第八章 波形发生和信号转换1

I

Uf
Uf
R
Uo
UO
低频
15
jRCUO RCUO 90
为R上的分压，与 I 同相位，而 I 超 U 前 UO，当频率趋于0时， f 超前 UO相位趋 于 90，且 U 趋于0。
Uf
f




1 1 j C Uf UO UO 1 jCR 1 R j c 1 1 UO U O 90 jRC RC
将电路接成 X o 正反馈形式，上 电初始有一 X i 作 用于电路，在输 X 出端得到 X o ， o 通过 X f反馈到输 入端。
Xi
+
+
Xd
基本放大 电路Ao
反馈电路
Xo
Xf
F
Xd Xf
基本放大 电路Ao 反馈电路
Xo
电路中，广谱噪声 是随时存在的，总 是可以找出一个 f=f0的频率，该f即 为电路的振荡频率， 实现该频率选择的 电路称为选频电路。

上式中，当分母的虚部为0时，Uf与Uo同相位。
1 0 令 RC RC
即
1 2f 0 RC 0 2f 0 RC
Uo Ui


1 f0 2RC
1 3
此时电路振荡幅值最大。

f f0
0
F

Uf


1 1 2 2 3 ( RC ) RC
UO
1 3
+90 –90
10
问题1：如何启振？
Uo 是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅 度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。 放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分 解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。 选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量 衰减掉。这时，只要： |AF|>1，且A+ F =2n，即可起振。
11
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。
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
12
选频电路可以设置在基本放大电路中， 也可以设置在反馈网络中，可以用RC元件 组成；也可以用LC元件组成。 用RC元件组成选频电路的信号产生电 路称为RC振荡电路，它可产生1Hz~1MHz 的正弦波信号。 用LC元件组成选频电路的信号产生电 路称为LC振荡电路，它可产生1MHz以上的 正弦波信号。
Uf
+
_ A
Uo
R4
14
2、选频特性
将选频网络单独 分离出来进行分析， 其输入电压为UO ，输 Uf 出电压为U f ，假设UO 为一外加信号。 当uo信号频率为低频时， 1 R ，电路可简化 C 为如图形式，
Uf R R 1 j c UO
R
C
Uo
R
C


C
I
f
18
3、振荡的建立与稳定
文 氏 桥 选 频 电 路 Rf uo R C R1
uo 3
_

A=3 + +
同 相 放 大 器 uo
因为： A
0
只有在 f0 处
F 0 ,
满足相位条件：

R
C
输出正弦波频率：
1 f0 2RC
幅值条件：
1 AF=1 F 3 A=3 Rf A 1 R1
∴
Rf 2R1
19
Rf=2R1为维持振荡需满足的幅值条件， 要使电路建立起振荡，应满足Rf≥2R1，才可 使电路产生自激。 电路起振后将使输出幅值不断增大， 必需通过稳幅电路使电路达到平衡状态。 稳幅的方法可采用R1为正温度系数热敏电 阻；也可采用Rf为负温度系数热敏电阻； 或采用Rf回路增加反向并联二极管等方法 达到稳幅。
RF 2Rf =210=20k
1 =1592 Hz f0 2RC
23
24
1 输出频率的调整： f o 2RC
R2 R1 K R3
通过调整R或/和 C来调整频率。 K：双联波段开 关，切换R， 用于粗调振 荡频率。
RF
R
R2
_


uo
C
+
+
C
R1 K
R3
R
C：双联可调电 容，改变C， 用于细调振 荡频率。 25
1 R // Uf 1 j C F 1 1 1 UO R R // 3 j ( RC ) j C j C RC

17

1 R // Uf 1 j C F 1 1 1 UO R R // 3 j ( RC ) j C j C RC
3
自激振荡产生的原因：
（1）电路工作在高频或低频时产生的附加相 移达到π的倍数； （2）环路放大倍数 反馈变成了正反馈。
AO F 1

AO F 1


，使电路的负
i f ( 2 n 1 )

( n 1 ,2 ,3 )
如果利用这两个条件，将电路接为正反馈 形式，并满足 A F 1 条件，就可以变成信 号产生电路了。
一、 正弦波振荡电路
在负反馈电路中， 如果
1 AO F 0
Xi
+
–
Xd
基本放大 电路Ao
Xo
Xf
反馈电路 AO F 则 Af 1 AO F 即说明电路可以在没有输入信号的条件下也 会有输出。我们将这种现象称为自激振荡。
该现象会破坏负反馈电路的正常工作状态， 应尽可能避免和消除。
,
X f FX o
FAo=1 自激振荡的条件
8
X o Ao X d FAo X o
Ao AF 1 Ao F
如果：
1 Ao F 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。如：方波发生器、三角波发生 器、锯齿波发生器等。 (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：
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一、 RC正弦波振荡电路
1、电路原理
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(桥式、双T 网络式、移项式等），这里只介绍文氏桥选频电路。
该电路放大 部分由电压串联 负反馈的同相比 例电路组成； 选频网络由 R RC串并联电路 组成。 C
R C
Rf
+
C
R1 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。
22

+
例题:R=1k，C=0.1F， Rf=10k。RF为多大时才 能起振？振荡频率f0=？ Rf R Hz C 起振条件： 1 AF=1， F R C 3
RF
_ + +

uo
A=3 RF A 1 Rf
当uo信号频率为高频时， 1 R ，电路可简化 C 为如图形式， Uf C
R
I
Uo

I

UO

Uf
高频
16
U 为C上的分压， O 与 I 同相位，U f 相位 滞后 I ， 当频率趋于∞时， U f约滞后 UO相 位 90，且 U 趋于0。
Uf
f




当信号频率从0变化到∞时， U f的相位将 从+90变化到-90，在这一过程中必然存在 一个频率 f f 0 ，使得 U f 的相位为0。即 U f 与 U o 同相。通过计算可以找到 f 0。
RE2
T2
+ –C
+ + –
3
CE
RC网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。
27
作业：P462~463
7、8
28
20
RT
半导体 热敏电阻 起振时，RT略大于2R1， 使|AF|>1，以便起振； uo 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。
t
R C
_

+
R C

+
R1
uo
t
Rt
A
21
R21 R22
D1
D2 R C
_

R22为一小电阻， 使(R21+R22)略大于 2R1，|AF|>1，以 便起振；
F
6
Xi
+
+
Xd
基本放大 电路Ao
Xo
Xf
反馈电路
F
X o Ao X d X f FX o Xd Xi X f
Xo Ao AF X i 1 Ao F
7
Xd
Xf
基本放大 电路Ao
Xo
反馈电路
F
Xd X f
O
4
Xi
+
+
Xd
基本放大 电路Ao
Xf
反馈电路
F
Xd
Xf
基本放大 电路Ao 反馈电路
Xo
F
如果选择 X f 和X i 的幅 值和相位完全一致，用 反馈信号代替放大电路 的输入信号，则此时除 去 X i 后电路仍能维持 和原来一样的输出。此 时电路便成为信号产生 5 电路。