第8章波形發(fā)生和信號轉(zhuǎn)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(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(zhuǎn)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(nèi)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(shè)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(dòng)畫11 1 在電源接通的一瞬間 有很小的電擾動(dòng)信號 電沖擊信號 由于這種電擾動(dòng)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(jìn)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(shí) 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(luò)外還應(yīng)有何電路 為了獲得單一頻率的正弦波輸出 應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò) 選頻網(wǎng)絡(luò)往往和正反饋網(wǎng)絡(luò)或放大電路合而為一 選頻網(wǎng)絡(luò)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(luò)來命名 正弦波發(fā)生電路的組成 放大電路正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)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(luò)的頻率響應(yīng)8 2 2RC文氏橋振蕩器 8 2 1RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng) RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)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(yīng)如下 諧振頻率為 當(dāng)R1 R2 C1 C2時(shí) 諧振角頻率和諧振頻率分別為 幅頻特性 相頻特性 當(dāng)f f0時(shí)的反饋系數(shù)F 1 3時(shí) 且與頻率f0的大小無關(guān) 此時(shí)的相角 F 0 即改變頻率不會影響反饋系數(shù)和相角 在調(diào)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(jié)論 固有頻率 f f0時(shí) f f0時(shí) 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(yùn)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?yàn)閒 f0時(shí) 所以 相位條件 vf與vi同相 因?yàn)関f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(jié)論 1RC串并聯(lián)電路具有選頻特性 固有頻率為 2用瞬時(shí)極性法可判斷RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對頻率為f0的信號引的是正反饋 3起振時(shí) 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(fù)反饋來降低放大倍數(shù) 調(diào)節(jié)RF來調(diào)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(luò)是正反饋網(wǎng)絡(luò) 另外還增加了R3和R4負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò) C1 R1和C2 R2正反饋支路與R3 R4負(fù)反饋支路正好構(gòu)成一個(gè)橋路 稱為文氏橋 3集成運(yùn)放組成的RC文氏橋振蕩電路 當(dāng)C1 C2 R1 R2時(shí) 為滿足振蕩的幅度條件 1 所以Af 3 加入R3 R4支路 構(gòu)成串聯(lián)電壓負(fù)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(shí)現(xiàn)的 R4是正溫度系數(shù)熱敏電阻 當(dāng)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(fù)反饋增強(qiáng) 輸出幅度下降 反之輸出幅度增加 若熱敏電阻是負(fù)溫度系數(shù) 應(yīng)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(diào)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(dá)式 動(dòng)畫 8 3LC正弦波振蕩電路 LC正弦波振蕩電路的構(gòu)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(luò) 選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路 這里的選頻網(wǎng)絡(luò)是由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成 正反饋網(wǎng)絡(luò)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(yīng)8 3 2變壓器反饋LC振蕩器8 3 3電感三點(diǎn)式LC振蕩器8 3 4電容三點(diǎn)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(luò)呈電感性 在高頻段 很大 LC網(wǎng)絡(luò)呈電容性 Z 結(jié)論 固有頻率 f f0時(shí) f f0時(shí) 網(wǎng)絡(luò)呈純電阻性LC參數(shù)不同 頻率特性不同 與Q有關(guān) 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(luò) L C反饋網(wǎng)絡(luò) L2 2能否起振 相位 是正反饋 幅值 在f f0時(shí) Av最大 通過調(diào)整反饋線圈的匝數(shù)可以改變反饋信號的強(qiáng)度使 AvMF 1 3固有頻率 有關(guān)同名端的極性請參閱圖示 4優(yōu)點(diǎn) 調(diào)節(jié)頻率方便 采用可變電容 可獲得一個(gè)較寬的頻率調(diào)節(jié)范圍 一般用于產(chǎn)生10MHZ以下的信號 5缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 有變壓器 體積大 L小 Q值小 選頻性能差 動(dòng)畫 改進(jìn)思路 1去掉變壓器2通過增大電感L來增大Q值 設(shè)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(diǎn)式LC振蕩器 圖11 09電感三點(diǎn)式LC振蕩器 CB 圖11 10電感三點(diǎn)式LC振蕩器 CE 1組成三部分都有2判斷能否起振通過調(diào)L1可調(diào)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(diǎn) 1 調(diào)節(jié)頻率方便 用可變電容可獲得較寬的頻率調(diào)節(jié)范圍 2 一般用于產(chǎn)生10MHZ以下的信號 3 因?yàn)榉答侂妷喝∽噪姼?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?yàn)檩敵霾ㄐ尾?頻率穩(wěn)定度不高 故多用于要求不高的設(shè)備中 如 高頻加熱器 接收機(jī)的本振 8 3 4電容反饋的LC振蕩電路 電容三點(diǎn)式 與電感三點(diǎn)式LC振蕩電路類似的有電容三點(diǎn)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(diǎn)式LC振蕩電路 例11 1 圖11 13為一個(gè)三點(diǎn)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(diào)整C2使F滿足幅值條件2振蕩頻率 電路特點(diǎn) 反饋取自電容 電容對高