武漢理工大學模電波形電信PPT學習教案

1、會計學1武漢理工大學模電波形電信武漢理工大學模電波形電信 正反饋框圖如圖示正反饋框圖如圖示。（注意與負反饋方。（注意與負反饋方框圖的差別）框圖的差別）fiaXXX 若環(huán)路增益若環(huán)路增益1 FA則則， faXX 去掉去掉， iXoX仍有穩(wěn)定的輸出仍有穩(wěn)定的輸出又又)( fafa FAFAFA所以所以振蕩條件振蕩條件為為1)()( FA振幅平衡條件振幅平衡條件 n2)()(fa 相位平衡條件相位平衡條件思考？思考？ 與自激振蕩條件有何異同？與自激振蕩條件有何異同？更關鍵更關鍵常據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷電路可否振蕩。常據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷電路可否振蕩。 10.1 正弦波振蕩器

2、的基本概念正弦波振蕩器的基本概念第1頁/共38頁要使電路自行振蕩，需滿足要使電路自行振蕩，需滿足起振條件起振條件思考？思考？ 振蕩電路是單口網(wǎng)絡，無須輸入信號就能起振，起振蕩電路是單口網(wǎng)絡，無須輸入信號就能起振，起振的信號源來自何處？振的信號源來自何處？電路器件內部噪聲電路器件內部噪聲1)()( FA n2)()(fa 首先，電路滿足起振條件，噪聲中，滿足相位平衡條件的首先，電路滿足起振條件，噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率某一頻率 0的噪聲信號被放大，成為振蕩電路的輸出信號。的噪聲信號被放大，成為振蕩電路的輸出信號。1)()( FA振幅平衡條件振幅平衡條件 n2)()(fa 相位平衡條件相

3、位平衡條件是平衡條件，電路處于穩(wěn)態(tài)振蕩是平衡條件，電路處于穩(wěn)態(tài)振蕩波形產(chǎn)生過程：波形產(chǎn)生過程： 然后，當輸出信號幅值增加到一定程度時，就要限制它繼然后，當輸出信號幅值增加到一定程度時，就要限制它繼續(xù)增加續(xù)增加(穩(wěn)幅穩(wěn)幅)，否則波形將出現(xiàn)失真。，否則波形將出現(xiàn)失真。 10.1 正弦波振蕩器的基本概念正弦波振蕩器的基本概念第2頁/共38頁 所以，振蕩電路中存在一個所以，振蕩電路中存在一個振蕩頻率振蕩頻率f0正弦波振蕩器只正弦波振蕩器只在一個頻率下滿足相位平衡條件在一個頻率下滿足相位平衡條件，即，即f0。(2)反饋網(wǎng)絡（構成正反饋的）反饋網(wǎng)絡（構成正反饋的）(3)選頻網(wǎng)絡（選擇滿足相位平衡條件的一個

4、頻率（由選頻網(wǎng)絡（選擇滿足相位平衡條件的一個頻率（由RC、LC晶振等器件構成），晶振等器件構成），經(jīng)常與反饋網(wǎng)絡合二為一。經(jīng)常與反饋網(wǎng)絡合二為一。）(4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)(1)放大電路（包括負反饋放大電路）放大電路（包括負反饋放大電路） 穩(wěn)幅穩(wěn)幅的作用就是，當輸出信號幅值增加到一定程度時，使振的作用就是，當輸出信號幅值增加到一定程度時，使振幅平衡條件從幅平衡條件從 回到回到1 AF。 1 AF4正弦波振蕩電路的基本組成：正弦波振蕩電路的基本組成： 10.1 正弦波振蕩器的基本概念正弦波振蕩器的基本概念第3頁/共38頁 10.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器(P267)1. 電路原理圖電路原理圖

5、2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性3. 振蕩的建立與穩(wěn)定振蕩的建立與穩(wěn)定4. 振蕩頻率與振蕩波形振蕩頻率與振蕩波形5. 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施第4頁/共38頁反饋網(wǎng)絡兼做選頻網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡兼做選頻網(wǎng)絡,為正為正反饋。反饋。Z1、Z2、R1、Rf構成一個四臂電橋構成一個四臂電橋放大電路放大電路Av為電壓串聯(lián)負反為電壓串聯(lián)負反饋，具有饋，具有Ri高，高，Ro低的特點低的特點Av為同相比例運算電路為同相比例運算電路1RR1Afv 1. RC RC文氏橋振蕩器文氏橋振蕩器 10.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第5頁/共38頁2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性反

6、饋系數(shù)反饋系數(shù))()()(ofsVsVsFV 幅頻響應幅頻響應又又212ZZZ 2)(31sCRsCRsCR j s且令且令RC10 則則)( j3100 VF2002)(31 VF相頻響應相頻響應3)(arctg00f )Cj/1(RZ111 222222CRj1R )Cj/1/(RZ 10.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第6頁/共38頁當當2002)(31 VF幅頻響應有最大值幅頻響應有最大值3)(arctg00f RCffRC 21 100 或或31max VF相頻響應相頻響應0f 10.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第7頁/共38頁此時若放大電路的電壓增益此時若放大電路的電壓增益為

7、為用瞬時極性法判斷可知，用瞬時極性法判斷可知，則振蕩電路滿足振幅平衡條件則振蕩電路滿足振幅平衡條件 0f 當當RC10 時，時， n2fa (+)(+)(+)(+)Av311f RRAV1313 VVFA3. 振蕩的建立與穩(wěn)定振蕩的建立與穩(wěn)定 0a 電路滿足相位平衡條件電路滿足相位平衡條件 10.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第8頁/共38頁電路滿足相位平衡條件電路滿足相位平衡條件 0,0fa 因因RC10 時，時， n2fa (+)(+)(+)(+)Av 所以，振蕩頻率為所以，振蕩頻率為 RCf 210 RC正弦波振蕩電路一般用于產(chǎn)生頻率低于正弦波振蕩電路一般用于產(chǎn)生頻率低于 1 MHz

8、的正弦波的正弦波4. 振蕩頻率與振蕩波形振蕩頻率與振蕩波形 若適當調整負反饋的強弱，使若適當調整負反饋的強弱，使Av的值在起振時略大于的值在起振時略大于3，達到穩(wěn)幅時，達到穩(wěn)幅時Av=3，則，輸出頻率為則，輸出頻率為 RCf 210 的正弦波的正弦波。 10.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第9頁/共38頁5. 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施 采用采用非線性元件非線性元件自動調自動調整反饋的強弱從而穩(wěn)幅。整反饋的強弱從而穩(wěn)幅。4熱敏元件熱敏元件熱敏電阻熱敏電阻起振時，起振時，311f RRAV即即1 VVFA負溫度系數(shù)熱敏電阻的作用負溫度系數(shù)熱敏電阻的作用 oV oI 功功耗耗 fR 溫度溫度 fR 阻阻值

9、值 fR3 VA1 VVFA穩(wěn)幅穩(wěn)幅 VA思考？思考？ 可否采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻？應怎樣連接？可否采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻？應怎樣連接？ 10.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第10頁/共38頁采用非線性元件采用非線性元件4工作在可變電阻區(qū)工作在可變電阻區(qū)的場效應管的場效應管(JFET)31DS3p3 RRRAV穩(wěn)幅原理穩(wěn)幅原理 oV )(GS負負值值V DSR3 VA1 VVFA穩(wěn)幅穩(wěn)幅 VA34 CRD、整流濾波整流濾波T 壓控電阻壓控電阻vDSiDvGS=0V-1V-2V-3V一般只要調節(jié)一般只要調節(jié)RP3、RP4 10.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第11頁/共38頁采用非線性元

10、件采用非線性元件4正反并聯(lián)二極管正反并聯(lián)二極管輸出電壓的幅值：輸出電壓的幅值：3VRRRVVO112DonO 2O1O1Don1ORVRVRV3RV3 211DonORR2RV3V 0 D/V0 .20 .4 0 .60 .8 1 0 2 0 3 0 4 051 01 52 0 1 0 2 0 3 0 4 0iD/ AiD/m A死死 區(qū)區(qū)VthVB R當當vo很小很小，D1、D2截止截止33 . 3RRR1A132V 起振起振當當v vo o較大較大，D1D1、D2D2之一導通，之一導通，R R3 3變小，且變小，且v vo o增大增大R RD D減小，直減小，直至至VomVom，AvAv趨

11、于趨于3 3當當Av3時時 10.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第12頁/共38頁T2T2例如文氏橋典型電路例如文氏橋典型電路+-+ 10.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第13頁/共38頁【例【例10.2.1】圖為簡化的音頻信號發(fā)生器。圖為簡化的音頻信號發(fā)生器。1）R1大致調到多大大致調到多大才能起振？才能起振？2）Rp為雙聯(lián)電位器為雙聯(lián)電位器014.4K，試求振蕩頻率的調試求振蕩頻率的調節(jié)范圍。節(jié)范圍。 10.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器- A+R1.6KR1.6K Rp14.4KRp14.4KRm 1KR13.3KC0.1uFC0.1uFRm 2KDD+Vo-3RR1A1mV 解：

12、解：1）Rm 2R1，R11.5K2）Rp最小最小fo最大最大，Rp最最大大fo最小。最小。RCf 210 fo為為1KHz100KHz第14頁/共38頁R2R1voCCCRRR【例【例10.2.2】圖為移相式圖為移相式RC正弦波信號發(fā)生電路，設運放為理正弦波信號發(fā)生電路，設運放為理想的。想的。1）分析工作原理；）分析工作原理；2）試求振蕩頻率和產(chǎn)生振蕩的條件）試求振蕩頻率和產(chǎn)生振蕩的條件。+-+Xoa180 o180f ofa360 10.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第15頁/共38頁+VccCeCRe1RC2Rb1T1RC1Re2RT2RC例例：根據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷以下

13、電路能否振：根據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷以下電路能否振蕩蕩+-+-不滿足相位平衡條件，不能振蕩不滿足相位平衡條件，不能振蕩oa180 of0 ofa180 10.2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第16頁/共38頁LRCLRCZ jj1)j(j1 等效損耗電等效損耗電阻阻)C1Lj(RCLZ 一般有一般有LR 則則CQLQRCLZ000 當當 時，時，LC10 電路諧振。電路諧振。LC10 為諧振頻率為諧振頻率諧振時諧振時阻抗最大，且為純阻性，容抗等于感抗，阻抗最大，且為純阻性，容抗等于感抗，其中其中CLR1RC1RLQ00 為為品質因數(shù)品質因數(shù)(幾十幾百幾十幾百)同時有同時有SLCIQ

14、II 即即SLCIII 同同相相與與OSVI10.3.1 LC并聯(lián)諧振回路的頻率特性并聯(lián)諧振回路的頻率特性 10.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第17頁/共38頁200220)(RLj1RCL)1(RLj1RCL)C1Lj(RCLZ 當當Z僅局限于僅局限于 0附近時附近時，近似有近似有 = 0, - 0=002Qj1ZZ 2002Q11Z|Z| 02arctgQ 相對失諧量相對失諧量 偏離偏離 0的程度的程度Z0為諧為諧振阻抗振阻抗感性感性容性容性 10.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第18頁/共38頁1. 電路結構電路結構2. 相位平衡條件相位平衡條件3. 幅值平衡條件幅值平衡條

15、件4. 穩(wěn)幅穩(wěn)幅5. 選頻選頻 通過選擇高通過選擇高 值值/gm和和R的的BJT、FET和調整變壓器的匝數(shù)比，和調整變壓器的匝數(shù)比，可以滿足可以滿足1 FA，電路可以起振，電路可以起振。 BJT/FET進入非線性區(qū)，波形進入非線性區(qū)，波形出現(xiàn)失真，從而幅值不再增加，達到穩(wěn)幅目的。出現(xiàn)失真，從而幅值不再增加，達到穩(wěn)幅目的。 雖然波形出現(xiàn)了失真，但由于雖然波形出現(xiàn)了失真，但由于LC諧振電路的諧振電路的Q值很高，值很高，選頻特性好，所以仍能選出選頻特性好，所以仍能選出0= 的正弦波信號。的正弦波信號。LC1即振蕩頻率為即振蕩頻率為LC21f0 10.3.2 變壓器耦合變壓器耦合LC振蕩電路振蕩電路V

16、DDdsTggCgR第19頁/共38頁VCCRb1ReRb2C1CeMLCcbeTvo(+)(-)(+)(+)VCCRb1ReRb2C1MLCcbeT(+)(+)(+)(+)反饋反饋滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件反饋反饋oa180 of180 ofa036 oa0 of0 ofa0 10.3.2 變壓器耦合變壓器耦合LC振蕩電路振蕩電路第20頁/共38頁 10.3.3 LC三點式三點式振蕩電路振蕩電路仍然由仍然由LC并聯(lián)諧振電路構成選頻網(wǎng)絡并聯(lián)諧振電路構成選頻網(wǎng)絡A. 若中間點交流接地，則首端與尾端若中間點交流接地，則首端與尾端 相位相反。相位相反。1. 三點

17、式三點式LC并聯(lián)電路并聯(lián)電路電容三點式電容三點式C1C2首端首端尾端尾端中間端中間端LC首端首端尾端尾端中間端中間端L1L2電感三點式電感三點式 中間端的瞬時電位一定在首、尾端中間端的瞬時電位一定在首、尾端電位之間。電位之間。三點的相位關系三點的相位關系B. 若首端或尾端交流接地，則其他兩若首端或尾端交流接地，則其他兩 端相位相同。端相位相同。適當選取適當選取L2/L1可起振可起振對高次諧波阻抗大，輸對高次諧波阻抗大，輸出諧波分量大，波形不出諧波分量大，波形不理想理想適當選取適當選取C2/C1可起振可起振對高次諧波阻抗小，輸對高次諧波阻抗小，輸出波形好出波形好第21頁/共38頁2. 電感三點式

18、振蕩電路電感三點式振蕩電路振蕩頻率振蕩頻率: :CMLf)2(L21210 LC 21 中間點交流接地，首中間點交流接地，首端與尾端相位相反端與尾端相位相反oa180 of180 ofa036 10.3.3 LC三點式三點式振蕩電路振蕩電路第22頁/共38頁3. 電容三點式振蕩電路電容三點式振蕩電路LCCCCCL1121210 諧振頻率諧振頻率oa180 of180 ofa036 10.3.3 LC三點式三點式振蕩電路振蕩電路第23頁/共38頁例例9-2：根據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷以下電路能否振根據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷以下電路能否振蕩蕩?若能，寫出振蕩頻率表達式若能，寫出

19、振蕩頻率表達式諧振頻率諧振頻率LCf 210 oa180 of180 ofa360 +-+ 10.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第24頁/共38頁210LLL LC21f ， 滿足相位平衡條滿足相位平衡條件件oa0 of0 ofa0 oa180 of180 ofa360 滿足相位平衡條滿足相位平衡條件件210LLL LC21f ， + + + + 10.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第25頁/共38頁例：根據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷以下電路能否振蕩例：根據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷以下電路能否振蕩oa180 of180 ofa360 滿足相位平衡條滿足相位平衡條件件2

20、10LLL LC21f ， oa180 of180 ofa360 滿足相位平衡條滿足相位平衡條件件LCCCCCL1121210 第26頁/共38頁分析三種分析三種LC正弦波振蕩電路能否正常工作的步正弦波振蕩電路能否正常工作的步驟可歸納如下：驟可歸納如下：（1）檢查電路是否具備正弦波振蕩器的基本組成）檢查電路是否具備正弦波振蕩器的基本組成部分，即基本放大器和反饋網(wǎng)絡，并且有選頻部分，即基本放大器和反饋網(wǎng)絡，并且有選頻環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。（2）檢查放大器的偏置電路，看靜態(tài)工作點是否）檢查放大器的偏置電路，看靜態(tài)工作點是否能確保放大器正常工作。能確保放大器正常工作。（3）分析振蕩器是否滿足振幅平衡條件和相位

21、平）分析振蕩器是否滿足振幅平衡條件和相位平衡條件衡條件(主要看是否滿足相位平衡條件，即用瞬主要看是否滿足相位平衡條件，即用瞬時極性法判別是否存在正反饋時極性法判別是否存在正反饋) 。 10.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第27頁/共38頁+VCCC2C1ReRb2Rb1CeCbLT例例9-3：根據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷以下電路能否振蕩根據(jù)相位平衡條件，利用瞬時極性法判斷以下電路能否振蕩oa180 of0 ofa018 不滿足相位平衡條件不滿足相位平衡條件+ +- - - 10.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第28頁/共38頁例：例：改正所示各電路圖中的錯誤，使電路可能產(chǎn)生

22、正弦波振蕩。改正所示各電路圖中的錯誤，使電路可能產(chǎn)生正弦波振蕩。要求不能改變放大電路的基本接法（共射、共基、共集）。要求不能改變放大電路的基本接法（共射、共基、共集）。 10.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路第29頁/共38頁10.4 石英晶體正弦波石英晶體正弦波振蕩器振蕩器Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。1. 頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由頻率穩(wěn)定度一般由 來衡量來衡量0ff 頻率偏移量。頻率偏移量。f 0f振蕩頻率。振蕩頻率。LC振蕩電路振蕩電路 Q 數(shù)百數(shù)百石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路 Q 10000 500000第30頁/共38頁

23、2. 石英晶體的基本特性與等效電路石英晶體的基本特性與等效電路結構結構：極板間加電場極板間加電場極板間加機械力極板間加機械力晶體機械變形晶體機械變形晶體產(chǎn)生電場晶體產(chǎn)生電場壓電效應：壓電效應：交變電壓交變電壓機械振動機械振動交變電壓交變電壓機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關，穩(wěn)定性高機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關，穩(wěn)定性高當當交變電壓頻率交變電壓頻率 = 固有頻率固有頻率時，振幅最大時，振幅最大壓電諧振壓電諧振10.4 石英晶體正弦波石英晶體正弦波振蕩器振蕩器第31頁/共38頁L機械振蕩的慣性機械振蕩的慣性10-3102H C晶片的彈性晶片的彈性10-410-1PF R晶片振動時因摩擦而造成晶

24、片振動時因摩擦而造成的損耗的損耗 102 2. 石英晶體的基本特性與等效電路石英晶體的基本特性與等效電路等效電路等效電路LCf 21sA. 串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振特性特性:2個諧振頻率個諧振頻率 晶體等效阻抗為純阻性晶體等效阻抗為純阻性0pCC1LC21f B. 并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振通常通常0CC 0sCC1f 所以所以很很接接近近與與 psff當當f高于高于fs，R、L、C支路呈感性，與支路呈感性，與Co并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振R、L、C支路串聯(lián)諧振支路串聯(lián)諧振C0靜態(tài)電容靜態(tài)電容(兩極板之間兩極板之間的電容，幾的電容，幾PF幾十幾十PF)10.4 石英晶體正弦波石英晶體正弦波振蕩器振蕩器第32頁/共38頁2. 石英晶體的基本特性與等效電路石英晶體的基本特性與等效電路實際使用時外接一小電容實際使用時外接一小電容Cs則新的諧振頻率則新的諧振頻率(標稱頻率標稱頻率)為為s0s121CCCLCf 由于由于s0CCC s0s1CCCf 由此看出由此看出 )(21s0ssCCCff；時時， 0 pssffC sss ffC 時時，調整調整之之間間變變化化，和和在在可可使使 psssfffC 一般一般CsC10.4 石英晶體正弦波石英晶體正弦波振蕩器振蕩器第33頁/共38頁3. 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路(1)(1)并聯(lián)晶體振蕩電路并聯(lián)晶體振蕩電路工作在工作在并聯(lián)諧振狀態(tài)，晶振作為