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1、 8.1 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件 8.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 8.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 在实践中，广泛采用各种类型的信号产生电路，在实践中，广泛采用各种类型的信号产生电路，就其波形来说，可能是就其波形来说，可能是正弦波正弦波或或非正弦波非正弦波。在通信、广播、电视系统中，都需要射频在通信、广播、电视系统中，都需要射频(高频高频)发射，这里的射频波就是载波，把音频发射，这里的射频波就是载波，把音频(低频低频)、视、视频信号或脉冲信号运载出去，这就需要能产生高频频信号或脉冲信号运载出去，这就需要能产生高频信号的振荡器。信号的振荡器。在工业、农
2、业、生物医学等领域内，如高频感应在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火，超声波焊接，超声诊断，核磁加热、熔炼、淬火，超声波焊接，超声诊断，核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。可见，的振荡器。可见，正弦波振荡电路在各个科学技术正弦波振荡电路在各个科学技术领域的应用是十分广泛的领域的应用是十分广泛的。非正弦信号非正弦信号(方波、锯齿波等方波、锯齿波等)发生器在测量设备、发生器在测量设备、数字系统及自动控制系统中的应用也日益广泛。数字系统及自动控制系统中的应用也日益广泛。学习指导学习指导回忆负反馈放大电路的自激振荡
3、的条件对中频信号而言的负反馈基本放大基本放大电路电路A反馈网络反馈网络F+输出信号输出信号输入信号输入信号反馈信号反馈信号净输入信号净输入信号+负反馈放大电路有可能自激振荡，这与本章要讨论的振荡有原则区别前者：由于在高频区、低频区放大电路中不可避免（必须考虑三极管的结电容、隔直电容、旁路电容的影响）地存在附加相移，使放大电路在中频区人为引入地负反馈，在高频区、低频区转化为正反馈，当满足一定的幅值和相位条件时，便产生了持续的自激振荡。破坏了系统的正常工作，必须加以消除。后者：在放大电路中人为引入正反馈（对放大电路的中频区而言），并使之满足一定的幅值和相位条件而产生自激振荡。要创造条件使自激振荡出
4、现。自激振荡是正反馈的一个特例8.1 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件1.持续振荡的条件持续振荡的条件2.起振和稳幅起振和稳幅3.振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分 正正反反馈馈放放大大电电路路如如图图示示。（注注意意与与负负反反馈馈方方框框图图的的差差别）别）1.振荡条件振荡条件若环路增益若环路增益则则去掉去掉仍有稳定的输出仍有稳定的输出又又所以振荡条件为所以振荡条件为振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件起振条件起振条件2.起振和稳幅起振和稳幅#振振荡荡电电路路是是单单口口网网络络，无无须须输输入入信信号号就就能能起起振振，起振的信号源来自何处？起振的信号源
5、来自何处？电路器件内部噪声电路器件内部噪声 噪噪声声中中，满满足足相相位位平平衡衡条条件件的的某某一一频频率率 0 0的的噪噪声声信信号号被被放放大，成为振荡电路的输出信号。大，成为振荡电路的输出信号。当电路一接上直流电源，电路中就有一个电冲击，这个电冲击含有丰富的谐波，有一个频率为f0的正弦信号成分正好满足起起振条件。振条件。f0的正弦信号一开始很弱，但是因为AF1，经历几个循环之后，输出逐渐加大。稳稳幅幅的的作作用用就就是是，当当输输出出信信号号幅幅值值增增加加到到一一定定程程度度时时，使使振幅平衡条件振幅平衡条件从从AF1 到到AF=1由于放大电路的非线性特性，随着由于放大电路的非线性特
6、性，随着vid的增加，的增加，A在减小（因为在减小（因为vid的增加使三极管的动态工作范围进入饱和区和截止区，输的增加使三极管的动态工作范围进入饱和区和截止区，输出波形被削顶、削底，电压放大倍数减小）当出波形被削顶、削底，电压放大倍数减小）当AF=1时，输出时，输出达到稳定，这时输出波形有失真。达到稳定，这时输出波形有失真。也可以使F降低，这样可以保证输出不失真还可以在基本放大电路中引入负反馈（由非线性电阻引入），使放大倍数可以根据输出变化而调整，而放大电路中的三极管的动态工作范围一直处在放大区 一一个个反反馈馈放放大大电电路路若若能能同同时时满满足足自自激激振振荡荡的的幅幅度度和和相相位位平
7、平衡衡条条件件，就就一一定定能能产产生生自自激激振振荡荡，但但并并不不见见得得一一定定能能产产生生正正弦波自激振荡，即弦波自激振荡，即输出信号不一定是正弦波输出信号不一定是正弦波。3.基本组成部分基本组成部分 这这是是因因为为，若若同同时时有有多多种种频频率率的的正正弦弦波波信信号号都都满满足足自自激激振振荡荡条条件件，则则反反馈馈放放大大电电路路就就能能够够在在多多种种频频率率下下产产生生振振荡荡。它它的的输输出出信信号号就就是是一一个个由由多多种种频频率率的的正正弦弦波波信信号号合合成成的的非非正正弦弦波信号波信号。为为了了获获得得单单一一频频率率的的正正弦弦波波振振荡荡，可可在在反反馈馈
8、放放大大电电路路中中引引入入选选频频网网络络（选选择择满满足足相相位位平平衡衡条条件件的的一一个个频频率率），使使反反馈馈放放大大电电路路对对不不同同频频率率的的正正弦弦波波信信号号产产生生不不同同的的相相位位移移和和放放大大倍倍数数，使使电电路路只只让让某某一一特特定定频频率率的的正正弦弦波波信信号号满满足足自自激激振振荡荡条条件件，保保证电路输出正弦波信号。证电路输出正弦波信号。4放大电路（包括负反馈放大电路）放大电路（包括负反馈放大电路）4反馈网络（构成正反馈）反馈网络（构成正反馈）4选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率，经常与反馈选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率，经常与反馈
9、 网络合二为一。）网络合二为一。）4稳幅环节稳幅环节RC RC 振荡器振荡器 低频低频1MHZ1MHZ1MHZ正弦波信号发生器根据选频网络的分类正弦波信号发生器根据选频网络的分类RC 小于1MHZLC 大于1MHZ8.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1.电路组成电路组成2.RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性3.振荡电路工作原理振荡电路工作原理4.稳幅措施稳幅措施1.电路组成电路组成反馈网络兼做选频网络反馈网络兼做选频网络反馈系数反馈系数2.RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性幅频响应幅频响应又又且令且令则则相频响应相频响应2.RC串并联选频网络的选频特性串
10、并联选频网络的选频特性当当幅频响应有最大值幅频响应有最大值相频响应相频响应在所有频率范围内，在+90和-90之间3.振荡电路工作原理振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为此时若放大电路的电压增益为 用用瞬瞬时时极极性性法法判判断断可可知知，电电路满足相位平衡条件路满足相位平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件当当时，时，(+)(+)(+)(+)Av电路可以输出频率为电路可以输出频率为 的正弦波的正弦波RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波的正弦波8.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1 LC并联谐振回路选频特性
11、并联谐振回路选频特性2 变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路1.1.等效阻抗等效阻抗LC并联谐振回路选频特性并联谐振回路选频特性等效损耗电阻等效损耗电阻一般有一般有则则即即 时，时，电路发生电路发生谐振谐振。为谐振频率为谐振频率谐振时阻抗最大且为纯阻性谐振时阻抗最大且为纯阻性其中其中为为品品质质因因数数，评评价价回回路路损损耗耗大小的指标大小的指标同时有同时有即即外界对谐振回路的影响可忽略VO与IS同相2.频率响应频率响应谐振回路具谐振回路具有选频特性有选频特性1 虽虽然然波波形形出出现现了了失失真真，但但由由于于LC谐谐振振电电路路的的Q值值很很高
12、高，选选频特性好，所以仍能选出频特性好，所以仍能选出 0的正弦波信号。的正弦波信号。变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路1.电路结构电路结构2.相位平衡条件相位平衡条件3.幅值平衡条件幅值平衡条件4.稳幅稳幅5.选频选频 通通过过选选择择高高 值值的的BJT和和调调整整变变压压器器的的匝匝数数比比，可可以以满满足足，电路可以起振。，电路可以起振。BJT进入非线性区，波形进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。（定性分析）（定性分析）(+)()同名端(+)判断相位平衡条件时一定判断相位平衡条件时一定要画交流通路，放大电路要画交
13、流通路，放大电路的中频交流信号的交流通的中频交流信号的交流通路路(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)反馈反馈满满足足相相位位平平衡衡条条件，可能振荡件，可能振荡满满足足相相位位平平衡衡条条件，可能振荡件，可能振荡反馈反馈三点式三点式LC振荡电路振荡电路1.电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路一定要画出交流通路2.电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路电容三点式电容三点式电感三点式电感三点式谐振回路的三个谐振回路的三个引出端与三极管引出端与三极管的三个电极相连的三个电极相连(指交流连接指交流连接),其其中两个同性质电中两个同性质电抗的公共点与发抗的公共点与发射极相连射极相连,而另一而另
14、一个异性电抗则连个异性电抗则连在集电极与基极在集电极与基极间。间。总结：对分立元件放大电路电容三点式电容三点式电感三点式电感三点式谐振回路的三个引谐振回路的三个引出端与集成运放的出端与集成运放的三个端子三个端子(同相端、同相端、反相端、输出端反相端、输出端)相相连连(指交流连接指交流连接),),其其中两个同性质电抗中两个同性质电抗的公共点与同相端的公共点与同相端相连，而另一个异相连，而另一个异性电抗则连在反相性电抗则连在反相端与输出端之间。端与输出端之间。总结：对运放作为放大电路8.4 非正弦波产生电路非正弦波产生电路(不要求不要求)1矩形波产生电路矩形波产生电路2 三角波发生器三角波发生器3
15、 锯齿波发生器锯齿波发生器1矩形波产生电路矩形波产生电路为积分电路为积分电路 输出电压经积分输出电压经积分后产生一个变化的后产生一个变化的电压替代迟滞比较电压替代迟滞比较器的输入信号。器的输入信号。假定电路的初始状态假定电路的初始状态 VC+-,VC0反向充电反向充电反向反向充电充电正向充电正向充电正向正向充电充电VCVC动画二动画二VC+-正向充电正向充电电容充放电时电容充放电时 三要素法三要素法正向充电正向充电反向充电反向充电RoDz+-R1Vi1R4Vo1RfA1-+R2 Vo2CR3A2WA1迟滞比较器迟滞比较器,VR=0,V01=(VZ+VD)，A2积分器积分器,上下限电压由上下限电
16、压由Vi1和和Vo1共同决定共同决定输入一周期变化的信号输出输入一周期变化的信号输出V01将是一方波将是一方波输入方波信号，输出是一个三角波信号输入方波信号，输出是一个三角波信号2 三角波发生器三角波发生器V0 tVom1Vom2Von2Von1T1T2TV01V02Vom1=VZ+VDVon1=-(VZ+VD)RoDz+-R1Vi1R4Vo1RfA1-+R2 Vo2CR3A2W A1同相端的电位同相端的电位Vi1V 稍大于零，比较器的输出将由低电稍大于零，比较器的输出将由低电平平Von1跳变到高电平跳变到高电平Vom1。上门限电压上门限电压=Vom2=0Vi1V 稍小于零，比较器的输出将由高
17、电稍小于零，比较器的输出将由高电平平Vom1跳变到低电平跳变到低电平Von1。下门限电压下门限电压=Von2=0当当Vo1=Von1时，时，当当Vo1=Vom1时，时，门限宽度门限宽度周期周期T与频率与频率fRoDz+-R1 Vi1R4Vo1RfA1-+R2 Vo2CR3A2WR22R21D1D2设计思想：设计思想：将积分器的充放电回路分开，从而改变将积分器的充放电回路分开，从而改变T1和和T2。1.当当Vo1为正电压为正电压Vom1时，正电压时，正电压W D1给给C充电充电,积分积分时间常数时间常数 1R21C.2.当当Vo1为负电压为负电压Von1时，负电压时，负电压W D2给给C放电放电,积分时积分时间常数间常数 2 R22C.3 锯齿波发生器锯齿波发生器作业8-1