第八章波形的发生和信号的转换

RF
R
R1
RC1 R2
C +
+
C1
–
+
T1 C2
R
C
+ ube
RE1 R3
3.各种正弦波振荡电路的特点，根据要求选择合适 的振荡电路。
三、一般了解的内容
1.RC文氏桥正弦波振荡电路幅度稳定的措施； 2.石英晶体振荡电路的工作原理及特点； 3.非正弦波振荡电路的工作原理。
第8章 波形的发生和信号的转换
§8.1正弦波振荡电路
8.1.1概述
X i +
X d
– X f
0.1u uf
100k
－∞
A +
+
uo
10k 0.1u 39k
起振时Rt较大 使A>3,易起振。
当uo幅度自激 增长时， Rt减 小，A减小。
当uo幅度达某 一值时， A→3。
当uo进一步增 大时， RT再减 小 ,使A<3。
因此uo幅度自 动稳定于某一 幅值。
能自动稳幅的振荡电路
R
C
.
Rf1
Rf2 1
结束
(1-17) (8-17)
三、判断能否产生正弦波振荡：
1.观察电路是否包含了四个主要部分。
2.检查放大电路是否工作在放大状态。三极管放大电 路必须有合适的静态工作点；集成运放应有负反馈， 使其工作在线性区。
3.利用瞬时极性法判断选频或反馈网络是否引入了正 反馈，即满足相位平衡条件。
4.检查是否满足幅度平衡和起振条件，尤其是起振条 件。
一.重点掌握的内容：
1.产生正弦波振荡的相位平衡条件和幅度平 衡条件；
2.RC文氏桥振荡电路的特点、起振条件以及 振荡频率的估算；
3.判断变压器耦合、电感三点式、电容三点 式振荡电路是否满足振荡的相位平衡条件。
二、一般掌握的内容
1.RC文氏桥振荡电路的选频特性；
2.变压器耦合、电感三点式、电容三点式正弦波振 荡电路振荡频率的估算；
D1
2
D2
－∞
A +
+
将Rf分为Rf1 和Rf2 ，
Rf2并联二极管 uo
RC
R1
EWB演示——RC振荡器
起振时D1、D2不导通， Rf1+Rf2略大于2R1。随着 uo的增加， D1、D2逐渐 导通，Rf2被短接，A自动 下降，起到稳幅作用。
第8章 波形的发生和信号的转换
七、用分立元件组成的RC振荡器（补充介绍）
结束
(1-31) (8-31)
第8章 波形的发生和信号的转换
电子琴的振荡电路：
R28 R27
fo

2C
1 R1R2
R26
RF1 RF2 D1
R25
R1
D1
R24
C

_
uo
R23
+
R22
+
R21
C
R
结束
(1-32) (8-32)
能自动稳幅的振荡电路
半导体热敏电阻 (负温度系数）
10k
10k
Rt
1
j(R1C2
1)
R2C1
2fo R1C2

1
2fo R2C1
时，相移为0。
结束
(1-25) (8-25)
第8章 波形的发生和信号的转换
fo 2
1 R1R2C1C2
如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：
传递函数：
U o U i

3
j(
1 f

fo )
fo f
fo
Uo Ui
所以，自激振荡条件也可以写成：
（1）振幅条件： | AF | 1
（2）相位条件： A F 2n n是整数
相位条件意味着振荡电路必须是正反馈； 振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。
结束
(1-12) (8-12)
第8章 波形的发生和信号的转换
问题2：如何稳幅？
起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这 时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。
8.1.2 RC 正弦波振荡电路
8.1.2.1 RC 串并联网络振荡电路
电路组成：
放大电路 —— 集成运放 A ；
选频与正反馈网络 —— R、C 串并联电路；
稳幅环节 —— RF 与 R 组成的负反馈电路。
图 8.2.1
一、RC 串并联网络的选频特性
R2
F

U f U
2
1 jR2C2
结束
(1-16) (8-16)
第8章 波形的发生和信号的转换
(4)稳幅环节:也就是非线性环节,作用是使输出
信号幅值稳定。
2.正弦波振荡电路的分类:
正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来命 名,分为RC正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路 和石英晶体正弦波振荡电路三种类型。 RC正 弦波振荡电路的振荡频率较低,一般在1MHz以 下;LC正弦波振荡电路的振荡频率多在1MHz以上; 石英晶体正弦波振荡电路也可等效为LC正弦波振 荡电路,其特点是振荡频率非常稳定。
用RC电路构成选频网络的振荡电路即所谓的RC振 荡电路，可选用的RC选频网络有多种，这里只介 绍文氏桥选频电路。
U o R2
R1
C1
U i
C2
结束
(1-24) (8-24)
第8章 波形的发生和信号的转换
U o R2
R1
C1
U i
C2
U o U i

(1
R1 R2

C2 ) C1
基本放大
电路Ao
X o
反馈电路
改成正反馈
F
X d X i X f
只有正反馈电路才能产生自激振荡。
结束
(1-6) (8-6)
第8章 波形的发生和信号的转换
§8.1正弦波振荡电路
8.1.1概述
X i +
X d
– X f
基本放大
电路Ao
X o
反馈电路
改成正反馈
F
X d X i X f
(2)选频网络:确定电路的振荡频率,使电路产生单一 频率的振荡,即保证电路产生正弦波振荡。
(3)正反馈网络:引人正反馈,使放大电路的输入信号等
于反馈信号。
(4)稳幅环节:也就是非线性环节,作用是使输出 信号幅 值稳定。
结束
(1-14) (8-14)
2、正弦波振荡电路的分类：
选频网络组成：R、C 和L、C
1
2RC
1 3
幅频特性： Uo
1
Ui
32 ( f fo )2 fo f

+90
相频特性： arctg 1 ( f fo )
3 fo f
–90
fo
f
0 f
结束
(1-26) (8-26)
第8章 波形的发生和信号的转换
五、RC桥式正弦波振荡电路
因为：A 1 R2
达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1， 即可稳幅。
起振并能稳定振荡的条件：
U o B时，AF 1 U o B时，AF 1 U o B时，AF 1
具体方法将在后面具体电路中介绍。
结束
(1-13) (8-13)
第8章 波形的发生和信号的转换
二、正弦波振荡电路的组成及分类
1.正弦波振荡电路必须由以下四个部分组成: (1)放大电路:保证电路能够有从起振到动态平衡的过程, 使电路获得一定幅值的输出量,实现能量的控制。
改变 RF，可改变反馈深度。 增加负反馈深度，并且满足
A 3
图 8.2.4
则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正
弦波信号。
采用具有负温度系数的热敏电阻 RT 代替反馈电阻 RF ，可实现自动稳幅。
第8章 波形的发生和信号的转换
8.1.2 RC正弦波振荡电路
四、RC串并联选频网络（R1与R2不等）
uo
t
RT
A
结束
(1-29) (8-29)
第8章 波形的发生和信号的转换
能自行启动的电路（2）
R21 R22D1
D2
R

_
C
+
+
C
R1
R22为一小电阻， 使(R21+R22)略大于 2R1，|AF|>1，以 便起振；
随着uo的增加，R22 逐渐被短接，A自动 下降到使|AF|=1，使 得输出uo稳定在某值。
图824电压比较器输入级的保护电路148波形的发生和信号的转换结束848电压比较器的另一种形式将双向稳压管接在负反馈回路上149波形的发生和信号的转换结束849从同相端输入二一般单限比较器150波形的发生和信号的转换结束850从反相端输入151波形的发生和信号的转换结束851与参考电压uref在同端输入分析电压传输特性的三要素
C
A=3
3
Rf
－∞
A +
+
uo
A
1
R f
R
R
C uf R 1
1
Rf=2R1=210=20k
f0

1
2RC
=1592
Hz
第8章 波形的发生和信号的转换
能自行启动的电路（1）
半导体
RT
热敏电阻
t
起振时，RT略大于2R1，
R

_
使|AF|>1，以便起振；
C
+
uo
+
R
C R1
起振后，uo逐渐增大则 RT逐渐减小，使得输出 uo为某值时，|AF|=1， 从而稳幅。
R2
R1
A 0
所以，要满足相位
R C

_ +
条件，只有在fo处
uo
F 0
+
AF 1
R
C R1
A 1 R2 F 1
R1
3
R2 2R1
结束
(1-27) (8-27)
例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才 能起振？振荡频率f0=？
起振条件：
R
AF=1， F 1
（1）振幅条件： | AF | 1
（2）相位条件： A F 2n n是整数
相位条件意味着振荡电路必须是正反馈； 振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。
结束
(1-11) (8-11)
第8章 波形的发生和信号的转换
自激振荡的条件： A()F () 1
因为： A() | A | A F() | F | F
只有正反馈电路才能产生自激振荡。
结束
(1-7) (8-7)
第8章 波形的发生和信号的转换
一、产生正弦波振荡的条件
X i +
X d
– X f
基本放大
电路Ao
反馈电路
F
X o Ao X d X f FX o X d X i X f
X o
AF

X o X i
结束
(1-30) (8-30)
第8章 波形的发生和信号的转换
六、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路
输出频率的调整：
R2
fo

1
2RC
通过调整R或/和 C来调整频率。
R1
R3
K
R
C
R2
R1
R3 C
K

RF
_ +
+
R
K：双联波段开 关，切换R， 用于粗调振 荡频率。
uo
C：双联可调电 容，改变C， 用于细调振 荡频率。
32 ( 0 )2
0
相频特性为：
0 F arctg 0 3
当

0

1 RC
时，
F 1 3
F
1/3
0
F
0
+90º
0
0
-90º
最大，F = 0。


图 8.1.3
二、振荡频率与起振条件
1. 振荡频率 2. 起振条件
f0

1 2RC
f = f0 时，
主讲：物理与电子工程学院 周 功明
第8章 波形的发生和信号的转换
第八章波形的发生和 变换电路
§8.1 正弦波振荡电路 §8.2 电压比较器 §8.3 非正弦波发生电路 §8.4 利用集成运放实现的信号转换电路 §8.5 锁相环及其在信号转换电路中的应用
结束
(1-2) (8-2)
内容简介
Home
教学要求
结束
(1-9) (8-9)
第8章 波形的发生和信号的转换
AF
Ao 1 Ao F
如果： 1 AoF 0 则: AF
(1)正反馈足够强,输入信号为0时仍有信号输出， 这就是产生了自激振荡。
(2)要获得非正弦自激振荡,反馈回路中必须有 RC积分电路。例如：前面介绍的方波发生 器、三角波发生器、锯齿波发生器等。
正弦波振荡器命名
RC
LC （石英晶体）
低频
高频
1MHZ以下
1MHZ以上
振荡频率非常 稳定
第8章 波形的发生和信号的转换
2.正弦波振荡电路的分类: 正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来命名, 分为RC正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路和石 英晶体正弦波振荡电路三种类型。 RC正弦波振荡电路的振荡频率较低,一般在 1MHz以下;LC正弦波振荡电路的振荡频率多在 1MHz以上;石英晶体正弦波振荡电路也可等效为 LC正弦波振荡电路,其特点是振荡频率非常稳定。
Ao 1 AoF
结束
(1-8) (8-8)
第8章 波形的发生和信号的转换
一、产生正弦波振荡的条件
X i +
X d
– X f
基本放大
电路Ao
反馈电路
F
X o Ao X d X f FX o X d X i X f
X o
AF

X o X i
Ao 1 AoF
1 2
R1

1
jC1
1
1
jR2C2
Z1

1
Z2
(1
R1 R2

C2 C1
)
j(R1C2

1
R2C1
)
取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ，令
0

1 RC
F

3
j(
1


0
)
0
图 8.1.2
则：
得 RC 串并联电路的幅 频特性为：
F
1
(3)要获得正弦自激振荡,反馈回路中必须有选频 电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：
A( )、F ( )
结束
(1-10) (8-10)
第8章 波形的发生和信号的转换
自激振荡的条件： A()F () 1
因为： A() | A | A F() | F | F
所以，自激振荡条件也可以写成：
F 1 3
由振荡条件知：
A F 1
所以起振条件为：
A 3
同相比例运放的电压放大倍数为
Auf
1
RF R
即要求：
RF 2R
三、振荡电路中的负反馈