模擬電路第九章

1、 正弦波發(fā)生電路能產(chǎn)生正弦波輸出，它是正弦波發(fā)生電路能產(chǎn)生正弦波輸出，它是在放大電路的基礎(chǔ)上加上正反饋而形成的，它在放大電路的基礎(chǔ)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波發(fā)生電路也稱為正弦波振蕩電路或正弦波振蕩器。蕩器。 9.1 產(chǎn)生正弦波的條件 9.2 RC正弦波振蕩電路 9.3 LC正弦波振蕩電路9.1 產(chǎn)生正弦波的條件 1 正弦波發(fā)生電路的組成正弦波發(fā)生電路的組成 2 產(chǎn)生正弦波的條件產(chǎn)生正弦波的條件 3 起振條件起振條件1 1 正弦波發(fā)生電路的組成正弦波發(fā)生電路的組成 為了產(chǎn)生正弦

2、波，必須在放大電路里加入為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋，因此正反饋，因此放大電路放大電路和和正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電是振蕩電路的最主要部分。但是，這樣兩部分構(gòu)成的振路的最主要部分。但是，這樣兩部分構(gòu)成的振蕩器一般得不到正弦波，這是由于很難控制正蕩器一般得不到正弦波，這是由于很難控制正反饋的量。反饋的量。 如果正反饋量大，則增幅，輸出幅度越來如果正反饋量大，則增幅，輸出幅度越來越大，最后由三極管的非線性限幅，這必然產(chǎn)越大，最后由三極管的非線性限幅，這必然產(chǎn)生非線性失真。生非線性失真。 反之，如果正反饋量不足，則減幅（電路反之，如果正反饋量不足，則減幅（電路的損耗）的損耗） ，可能

3、停振，為此振蕩電路要有一個，可能停振，為此振蕩電路要有一個穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅電路。2 2 產(chǎn)生正弦波的條件產(chǎn)生正弦波的條件 產(chǎn)生正弦波的條件與負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生正弦波的條件與負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激的條件十分類似。只不過負(fù)反饋產(chǎn)生自激的條件十分類似。只不過負(fù)反饋放大電路中是由于負(fù)反饋引入不當(dāng)放大電路中是由于負(fù)反饋引入不當(dāng)，從而從而使負(fù)反饋變成了正反饋（有輸入信號），使負(fù)反饋變成了正反饋（有輸入信號），影響放大電路的正常工作。而在振蕩電路影響放大電路的正常工作。而在振蕩電路中加的就是正反饋，振蕩建立后只是中加的就是正反饋，振蕩建立后只是一種一種頻率的信號頻率的信號（無輸入信號）。（無輸入信號）。 振蕩條

4、件振蕩條件 幅度平衡條件幅度平衡條件 相位平衡條件相位平衡條件 1 FA1 FA AF = A+ F= 2n FAAA1f動畫9-1(a) 負(fù)反饋放大電路負(fù)反饋放大電路 (b) 正反饋振蕩電路正反饋振蕩電路 圖圖9.1 振蕩器的方框圖振蕩器的方框圖 比較圖比較圖9.01(9.01(a) a) 和和 ( (b)b)就可以明顯地看出負(fù)反饋放大電就可以明顯地看出負(fù)反饋放大電路和正反饋振蕩電路的區(qū)別了。由于振蕩電路的輸入信路和正反饋振蕩電路的區(qū)別了。由于振蕩電路的輸入信號號 ，所以，所以 。由于正、負(fù)號的改變。由于正、負(fù)號的改變0XifdiXX 振蕩器在剛剛起振時，為了克服電路振蕩器在剛剛起振時，為了

5、克服電路中的損耗，需要正反饋強(qiáng)一些，即要求中的損耗，需要正反饋強(qiáng)一些，即要求這稱為這稱為起振條件（通過參數(shù)調(diào)整）起振條件（通過參數(shù)調(diào)整）。1| FA3 起振條件起振條件 振蕩電路開始無需輸入振蕩電路開始無需輸入 就能振蕩起來，由就能振蕩起來，由直流電變?yōu)榻涣麟姟ｋ娐方油娫春?，電路出現(xiàn)直流電變?yōu)榻涣麟?。電路接通電源后，電路出現(xiàn)一個電沖擊，從而激起一個微小的反饋信號一個電沖擊，從而激起一個微小的反饋信號 加加到輸入端，其頻譜分布很廣，只有滿足到輸入端，其頻譜分布很廣，只有滿足 的的信號信號 才能振蕩起來。才能振蕩起來。.fX.fX1| FA.fX9.2 RC正弦波振蕩電路1 RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)2

6、 RC文氏橋振蕩器9.2 RC正弦波振蕩電路圖圖9.2 RC文氏橋振蕩電路文氏橋振蕩電路 a=0 （同相輸入）同相輸入） f=0 （正反饋網(wǎng)絡(luò)呈純阻性質(zhì)）正反饋網(wǎng)絡(luò)呈純阻性質(zhì)） a + f=0 滿足相位平衡條件，就可能滿足相位平衡條件，就可能 振蕩起來。振蕩起來。RC具有選頻作用具有選頻作用-兼作選頻網(wǎng)絡(luò)。兼作選頻網(wǎng)絡(luò)。1 FA AF = A+ F = 2n 振蕩條件振蕩條件:1 RC 網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng) RCRC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電路如圖串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電路如圖9.2(9.2(a) a) 所示。所示。RCRC串聯(lián)串聯(lián)臂的阻抗用臂的阻抗用Z Z1 1表示，表示，RCRC并聯(lián)臂的阻抗用并聯(lián)臂的阻抗用Z Z2

7、2表示。表示。其頻率響應(yīng)如下其頻率響應(yīng)如下: :)j/1(1CRZ RCRCRZ j1 )j/1/(2 圖圖9.3(a) RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)RC10 其中：其中：RC10 諧振角頻率和諧振頻率分別為諧振角頻率和諧振頻率分別為: 或或RCf210 )(31212. oofjZZZVoVF 幅頻特性幅頻特性: F2002)(31 3arctg00F 相頻特性相頻特性:正反饋網(wǎng)絡(luò)呈純阻性質(zhì)，正反饋網(wǎng)絡(luò)呈純阻性質(zhì)，F(xiàn)=1/3，且相位相同且相位相同 。0 f 當(dāng)當(dāng) f=ff=f0 0 時的反饋系數(shù)時的反饋系數(shù) , ,且與且與頻率頻率f f0 0的大小無關(guān)。此時的相角的大小無關(guān)。此時的相角 F F=

8、0=0 。電路發(fā)生串并聯(lián)諧振。有關(guān)曲線見圖電路發(fā)生串并聯(lián)諧振。有關(guān)曲線見圖9.3(9.3(b)b)。31 F圖圖9.2(b) RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線2 RC文氏橋振蕩電路 (1) RC文氏橋振蕩電路的構(gòu)成文氏橋振蕩電路的構(gòu)成 RC文氏橋振蕩電路如圖文氏橋振蕩電路如圖9.2所示，所示，RC 串并串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是正反饋網(wǎng)絡(luò)，另外還增加了聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是正反饋網(wǎng)絡(luò)，另外還增加了Rf和和R1負(fù)負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成串聯(lián)電壓負(fù)反饋，構(gòu)成串聯(lián)電壓負(fù)反饋。 C、R正反饋正反饋支路與支路與Rf、R1負(fù)負(fù)反饋支路正好構(gòu)反饋支路正好構(gòu)成一個橋路，稱成一個橋路，稱為為文氏橋文氏橋。圖圖9.2 R

9、C文氏橋振蕩電路文氏橋振蕩電路 為滿足振蕩的幅度條件為滿足振蕩的幅度條件 =1=1，所以，所以A A=3=3。為了滿足起振條件為了滿足起振條件A A 3 3，達(dá)到穩(wěn)定的平衡狀態(tài)時，達(dá)到穩(wěn)定的平衡狀態(tài)時， A A=3=3 。FA31of VVF f=0 a + f=0 112, 31RRRRAff RCff210 當(dāng)當(dāng)時時: (2)(2)RCRC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過程文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅過程 RC文氏橋振蕩文氏橋振蕩 電路的穩(wěn)幅作用是電路的穩(wěn)幅作用是 靠靠熱敏電阻熱敏電阻R1實現(xiàn)實現(xiàn) 的。若的。若R1是正溫度系數(shù)熱敏電阻是正溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)輸出電，當(dāng)輸出電壓升高，壓升高，R1上所加的電壓升

10、高，即溫度升高，上所加的電壓升高，即溫度升高，R1的阻值增加，負(fù)反饋增強(qiáng)，輸出幅度下降。的阻值增加，負(fù)反饋增強(qiáng)，輸出幅度下降。反之輸出幅度增加。若熱敏電阻是反之輸出幅度增加。若熱敏電阻是負(fù)溫度系負(fù)溫度系數(shù)數(shù)，應(yīng)放置在，應(yīng)放置在Rf的位置。的位置。動畫9-23R是是D1，D2和和R3并聯(lián)的等效電阻并聯(lián)的等效電阻 (a) 穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅電路 (b) 穩(wěn)幅原理圖穩(wěn)幅原理圖 圖圖9.4 反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路 采用反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路如圖采用反并聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路如圖9.49.4所示。所示。4p3p+1=RRRRAV 當(dāng)當(dāng)Vo大時，二極管支路的交流電流較大，大時，二極管支路的交流

11、電流較大，RD較小，較小，Avf較小，于是較小，于是Vo下降。由圖下降。由圖( (b)b)可看可看出二極管工作在出二極管工作在C、D點所對應(yīng)的等效電阻，點所對應(yīng)的等效電阻，小于工作在小于工作在A、B點所對應(yīng)的等效電阻，所以點所對應(yīng)的等效電阻，所以輸出幅度小。輸出幅度小。 二極管工作在二極管工作在A、B點，電路的增益較大，點，電路的增益較大，引起增幅過程。當(dāng)輸出幅度大到一定程度，二引起增幅過程。當(dāng)輸出幅度大到一定程度，二極管工作在極管工作在C、D點，增益下降，最后達(dá)到穩(wěn)定點，增益下降，最后達(dá)到穩(wěn)定幅度的目的。幅度的目的。 根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)RC振蕩電路振蕩電路：產(chǎn)生產(chǎn)生低頻低頻信號，信號，

12、 1HZ-1MHZLC振蕩電路振蕩電路：產(chǎn)生產(chǎn)生高頻高頻信號，信號， 1MHZ以上以上正弦波發(fā)生電路的組成：正弦波發(fā)生電路的組成： 放大電路放大電路 正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò) 選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò) 穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅電路例題：例題：P400-402習(xí)題集及書習(xí)題集及書P4309.3 LC正弦波振蕩電路 LCLC正弦波振蕩電路的構(gòu)成與正弦波振蕩電路的構(gòu)成與RCRC正弦波振蕩電路相似，正弦波振蕩電路相似，包括有包括有放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路。這里的這里的選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)是由是由LCLC并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路構(gòu)成，正反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，正反饋網(wǎng)絡(luò)因不同類型的因不

13、同類型的LCLC正弦波振蕩電路而有所不同。正弦波振蕩電路而有所不同。 1. 1. LCLC并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng) 2. 2. 變壓器反饋變壓器反饋LCLC振蕩器振蕩器 3. 3. 電感三點式電感三點式LCLC振蕩器振蕩器 4. 4. 電容三點式電容三點式LCLC振蕩電路振蕩電路 5. 5. 石英晶體石英晶體LCLC振蕩電路振蕩電路 1. LC并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng) LC并聯(lián)諧振電路如圖并聯(lián)諧振電路如圖9.59.5所示。所示。LRCLRCZ jj1)j(j1 圖圖9.5 LC并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路考慮電感支路的損耗，用考慮電感支路的損耗，用R表示。表

14、示。)1j(,CLRCLZLR 諧振時諧振時諧振頻率諧振頻率01 CL LCff210 LC10 圖圖9.5 LC并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路IIIIQ/CL 諧振時回路呈純阻性諧振時回路呈純阻性: 電感支路電流或電容支路電流與總電流之比，電感支路電流或電容支路電流與總電流之比，稱為并聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)稱為并聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)RCLZ/0 對于圖對于圖9.6的諧振曲線，的諧振曲線，Q值大的曲線較陡較窄，選擇值大的曲線較陡較窄，選擇性越強(qiáng)，圖中性越強(qiáng)，圖中Q1Q2。并聯(lián)諧振電路的諧振阻抗并聯(lián)諧振電路的諧振阻抗諧振時諧振時LC并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路相當(dāng)一個電阻。相當(dāng)一個電阻。CLQCQLQRCL

15、Z 000 圖圖9.6 LC的諧振曲線的諧振曲線2 變壓器反饋變壓器反饋LC振蕩電路振蕩電路圖圖9.7變壓器反饋變壓器反饋LC振蕩電路振蕩電路變壓器反饋變壓器反饋LC振蕩電路如圖振蕩電路如圖9.79.7所示。所示。 LC并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振電路作電路作為三極管的負(fù)載，反饋線為三極管的負(fù)載，反饋線圈圈L2與電感線圈與電感線圈相耦合相耦合,將反饋信號送入三極管的將反饋信號送入三極管的輸入回路。輸入回路。調(diào)整調(diào)整L2和和L匝數(shù)可以改變反饋信號的強(qiáng)度，滿足振匝數(shù)可以改變反饋信號的強(qiáng)度，滿足振幅平衡條件。幅平衡條件。 a=180 ， f=180 ， a + f=360 滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件fV

16、iV 與與同相同相 有關(guān)同名端的極性請參閱圖有關(guān)同名端的極性請參閱圖9.89.8。 圖圖9.8 9.8 同名端的極性同名端的極性 變壓器變壓器反饋反饋LC振蕩振蕩電路電路的振蕩頻率與并聯(lián)的振蕩頻率與并聯(lián)LC諧振電路相同，諧振電路相同，為為LCf210 3 3 電感三點式電感三點式LCLC振蕩器振蕩器 圖圖9.9 為電感三點式為電感三點式LC振蕩電路。電感線圈振蕩電路。電感線圈L L1 1和和L L2 2是一個是一個線圈，線圈，2點是中間抽頭。點是中間抽頭。 LC并聯(lián)諧振電路中，電感的并聯(lián)諧振電路中，電感的首端首端1、中間抽頭中間抽頭2和和尾端尾端3，其交流通道分別與放大電路的，其交流通道分別與

17、放大電路的B 、E和和C相連，反饋信號取自相連，反饋信號取自L2的電壓，稱之為的電壓，稱之為電感三點式電感三點式LC振蕩振蕩電路電路。圖。圖9.10 為另一種電感三點式為另一種電感三點式LC振蕩電路。振蕩電路。 圖圖9.9 9.9 電感三點式電感三點式LC振蕩器振蕩器圖圖9.109.10電感三點式電感三點式LC振蕩器振蕩器，滿足相位平衡條件，滿足相位平衡條件調(diào)整調(diào)整L2和和L匝數(shù)可以改變反饋信號的強(qiáng)度，滿足振匝數(shù)可以改變反饋信號的強(qiáng)度，滿足振幅平衡條件。幅平衡條件。CMLLf)2(21210 振蕩頻率：振蕩頻率：反饋信號取自反饋信號取自L2的電壓的電壓fViV與與同相同相缺點：缺點：Vf取自取

18、自L2， L2對高次諧波（相對對高次諧波（相對f0而言）阻抗而言）阻抗大，因而引起振蕩電路輸出波形中諧波分量增大，大，因而引起振蕩電路輸出波形中諧波分量增大，波形不理想。波形不理想。圖圖9.12 電容三點式電容三點式LC振蕩電路振蕩電路4 電容三點式LC振蕩電路 與電感三點式與電感三點式LC振蕩電路類似的有電容三振蕩電路類似的有電容三點式點式LC振蕩電路，見圖振蕩電路，見圖9.12。滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件fViV與同相同相,4 電容三點式LC振蕩電路調(diào)整調(diào)整C2和和C1可以改變反饋信號的強(qiáng)度，滿足可以改變反饋信號的強(qiáng)度，滿足振幅平衡條件。振幅平衡條件。)(2111210CCCCLf

19、振蕩頻率：振蕩頻率：特點：特點：Vf取自取自C2， C2對高次諧波（相對對高次諧波（相對f0而言）而言）阻抗小，因而可將高次諧波分量濾除，所以輸阻抗小，因而可將高次諧波分量濾除，所以輸出波形好。出波形好。例例9.19.1：圖：圖9.139.13為一個三點式振蕩電路為一個三點式振蕩電路 試判斷是否滿足相位平衡條件。試判斷是否滿足相位平衡條件。圖圖9.13 9.13 例題例題9.19.1的電路圖的電路圖5 石英晶體LC振蕩電路 在有些信號產(chǎn)生電路中，要求振蕩電路在有些信號產(chǎn)生電路中，要求振蕩電路的振蕩頻率有一定的穩(wěn)定度。的振蕩頻率有一定的穩(wěn)定度。fO與與L、C和和R等參數(shù)有關(guān)。等參數(shù)有關(guān)。Q值越大

20、，穩(wěn)定度越高，石英值越大，穩(wěn)定度越高，石英晶體的晶體的Q值很大，所以值很大，所以高精度高精度的振蕩電路采的振蕩電路采用用石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路。5 石英晶體LC振蕩電路 利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點，構(gòu)利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點，構(gòu)成成LC振蕩電路，如圖振蕩電路，如圖9.14所示。所示。 (a)串聯(lián)型串聯(lián)型 f f0 0 =f fs s （b）并聯(lián)型并聯(lián)型 f fs s f f0 0f fp p 圖圖9.14 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路 石英晶體的石英晶體的阻抗頻率特性曲阻抗頻率特性曲線見圖線見圖9.15,9.15,圖圖9.15 9.15 石英晶體的電抗曲線石英晶體的電抗曲線它