第8章波形發(fā)生和信號轉換.ppt

正弦波發(fā)生電路能產(chǎn)生正弦波輸出 它是在放大電路的基礎上加上正反饋而形成的 它是各類波形發(fā)生器和信號源的核心電路 正弦波發(fā)生電路也稱為正弦波振蕩電路或正弦波振蕩器 8 1產(chǎn)生自激和正弦波的條件8 2RC正弦波振蕩電路8 3LC正弦波振蕩電路 第8章波形發(fā)生和信號轉換 8 1產(chǎn)生自激和正弦波的條件 8 1 1產(chǎn)生自激振蕩的平衡條件8 1 2產(chǎn)生自激振蕩的起振條件8 1 3產(chǎn)生正弦振蕩的條件 8 1 1產(chǎn)生自激振蕩的平衡條件 1 基本概念 自激振蕩 在沒有外加輸入信號的條件下 電路內部自發(fā)的產(chǎn)生某些頻率和幅度的震蕩信號的現(xiàn)象 正弦振蕩器 自激振蕩產(chǎn)生單一頻率的正弦信號的電路 2 自激振蕩的平衡條件 設想 要保證vo不變 則必有 vf vi 又 vf FvO vi vO A vf vi即 自激振蕩的平衡條件 動畫11 1 在電源接通的一瞬間 有很小的電擾動信號 電沖擊信號 由于這種電擾動的不規(guī)則性 它包含著頻率范圍很寬的各次諧波 8 1 2自激振蕩的建立過程及其起振條件 若vf vi 則vo會越來越大 由于三極管的非線性區(qū)的限制 振幅最終會穩(wěn)定在一定的大小 vo 三極管進入非線性區(qū) vo不再增大 自激振蕩建立 自激振蕩建立過程可用下面的特性曲線來說明 F 反饋特性 A 放大特性 vi vf vo vi1 vo1 vf1 vi2 vo2 vf2 vi3 vo3 vf3 vi4 vo4 vf4 vi5 若F不同時 F太小 F合適 F太大 即 相位起振條件 AF 2n 即 所引反饋為正反饋 幅值起振條件 即 vf vi 自激振蕩的起振條件 要獲得單一頻率的正弦信號 除了放大電路和反饋網(wǎng)絡外還應有何電路 為了獲得單一頻率的正弦波輸出 應該有選頻網(wǎng)絡 選頻網(wǎng)絡往往和正反饋網(wǎng)絡或放大電路合而為一 選頻網(wǎng)絡由R C和L C等電抗性元件組成 正弦波振蕩器的名稱一般由選頻網(wǎng)絡來命名 正弦波發(fā)生電路的組成 放大電路正反饋網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡穩(wěn)幅電路 8 1 3產(chǎn)生正弦振蕩的條件 8 2RC正弦波振蕩電路 8 2 1RC網(wǎng)絡的頻率響應8 2 2RC文氏橋振蕩器 8 2 1RC網(wǎng)絡的頻率響應 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的電路如圖所示 RC串聯(lián)臂的阻抗用Z1表示 RC并聯(lián)臂的阻抗用Z2表示 其頻率響應如下 諧振頻率為 當R1 R2 C1 C2時 諧振角頻率和諧振頻率分別為 幅頻特性 相頻特性 當f f0時的反饋系數(shù)F 1 3時 且與頻率f0的大小無關 此時的相角 F 0 即改變頻率不會影響反饋系數(shù)和相角 在調節(jié)諧振頻率的過程中 不會停振 也不會使輸出幅度改變 結論 固有頻率 f f0時 f f0時 即 vf和vo同相 8 2 2RC文氏橋振蕩電路 1對放大器的要求 2分立元件RC文氏橋振蕩電路 3集成運放組成的RC文氏橋振蕩電路 1對放大器的要求 由起振條件知 幅值條件 又因為f f0時 所以 相位條件 vf與vi同相 因為vf與vo同相 所以放大器的vi必須與vo同相 分立元件RC文氏橋振蕩電路 結論 1RC串并聯(lián)電路具有選頻特性 固有頻率為 2用瞬時極性法可判斷RC串并聯(lián)網(wǎng)絡對頻率為f0的信號引的是正反饋 3起振時 放大器的放大倍數(shù)要滿足條件 Av 3 4為保證波形不失真 Av 3而接近于3 因此電路中加負反饋來降低放大倍數(shù) 調節(jié)RF來調節(jié)反饋量 使Av 3而接近于3 提高振蕩的穩(wěn)定性 RC文氏橋振蕩電路如圖所示 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡是正反饋網(wǎng)絡 另外還增加了R3和R4負反饋網(wǎng)絡 C1 R1和C2 R2正反饋支路與R3 R4負反饋支路正好構成一個橋路 稱為文氏橋 3集成運放組成的RC文氏橋振蕩電路 當C1 C2 R1 R2時 為滿足振蕩的幅度條件 1 所以Af 3 加入R3 R4支路 構成串聯(lián)電壓負反饋 F 0 RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過程 RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅作用是靠熱敏電阻R4實現(xiàn)的 R4是正溫度系數(shù)熱敏電阻 當輸出電壓升高 R4上所加的電壓升高 即溫度升高 R4的阻值增加 負反饋增強 輸出幅度下降 反之輸出幅度增加 若熱敏電阻是負溫度系數(shù) 應放置在R3的位置 例 電路如圖 已知R4 10K 求R3 若R3 20K UO無波形 為什么 如何調才能輸出振蕩波形 若vO的波形為 B 圖 為什么 求vO的頻率的表達式 動畫 8 3LC正弦波振蕩電路 LC正弦波振蕩電路的構成與RC正弦波振蕩電路相似 包括有放大電路 正反饋網(wǎng)絡 選頻網(wǎng)絡和穩(wěn)幅電路 這里的選頻網(wǎng)絡是由LC并聯(lián)諧振電路構成 正反饋網(wǎng)絡因不同類型的LC正弦波振蕩電路而有所不同 8 3 1LC并聯(lián)諧振電路的頻率響應8 3 2變壓器反饋LC振蕩器8 3 3電感三點式LC振蕩器8 3 4電容三點式LC振蕩器 8 3 1LC并聯(lián)諧振電路的選頻特性 L 在低頻段 很小 LC網(wǎng)絡呈電感性 在高頻段 很大 LC網(wǎng)絡呈電容性 Z 結論 固有頻率 f f0時 f f0時 網(wǎng)絡呈純電阻性LC參數(shù)不同 頻率特性不同 與Q有關 8 3 2變壓器反饋LC振蕩電路 1組成 放大電路 分壓偏置共發(fā)射極放大電路選頻網(wǎng)絡 L C反饋網(wǎng)絡 L2 2能否起振 相位 是正反饋 幅值 在f f0時 Av最大 通過調整反饋線圈的匝數(shù)可以改變反饋信號的強度使 AvMF 1 3固有頻率 有關同名端的極性請參閱圖示 4優(yōu)點 調節(jié)頻率方便 采用可變電容 可獲得一個較寬的頻率調節(jié)范圍 一般用于產(chǎn)生10MHZ以下的信號 5缺點 結構復雜 有變壓器 體積大 L小 Q值小 選頻性能差 動畫 改進思路 1去掉變壓器2通過增大電感L來增大Q值 設M為互感 有 L L1 L2 2M增大了L 8 3 3電感反饋的LC振蕩器 電感三點式LC振蕩器 圖11 09電感三點式LC振蕩器 CB 圖11 10電感三點式LC振蕩器 CE 1組成三部分都有2判斷能否起振通過調L1可調F 保證使 AvMF 13振蕩頻率 4存在的問題 對高次諧波分量的抑制差 5電路特點 1 調節(jié)頻率方便 用可變電容可獲得較寬的頻率調節(jié)范圍 2 一般用于產(chǎn)生10MHZ以下的信號 3 因為反饋電壓取自電感 而電感對高次諧波的阻抗大 不能將高次諧波濾掉 輸出波形差 4 因為輸出波形差 頻率穩(wěn)定度不高 故多用于要求不高的設備中 如 高頻加熱器 接收機的本振 8 3 4電容反饋的LC振蕩電路 電容三點式 與電感三點式LC振蕩電路類似的有電容三點式LC振蕩電路 見圖11 12 a CB組態(tài) b CE組態(tài)圖11 12電容三點式LC振蕩電路 例11 1 圖11 13為一個三點式振蕩電路試判斷是否滿足相位平衡條件 a b 圖11 13例題11 1的電路圖 1組成 三部分都有2能否起振 通過調整C2使F滿足幅值條件2振蕩頻率 電路特點 反饋取自電容 電容對高