RC正弦波振荡器课件

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,*,RC正弦波振荡器,RC正弦波振荡器,本 节 学 习 要 点,RC串并式正弦波振荡器,桥式(文氏)振荡电路的工作过程,RC正弦波振荡电路的组成及振荡原理,正弦波振荡电路的介绍,本 节 学 习 要 点 RC串并式正弦波振荡器桥式(文氏),图为正弦波振荡电路的方框图，它由放大电路A和反馈网络F组成。假设开始时，放大电路输入端接一正弦信号 ，经放大后，在输出端得到正弦电压 ，经反馈后，在2端得到一个同频率的正弦信号 ，如果与 大小相等，相位相同，即 ，那么当开关S从1例向2后，放大电路的输入信号保持不变，从而使输出电压 保持不变，即电路“,无中生有,”地产生了一个正弦信号。由于 ，所以，产生正弦波振荡的条件是,写成模和辐角的形式，即为,式(10.1.2)称为,幅度平衡条件,，式(10.1.3)称为,相位平衡条件,。,图为正弦波振荡电路的方框图，它由放大电路A和反馈网络F组成。,2、,RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件,由于一般来说，或 是频率的函数，,因此为了得到单,一频率的正弦波，,在放大电路或反馈网络中就必须包含一,个由,动态元件组成的选频网络,，若选频网络由RC元件组,成，则称振荡电路为RC振荡电路；,RC振荡电路,一般用来,产,生1MHz,以下的中低频信号，,2、RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件由于一般来说，,式(10.1.2)所表示的幅度平衡条件是指电路已进入稳态,后而言的。,要使电路能,自行建立,振荡，在电路进入稳态,前,还,必须,满足,即环路放大倍数大于1，反馈网络引人的反馈是正反馈。,这样，电路噪声中满足相位平衡条件的微弱的正弦信号,才能不断循环放大，达到一定的幅值。,RC正弦波振荡器课件,为使环路放大倍数 能随着输出电压的增,大由大于1变为等于1，在放大电路或反馈电路,中应包含有稳幅电路，电路从 到,的过程，就是正弦振荡的建立过程。,RC正弦波振荡器课件,总结,正弦波振荡电路,是一个具有,正反馈的放大,电路，,电路中包含选频网络和稳幅电路,，,选频网络决定了电路的振荡频率,0.,稳幅电路可以控制放大倍数 或反馈系数 的大小，从而可以控制输出信号的幅值。,总结 正弦波振荡电路是一个具有正反馈的放大电路，电路中包含,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,R,f,(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,+,V,i,=,V,f,R,C,+,-,+,A,R,f,R,1,V,o,C,R,一、RC桥式振荡电路1.电路原理图一、RC桥式振荡电路RC,两个串并联,RC,组成的网络可等效 看成由两个容性元件,Z,1,、,Z,2,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,R,f,(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,Z,1,Z,2,1、电路原理图,+,+,-,+,A,R,f,R,1,V,o,Z,1,Z,2,V,i,=,V,f,R,f,R,1,Z,1,Z,2,R,C,+,-,+,A,R,f,R,1,V,o,C,R,+,V,i,=,V,f,由于放大器 A的两个输入端分别与,Z,1,、,Z,2,、,R,f,、,R,1,的组成如电桥的形式，所以称为桥式振荡电路。,两个串并联RC组成的网络可等效 看成由两个容性元件Z,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,Z,1,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,Z,1,=,R,+,X,C,Z,2,由,RC,并联而成，所以,Z,2,=,R,X,C,R,+,X,C,R,C,+,R,f,C,R,+,V,i,=,V,f,V,o,由图可以看出,V,f,(,V,i,),可近似由,Z,1,、,Z,2,对,V,o,分压得出。,(1),(2),选频网络的反馈系数,F,V,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。,+,+,-,+,A,R,f,R,1,V,o,Z,1,Z,2,V,i,=,V,f,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,串并式正弦波振荡器,反馈系数表达式的推导,继续,本页完,F,V,=,V,f,V,o,Z,2,Z,1,+,Z,2,(3),其中,X,C,=1/(,j,C,),(4),联立四式解得分压系数,F,V,一、,RC,桥式振荡电路,Z,1,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,Z,1,=,R,+,X,C,Z,2,由,RC,并联而成，所以,Z,2,=,R,X,C,R,+,X,C,(1),(2),正反馈及选频网络,R,C,+,R,f,C,R,+,V,i,=,V,f,V,o,+,+,-,+,A,R,f,R,1,V,o,Z,1,Z,2,V,i,=,V,f,由图可以看出,V,f,(,V,i,),可近似由,Z,1,、,Z,2,对,V,o,分压得出。,选频网络的反馈系数,F,V,由分压原理得出,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,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,R,C,+,R,f,C,R,+,V,i,=,V,f,V,o,+,+,-,+,A,R,f,R,1,V,o,Z,1,Z,2,V,i,=,V,f,联立四式解得分压系数,F,V,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,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,F,V,=,j,RC,(1,-,2,R,2,C,2,),+,j,3,RC,令,0,=,1,/RC,F,V,=,1,3,+,j,(,）,0,0,则,F,V,的幅值,F,V,是(幅频特性),F,V,=,1,F,V,的相频特性,f,=,-,arc tg,(,）,0,0,3,正反馈及选频网络,联立四式解得分压系数,F,V,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,R,C,+,R,f,C,R,+,V,i,=,V,f,V,o,+,+,-,+,A,R,f,R,1,V,o,Z,1,Z,2,V,i,=,V,f,注意：式中的,f,是反馈信号,V,f,与输出信号,V,o,的相位差。,分压系数,F,V,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。,F,V,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。,3,2,+,(,),2,0,0,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,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,R,C,+,R,f,C,R,+,V,i,=,V,f,V,o,+,+,-,+,A,R,f,R,1,V,o,Z,1,Z,2,V,i,=,V,f,F,V,的幅值,F,V,是(幅频特性),F,V,=,1,F,V,的相频特性,f,=,-,arc tg,(,）,0,0,3,3,2,+,(,),2,0,0,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,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,F,V,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,V,f,与,V,o,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,R,C,+,R,f,C,R,+,V,i,=,V,f,V,o,+,+,-,+,A,R,f,R,1,V,o,Z,1,Z,2,V,i,=,V,f,F,V,的幅值,F,V,是(幅频特性),F,V,=,1,F,V,的相频特性,f,=,-,arc tg,(,）,0,0,3,3,2,+,(,),2,0,0,0,=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，,V,f,与,V,o,同相，而同相放大电路中,V,o,与,V,i,同相，所以,V,f,与,V,i,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。,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,正反馈频率的确定,R,C,+,R,f,C,R,+,V,i,=,V,f,V,o,+,+,-,+,A,R,f,R,1,V,o,Z,1,Z,2,V,i,=,V,f,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,F,V,=1,/,3,由反馈系数的定义知：频率为,0,的正反馈电压,V,f,(,V,i,)是输出电压,V,o,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,F,V,=,V,f,/,V,o,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。,F,V,的幅值,F,V,是(幅频特性),F,V,=,1,F,V,的相频特性,f,=,-,arc tg,(,）,0,0,3,2,+,(,),2,0,0,3,正反馈频率的确定RC+RfCR+Vi=VfVo+-,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,R,C,+,R,f,C,R,+,V,i,=,V,f,V,o,F,V,的幅值,F,V,是(幅频特性),F,V,=,1,F,V,的相频特性,f,=,-,arc tg,(,）,0,0,3,2,+,(,),2,0,0,3,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,F,V,=1,/,3,由反馈系数的定义知：频率为,0,的正反馈电压,V,f,(,V,i,)是输出电压,V,o,的1,/,3。由式知这是各频率的反馈电压中最大的一种。,RC串并式正弦波振荡器 过度继续一、RC桥式振荡电路,F,V,的幅值,F,V,是(幅频特性),F,V,=,1,F,V,的相频特性,f,=,-,arc tg,(,）,0,0,3,2,+,(,),2,0,0,3,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,F,V,=,V,f,/,V,o,1/3,当,=,0,时，反馈信号的电压,V,f,是最大的。,当,=,0,时，反馈信号相移为0，即是正反馈。,R,C,C,R,+,I,i,=,V,f,V,O,/,0,0.1,0,10,0.1,0.2,0.3,0.4,F,V,1,/,0,0.1,0,10,30,f,60,90,-30,-60,-90,1,一、,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,F,V,=1,/,3,