波形的發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換RC正弦波振蕩電路

1、8 - 1 - 1模擬電子技模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課件術(shù)基礎(chǔ)課件8 -1- 2第七章內(nèi)容總結(jié)一、比例運算電路一、比例運算電路 1、反相、反相 比例運算電路比例運算電路 IfOuRRu2、同相、同相 比例運算電路比例運算電路IfO)1 (uRRu8 -1- 3二二. 加減運算電路加減運算電路)(3I32I21I1fORuRuRuRu保證輸入端的對稱性保證輸入端的對稱性1、反相求和運算電路、反相求和運算電路8 -1- 4)(3I32I21I1fORuRuRuRu如果如果 Rp =RN2. 同相求和運算電路同相求和運算電路pfO)1 (uRRu)(3I32I21I1PPRuRuRuRu8 -1- 5543

2、f21/RRRRRR當(dāng)當(dāng))(2I21I14I43I3fO2O1ORuRuRuRuRuuu時時3、加減運算電路、加減運算電路8 -1- 6三、積分運算電路如圖所示三、積分運算電路如圖所示dtuRCdtiCuICO11+ uC -211OIO)(1tttudtuRCu在在 t1 t2 的時間段內(nèi)，的時間段內(nèi)，8 -1- 7四、微分運算電路四、微分運算電路+ uc -dtduRCuIO如果如果uI 為常數(shù)，為常數(shù)，uO =0如果如果uI 為正弦信號，為正弦信號，uO 為正弦信號且滯后為正弦信號且滯后90。如果如果uI 為三角波，為三角波，uO 為方波。為方波。+ uc -如果如果uI 為方波，為方波

3、，uO 為脈沖信號。為脈沖信號。8 - 1 - 88.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 8.2 電壓比較器電壓比較器第第8 8章章 波形的發(fā)生和波形的發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換信號的轉(zhuǎn)換8 - 1 - 9第第8章章 波形的發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換波形的發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換 在電子電路中在電子電路中,我們常常需要各種各樣的波形信號作為測我們常常需要各種各樣的波形信號作為測試信號或控制信號等試信號或控制信號等,產(chǎn)生各種信號的電路為產(chǎn)生各種信號的電路為振蕩電路。振蕩電路。 振蕩電路：在沒有外加輸入信號的情況下，振蕩電路：在沒有外加輸入信號的情況下，依靠電路自身振蕩而產(chǎn)生輸出信號的電路為振蕩依靠電路自身振蕩而產(chǎn)生輸出信號的

4、電路為振蕩電路。電路。如果產(chǎn)生的信號為正弦信號如果產(chǎn)生的信號為正弦信號,則電路為正弦波振蕩電路。則電路為正弦波振蕩電路。如果產(chǎn)生的信號為脈沖信號如果產(chǎn)生的信號為脈沖信號,則電路為脈沖波振蕩電路。則電路為脈沖波振蕩電路。產(chǎn)生的信號不同，對應(yīng)的振蕩電路也不同。產(chǎn)生的信號不同，對應(yīng)的振蕩電路也不同。8 - 1 - 10 正弦波振蕩電路是在沒有外加輸入信號的情況下，正弦波振蕩電路是在沒有外加輸入信號的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。8.1.1 概述概述一、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件一、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件8.1 8.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩

5、電路UO= A Ui作為放大電路當(dāng)有作為放大電路當(dāng)有Ui時，則有時，則有UO= A Ui。 UO經(jīng)經(jīng)F 后，產(chǎn)后，產(chǎn)生生Uf = F UO信信號號源源Uf123Uo8 - 1 - 11如果如果Uf = Ui 大小相等大小相等相位相同相位相同反饋回來的信號反饋回來的信號Uf 可以取可以取代代Ui -電路引入正反饋。電路引入正反饋。 輸入端的開關(guān)由輸入端的開關(guān)由1 1轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換到2 2 ，2323相連相連, ,此時電路不此時電路不再有外加的輸入信號，電路本身產(chǎn)生的信號就能保證輸再有外加的輸入信號，電路本身產(chǎn)生的信號就能保證輸出端有出端有UO 信號，這就形成了基本振蕩電路。信號，這就形成了基本振蕩電

6、路。信信號號源源Uf123Uo根據(jù)以上根據(jù)以上的推導(dǎo)的推導(dǎo):.i.fUU .i.O.fUFAUFU8 - 1 - 121FA.i.fUU .i.O.fUFAUFU產(chǎn)生正弦波振蕩的平衡條件產(chǎn)生正弦波振蕩的平衡條件:1FA幅值平衡條件幅值平衡條件(n為整數(shù)為整數(shù))相位平衡條件相位平衡條件n2FAFA要使為要使為 實數(shù)，相位條件必須滿足實數(shù)，相位條件必須滿足n2FA8 - 1 - 13 為保證電路工作就可以產(chǎn)生為保證電路工作就可以產(chǎn)生Uo，電路剛剛開始工作時，電路剛剛開始工作時，需要一個初始信號需要一個初始信號（往往為電擾動或噪音等，如開關(guān)閉（往往為電擾動或噪音等，如開關(guān)閉合產(chǎn)生，其中含有各種頻率、

7、不同幅值的正弦信號，而合產(chǎn)生，其中含有各種頻率、不同幅值的正弦信號，而且一定會有一個頻率信號滿足相位條件，實際振蕩電路且一定會有一個頻率信號滿足相位條件，實際振蕩電路中無初始信號），中無初始信號），初始信號幅值往往比較小，如果希望初始信號幅值往往比較小，如果希望信號能夠達到足夠大。信號能夠達到足夠大。1FA電路的起振條件。電路的起振條件。則要求則要求增大使o.i.fUUU同時同時n2FA 由于晶體管的非線性，當(dāng)由于晶體管的非線性，當(dāng)UO 達到一定程度以后，達到一定程度以后，放大倍數(shù)放大倍數(shù) A 下降，最終使電路達到動態(tài)平衡，下降，最終使電路達到動態(tài)平衡，8 - 1 - 141FAn2FA電路產(chǎn)

8、生正弦波振蕩的條件電路產(chǎn)生正弦波振蕩的條件8 - 1 - 15二、正弦波振蕩電路的組成及分類二、正弦波振蕩電路的組成及分類 P404 正弦波振蕩電路除滿足以上振蕩條正弦波振蕩電路除滿足以上振蕩條件件包含放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)（正反饋）包含放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)（正反饋）以外，正弦波信號是具有一定頻率、按以外，正弦波信號是具有一定頻率、按正弦規(guī)律變化的信號，要想產(chǎn)生正弦波正弦規(guī)律變化的信號，要想產(chǎn)生正弦波信號，電路中還要有選頻網(wǎng)絡(luò)。信號，電路中還要有選頻網(wǎng)絡(luò)。1、電路的組成、電路的組成8 - 1 - 16（1）放大電路：保證電路能夠從起振到動態(tài)平）放大電路：保證電路能夠從起振到動態(tài)平衡的過程，使電路獲得

9、一定幅值的輸出量。衡的過程，使電路獲得一定幅值的輸出量。電電路路組組成成 在很多實用電路中，常將在很多實用電路中，常將選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一合二為一；對分立元件放大電路，不再加穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，；對分立元件放大電路，不再加穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，依靠晶體管特性的非線性來起到穩(wěn)幅作用。依靠晶體管特性的非線性來起到穩(wěn)幅作用。（2）選頻網(wǎng)絡(luò)：）選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率，保確定電路的振蕩頻率，保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。（3）正反饋網(wǎng)絡(luò)：）正反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使放大電路的引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于反饋信號。輸入信號等于反饋信號。（4）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，

10、作用是使）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是使輸出信號幅值穩(wěn)定。輸出信號幅值穩(wěn)定。8 - 1 - 17正弦波振蕩電路常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件來命名正弦波振蕩電路常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件來命名分分類類RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路石英晶體正弦波振蕩電路石英晶體正弦波振蕩電路2、分類、分類8 - 1 - 18三、判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的方法三、判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟和步驟 P404（1）觀察電路的組成：是否包含了）觀察電路的組成：是否包含了放大電路放大電路、 選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)和和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個組成四個組成部分。部分。

11、（2）判斷放大電路的工作情況：）判斷放大電路的工作情況： 是否有合適的靜態(tài)工作點；是否有合適的靜態(tài)工作點； 動態(tài)信號是否能正常放大。動態(tài)信號是否能正常放大。8 - 1 - 19（3）利用瞬時極性法判斷電路是否滿足正弦波）利用瞬時極性法判斷電路是否滿足正弦波振蕩的相位條件振蕩的相位條件判斷反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋極性。判斷反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋極性。具體方法：從放大電路的具體方法：從放大電路的輸入端斷開反饋，假定放輸入端斷開反饋，假定放大電路輸入信號大電路輸入信號Ui并設(shè)瞬并設(shè)瞬時極性，時極性，Ui A F Uf ,確定確定Uf 的極性的極性 。如果如果Uf 、 Ui 極性相同，則為正反饋，具備振蕩條件。極性相同

12、，則為正反饋，具備振蕩條件。Uf 、 Ui 極性相反，則為負反饋，不具備振蕩條件。極性相反，則為負反饋，不具備振蕩條件。8 - 1 - 20（4）判斷電路是否滿足幅值條件，即是否滿足）判斷電路是否滿足幅值條件，即是否滿足起振條件：在相位條件滿足的情況下，求解電起振條件：在相位條件滿足的情況下，求解電路中的路中的A、F 。如果如果電路可以振蕩。電路可以振蕩。1FA1FA電路不可以振蕩。電路不可以振蕩。一般情況，只要滿足相位條件，一般情況，只要滿足相位條件， 較易實現(xiàn)。較易實現(xiàn)。1FA8 - 1 - 21一、一、 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 8.1.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 RC

13、正弦波振蕩電路多種多樣，但僅介紹正弦波振蕩電路多種多樣，但僅介紹RC橋橋式正弦波振蕩電路，又為文氏橋式振蕩電路。式正弦波振蕩電路，又為文氏橋式振蕩電路。輸輸入入電電壓壓輸輸出出電電壓壓 R、C 可以相等，也可以不等?？梢韵嗟?，也可以不等。通常情況下通常情況下 R1=R2=R,C1=C2=C 在正弦波振蕩電路中，即為在正弦波振蕩電路中，即為選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò) ，又為正反饋網(wǎng)絡(luò)。，又為正反饋網(wǎng)絡(luò)。選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成構(gòu)成8 - 1 - 22。趨近于，且相位超前趨近于當(dāng)頻率趨近于零時，超前090,fOf0UUU 信號頻率足夠低時，信號頻率足夠低時，電路為：電路為： 8 - 1 -

14、23。趨近于，且相位滯后趨近于，當(dāng)頻率趨近于無窮大時滯后090,fO f0UUU 信號頻率足夠高時，信號頻率足夠高時，電路為：電路為： 8 - 1 - 24信號信號f 足夠高足夠高信號信號f足夠低足夠低8 - 1 - 25 在信號頻率由低在信號頻率由低 高變化時，高變化時，Uf 與與UO的相位差的的相位差的變化范圍為變化范圍為 ，其中必有一個，其中必有一個f = f0,使使Uf 與與UO同相位。（同相位。（F 為實數(shù)）為實數(shù)）22f0具體為多少？具體為多少？)1(311/11/.O.fRCRCjCjRCjRCjRUUF8 - 1 - 26)1(31RCRCjF如果令：如果令：RC10則有：則有

15、：RCf210電路固有頻率電路固有頻率又為振蕩頻率又為振蕩頻率)(31)(310000ffffjjF8 - 1 - 27)(3100ffffjFF幅頻特性幅頻特性2002)(31ffffF相頻特性相頻特性)(31arctan00Fffff8 - 1 - 282002)(31ffffF)(31arctan00Fffff31maxF031f.O.f且UU當(dāng)當(dāng) f = f0 , 時，時，RCf210且且F 為實數(shù)，網(wǎng)絡(luò)呈電阻性質(zhì)為實數(shù)，網(wǎng)絡(luò)呈電阻性質(zhì).8 - 1 - 29 當(dāng)信號頻率從零逐漸變化到無窮大時當(dāng)信號頻率從零逐漸變化到無窮大時,存在存在頻率頻率 f0 ,當(dāng)當(dāng) f = f0 時時,Uf 與與

16、UO 同相即同相即:f=0。RCf21031maxF當(dāng)當(dāng) f = f0 時時.O.f31UU要求掌握結(jié)論要求掌握結(jié)論8 - 1 - 30二、二、 RC橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路振蕩電路振蕩電路滿足條件滿足條件平衡條件：平衡條件：1FA起振條件：起振條件：1FA1FA 利用利用RC串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，又為正反饋網(wǎng)絡(luò)串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，又為正反饋網(wǎng)絡(luò) ，如果如果 f = f0 , 且且 時。時。 結(jié)合相應(yīng)的放大電路就可以構(gòu)成結(jié)合相應(yīng)的放大電路就可以構(gòu)成RC橋式正弦波橋式正弦波振蕩電路。振蕩電路。0f031F振蕩電路的振蕩條件振蕩電路的振蕩條件8 - 1 - 31 選用與之相對應(yīng)滿足振蕩電路條

17、件的放大電路與選用與之相對應(yīng)滿足振蕩電路條件的放大電路與RC串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)。即可組成正弦波振蕩電路，而串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)。即可組成正弦波振蕩電路，而且放大電路且放大電路 |A| 3 ( (因為因為|AF|1，F(xiàn)max=1/3) )。即放大電路滿足：即放大電路滿足：幅值條件幅值條件|A| 3；n2A相位條件相位條件 實際工作中，所選用的放大電路往往要求，實際工作中，所選用的放大電路往往要求，Ri盡可盡可能大能大，RO盡可能小盡可能小，以減小放大電路對選頻特性的影以減小放大電路對選頻特性的影響，使振蕩頻率響，使振蕩頻率 f0幾乎取決于選頻網(wǎng)絡(luò)。所以根據(jù)以幾乎取決于選頻網(wǎng)絡(luò)。所以根據(jù)以上的要求，上的

18、要求，放大電路常常引入電壓串聯(lián)負反饋。放大電路常常引入電壓串聯(lián)負反饋。8 - 1 - 32 +Uf - 利用利用RC串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)當(dāng)f=f0時，時， 。 31F0f0要滿足要滿足1FAn2FA只要只要滿足即可滿足即可3An2A而電路中而電路中很容易滿足1fu1RRA1f23RR ，Ui、Uf 同相位已滿足，所以電路構(gòu)成了正弦波振蕩電路。同相位已滿足，所以電路構(gòu)成了正弦波振蕩電路。放大電路放大電路選頻網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)8 - 1 - 33三、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：通常情況下，集成運放輸入、輸出具有三、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：通常情況下，集成運放輸入、輸出具有良好的線性關(guān)系，要想利

19、用元件的非線性實現(xiàn)穩(wěn)幅，只良好的線性關(guān)系，要想利用元件的非線性實現(xiàn)穩(wěn)幅，只要將要將Rf 或或 R1 換成熱敏電阻，當(dāng)溫度變化時，換成熱敏電阻，當(dāng)溫度變化時， Rf 或或 R1的阻值隨溫度發(fā)生變化。的阻值隨溫度發(fā)生變化。（也可用二極管作為非線性環(huán)節(jié)）。（也可用二極管作為非線性環(huán)節(jié)）。起振時：起振時：1FA使使UO IO tC Rf Au經(jīng)過一段時間以后，最后經(jīng)過一段時間以后，最后 達到動態(tài)平衡。達到動態(tài)平衡。 1FA0F 總之總之，RC串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，當(dāng) 時。時。 即放大電路即放大電路A 3且引入正反且引入正反饋。電路就可以產(chǎn)生正弦波振蕩。饋。電路就可以產(chǎn)生正弦波振蕩。RC

20、f21031maxF8 - 1 - 34四、四、 振蕩頻率可調(diào)的振蕩頻率可調(diào)的RC橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路 P408-409因為因為 RCf210f0可調(diào)，只有改變可調(diào)，只有改變R 或或C .如圖。如圖。 R 可以用可以用Rw變位器變位器代替代替常用于細調(diào)常用于細調(diào) 。C 采用分檔電容采用分檔電容常用于粗調(diào)。常用于粗調(diào)。實現(xiàn)實現(xiàn) fo 的調(diào)整的調(diào)整8 - 1 - 35例如：由集成電路例如：由集成電路組成的振蕩電路。組成的振蕩電路。同相比例同相比例運算放大運算放大電路電路RC串、并串、并聯(lián)選頻網(wǎng)聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。 +Uf -解：據(jù)正弦波振蕩解：據(jù)正弦波振蕩電路的判斷方法與電