電工電子技術-南航p

第四章

波

形

的

產

生本章將介紹：*

自激振蕩的原理*

幾種正弦波發(fā)生電路重點掌握自激振蕩的條件、原理及振蕩頻率

☆根據(jù)自激振蕩的原理，將晶體管放大器、運算放大器、電阻、電感、電容、變壓器及石英晶體等元器件相組合，可以構成不同種類的信號發(fā)生器（或振蕩器）信號發(fā)生器是一種不需要外加輸入信號即能產生一定頻率和幅度的信號波形的電路。振蕩器一般分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器本章主要介紹正弦波振蕩器§4-1自激振蕩如果在電路的輸入端不外加信號，在輸出端仍有一定頻率和幅度的信號產生，這種現(xiàn)象稱為自激振蕩一、自激振蕩一個放大電路通常是在有輸入信號的情況下才有信號輸出自激振蕩在放大電路中并非好事，它使放大電路不能正常工作。然而，振蕩電路（信號發(fā)生電路）則是利用自激振蕩而工作的。

ui下圖中，當開關S

接于2

時，為一般的放大電路當開關接于2且放大電路有了穩(wěn)定的輸出以后，再將S轉到位置“1”，此時如果uf

，則反饋電壓uf可取代原先的輸入電壓ui，同時輸出電壓

uo

保持不變FAu12ui

u

f

uoS放大電路的開環(huán)電壓放大倍數(shù)u

UOA反饋電路的反饋系數(shù)UiUoF

U

fFAu12ui

u

f

uoS由以上知，放大電路產生自激振蕩的條件是U

f

U

i則

1

o

fuU

i

Uo

U

iU

U

U

fA

F

uUi

UOAUoF

U

fFAu12ui

u

f

uoS總結出自激振蕩的條件：（1）相位平衡條件同相位，形成正反饋反饋電壓U

f

與輸入電壓Ui（2）幅值平衡條件反饋電壓與輸入電壓大小相等：只有（1），（2）同時滿足，才能使振蕩電路維持一定頻率的正弦波等幅振蕩。U

f

U

i

U

f

U

iU

f

U

i若相位平衡條件滿足，而幅值條件

AuF

1，則振蕩幅度逐漸減小，以致停振；(n

)f

0u

(

A

F

)n

uf

uFAu12ui

u

f

uoS(n

)f

0u

(

A

F

)n

uuf，則振蕩會逐漸增大，以至發(fā)生輸出電壓波形的非線性失真。若AuF

1FAu12ui

u

f

uoS此時電路便穩(wěn)定在某一振蕩幅度下工作從AuF

1

到

AuF

1

，這是自激振蕩建立的過程但輸出電壓不會無限增大，由于反饋元件或晶體管的非線性，Au

將隨著振蕩幅度的增大而自動減小，最后達到AuF

1FAu12ui

u

f

uoS二、振蕩的建立自激振蕩最初是如何產生的？實際上，振蕩電路在接通電源時，在電路的輸入端會產生一個微小的擾動信號，從而激起一個微小的輸出信號，并由反饋網(wǎng)絡加到輸入端，這就是輸入信號的由來。FAu12ui

u

f

uoS另外，起振時電路中的擾動信號是非正弦的，含有各種頻率的諧波分量。為了得到單一頻率的正弦輸出電壓，振蕩電路必須具有選頻性。FAu12ui

u

f

uoS正反饋電路由變壓器，R，L，C及其組合電路構成，它與放大網(wǎng)絡一起組成閉合回路，形成正反饋，將最初的微小擾動逐步放大到所需要的幅度。正弦波振蕩電路都包含放大電路，正反饋電路和選頻電路三部分放大電路：由三極管、場效應管和集成運放等器件為構成放大器。選頻電路：由LC，RC電路和石英晶體等不同的電路形式構成，并依靠其選頻特性，使振蕩器輸出單一頻率的正弦波。根據(jù)選頻電路的不同，分為LC振蕩電路和RC振蕩電路§

4-2RC振蕩電路適用于較低頻率（幾Hz—幾十kHz）的振蕩電路中RC正弦波振蕩器的選頻網(wǎng)絡常采用RC串并聯(lián)電路，RC移相電路，雙T型RC電路等形式。RC串并聯(lián)電路振蕩器iu1Rou_++RF放大環(huán)節(jié)的電壓放大倍數(shù)1RuAiu

1

RF

uo如果輸入信號ui

為正弦波信號，則輸出uO為正弦波信號如前所述，如果能用一個反饋信號來取代輸入信號，且滿足

AuF=1

則輸出就能在沒有輸入的情況下持續(xù)下去即實現(xiàn)自激振蕩11U

fU

o

3

j(RC

RC

)則反饋系數(shù)U

oF

U

fRCo

1令

o

)oUo3

j(

F

U

f

1

321o

Uo

(

o

)2幅頻特性F

U

f

3

o

o

)]

arctg[

1

(

相頻特性uRuoC+f_R+_CofU

/

U13fo幅頻特性曲線ffo90f

900

o相頻特性曲線時，F(xiàn)

1/312RC當

1

/

RC或f

f

達到幅頻特性曲線的最大值，相移為零，輸出電壓U

o與反饋電壓U

f

同相位iu1Rou_++RF而對于同相比例放大電路而言，輸入和輸出是同相位的

i

與UO

同相，而U

f

與UO

同相，因此U

f

與Ui

同相滿足正反饋的條件RC串并聯(lián)電路作為振蕩器的選頻網(wǎng)絡和正反饋網(wǎng)絡RouC+uf_R+_CuiR1Rou_++C+_RFCR（+）+正反饋（+）1RuA

1

RFF

1/

3要滿足AuF

1

RF

2R1uiR1Ruo_++C+_RFCR其次分析幅值平衡條件：在振蕩建立期間，電路應滿足起振條件AuF>1即RF略大于2R1在通電的瞬間產生一個

uo

信號，則經(jīng)過選頻電路后的uf是一個特定頻率的正弦波信號，其頻率是RC10

4-3§

LC振蕩電路LC正弦波振蕩電路主要用來產生高頻信號。常見的LC振蕩電路有變壓器反饋式，電感三點式和電容三點式三種電路形式。它們的共同特點是采用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡，而且較多采用LC并聯(lián)諧振回路。一、LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性LC并聯(lián)諧振回路

，圖中電阻R表示回路的等效損耗電阻。.IU+_RLC在一般情況下電路參數(shù)滿足

R

L

，由上冊可知LC并聯(lián)諧振回路的等效阻抗為I

R

jL1jC(

R

jL)111R

j(L

C

)

jLZ

U

jC

jC

1

)L

/

CCR

j(L

(

R

L).IU+_RLC與總電當LC并聯(lián)回路發(fā)生諧振時，端電壓U流

I

同相，即阻抗Z表現(xiàn)為純電阻性。o

1

LCfo2

LC

1

諧振頻率.IU+_RLCIZ

U1L

/

CR

j(L

C

)諧振時回路阻抗為最大，且為純電阻RCLZ

Z

o

maxLCo1

o2

LC1f

.IU+_RLC諧振時，對于相同大小的電流

I，U

達到最大，這也就是信號的選頻設：i

sint

sin

2t

sin

3t

則有：u

ZO

sint

Z2

sin(2t

)

Z3

sin(3t

)

此時輸出電壓信號的頻率即為反饋是通過電感L1

和L之間的變壓器耦合來實現(xiàn)的。一、變壓器反饋式正弦波振蕩器振蕩電路的放大環(huán)節(jié)為三極管T選頻環(huán)節(jié)為接于集電極回路中的LC并聯(lián)諧振回路C11LRB1ube

UCCfuB2RREECLCC1

UCCL1RB1ubeu

fB2RREEC首先該電路是否滿足自激振蕩的相位條件。利用瞬時極性法來分析電路的反饋極性，+(+)(-)(-)

C

(+L)

+C1

UCC1LRB1ubefuRB2ERECLCLubef1

uRBLC(+)(-)(+)(-)(+)+RB

RB1

//

RB2

顯然U

f

與

U

i

同相位，即滿足振蕩器的相位平衡條件因此由變壓器耦合形成的反饋為正反饋。+

UCC+1LRB1C1ubefuB2RREECLC變壓器反饋式LC振蕩器的幅值平衡條件是由變壓器的匝數(shù)比

N1

/

N2和

共同決定的，只要這兩個參數(shù)選擇得合適，即可使反饋電壓

U

f

與輸入電壓

U

i

相等，從而滿足AF=1的幅度平衡條件。1LRB1C1ube

UCCfuB2RREECLCLC振蕩器也是靠電路中的擾動電壓而起振的。在Au

F1

的情況下產生自激振蕩，輸出電壓的幅值越來越大，使三極管工作在非線性區(qū)，電壓放大倍數(shù)Au下降，使AuF=1的幅度條件得到滿足，從而可維持電路的等幅振蕩。o2

LC1f

二、電感三點式正弦波振蕩器C1電感線圈的兩個端子和中間抽頭分別（或通過電容）接于T的三個極上，故將此電路稱為電感三點式正弦波振蕩器

UCCRCL1

C2B1Rubef

u

B2RREECL2C振蕩器由三部分組成L1

,L2和C組成LC并聯(lián)諧振回路作為選頻網(wǎng)絡T及其偏置電路作為放大環(huán)節(jié)反饋電壓

U

f

取自

L2相位條件，如圖標出瞬時極性。C1

UCCRCL1C2B1Rubef

u

B2RREECL2C++C1

UCCRCL1C2B1Rubef

u

B2RREECL2Cuo1L2CufU

f11L2jL2

CU

o

j(L2

C

)

L2++L

0U

o

U

f1C21

L

）在諧振時（L電感三點式振蕩電路的振蕩頻率基本上等于LC并聯(lián)回路的諧振頻率，即o1

1f

2

(L1

L2

2M

)C2

LC為回路等效電感，的互感。式中L

L1

L2

2MM為L1

,L2該種電路一般用于產生幾十

MHz

以下的正弦波，但輸出波形不是很好。三、電容三點式正弦波振蕩電路+C1

UCCRCLC2B1Rubef

u

B2RREEC+++首先判斷相位平衡條件，見瞬時極性+C1

UCCRCLC2B1Rubef

u

B2RREEC+++C