,保证使,|,A,vM,F,|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,10,MHZ,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，电容对高次谐波分量阻抗很小，所以反馈电压中高次谐波分量小，输出波形好。,C,1、,C,2,容量可选得较小，谐振频率高，可达,100,MHZ,要改变振荡频率可调,C,1、,C,2,，但影响起振条件，所以该电路适合产生固定频率的信号，要改变频率，通常并联一个小的可变电容。,多用于高频电路，如：调频立体声广播和电视机的本机振荡电路,