模电第六章 波形的产生与变换电路

I
U Z0

U 0C Q
当 Q >> 1 时，
I C I
结论：谐振时，电容支路的电流与电感支路的电流大 小近似相等，而谐振回路的输入电流极小。
二、变压器反馈式振荡电路 1、电路组成
用瞬时极性判断为正 反馈，所以满足自激振荡 的相位平衡条件。 2、振荡频率和起振条件 1 振荡频率 f 0 2 LC 起振条件
三、正弦波振荡电路的组成与分类
1、正弦波振荡电路的组成 ① 放大电路 ② 选频网络 确定 f0 合二为一
③ 正反馈网络 使 X i X f
④ 稳幅环节
使输出幅值稳定
三、正弦波振荡电路的组成与分类
2、正弦波振荡电路的分类 根据选频网络所用元件分类： RC正弦波振荡电路 f0 <1MHz LC正弦波振荡电路 f0 >1MHz 石英晶体正弦波振荡电路 f0 很稳定
相位接近0幅度趋近于?90?一rc串并联网络的选频特性rou?ccr??fu?一rc串并联网络的选频特性rou?ccr??fu?rc串并联网络实际为一个bpf只有在角频率为某一中间值时此案有可能得到较大的值且与fu?同相
第六章 波形的产生与变换电路
正弦波和非正弦波常常作为信号源，被广泛地应用 于无线电通信、自动测量及自动控制等系统中。电子技 术实验中使用的低频信号发生器就是一种正弦波振荡电 路，大功率的正弦波振荡电路还可以直接为工业生产提 供能源。 §1 正弦波振荡器的基本原理 §2 RC正弦波振荡电路
2. 判断电路是否满足自激振荡的条件 ： （1）相位条件 瞬时极性法 ：断开反馈，加频率为 f0 的信号 U ， i
判断 U f 与U i 的极性， 若相同，则满足相位条件。
⊕
Uf
Ui
A F
Uo
（2）幅值条件 AF 1
四、正弦波振荡电路的分析步骤
3. 振荡频率的估算 振荡频率由相位平衡条件决定。 . . 写出 AF 表达式；
270 180 º 90º º 0
f0
f
1 振荡频率为： f 0 2 6RC
三、其他 RC 振荡电路 2、双 T 网络振荡电路
振荡频率约为：
1 f0 5 RC
当 f = f0 时，双 T 网络的相移为 F = 180º ；反相比 例运放的相移 A = 180º ，因此满足产生正弦波振荡的相 位平衡条件。 如果放大电路的放大倍数足够大，同时满足振幅平 衡条件，即可产生正弦波振荡。
四、正弦波振荡电路的分析步骤
1. 检查电路的结构和组成 ： （1）检查电路是否包含四个组成部分，即放大电路、 选频网络、正反馈网络和稳幅环节； （2）检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路 正常工作； （3）检查电路中的反馈信号取自什么地方，加在什 么位置以及反馈信号的极性。
四、正弦波振荡电路的分析步骤
联两个二极管。
二、 RC 桥式振荡电路的工作原理 3、振荡频率的调节
1 f0 2RC
采用同轴转换接不同的电 容对f0进行粗调。 采用同轴电位器RW对f0进 行细调。
三、其他 RC 振荡电路
1、移相式振荡电路

A = 180º ， F = 180º ，即可满足
产生正弦波振荡的相位 平衡条件。 当 F = 180º 时， f = f0
选频特性好，适 用于产生单一频率 的振荡波形。
总结：
（1）RC振荡电路结构简单，调节方便，经济可靠。
（2）RC振荡电路的振荡频率较低，最高不会超过几 兆赫兹。 （3）RC振荡电路的RC选频网络，选频特性较差，因 而应尽量使放大器件工作在线性区，故多采用负反馈 的方法稳幅和改善输出波形。
例题 试判断电路是否满足自激振荡的相位条件。
1、定性分析
（1）低频时 容抗很大，感抗很小，并联支路的 阻抗取决于电感支路。 电路呈感性，且频率越低阻抗值越小。 （2）高频时

Ui
L
C
R

感抗很大，容抗很小，并联支路的阻抗呈容性，且 频率越高阻抗值越小。 只有在中间某个频率时，并联阻抗为纯阻性且等效 阻抗达到最大，这个频率即为LC电路的并联谐振频率。
A
F
Uf 2
UO
开关合在 “1”：
U O AuU i
开关合在“2” ：
如果：U f U i
U O AuU f
开关合在“2”时, 去掉ui 仍有稳定的输出。反馈信号 代替了放大电路的输入信号。
由此知放大电路产生自激振荡的条件是： f U i U
1 1、低频时， jC R,

UO

R C R
C
Uf


UO

C
R
Uf

电路等效为高通
超前UO就越多，当 趋近于0时，U f 的幅度
1 越低， 越大，U f 的幅度就越小，其相位 C
趋近于0，相位接近 90。
一、RC串并联网络的选频特性
1 2、高频时， jC R,
rbe RC M

×

-
R' ：折合到谐振回路中的等效总损耗电阻 M ：绕组N1与N2之间的互感
三、电感三点式振荡电路
在实际工作中为避免变压器同名端的麻烦，也为了绕制线 圈方便，采用了自耦形式的接法：用一个带抽头的电感线圈代 替反馈变压器，电感线圈的三个接线端分别与三极管的三个电 极项链。
0
1 LC
1 或f 0 2 LC
2、定量求ω0
Z LC 1 R j L C

0
1 LC
Ui
L
C
R

谐振时Z呈纯阻性，且达到最大值：
1 L Q0 L Q Z0 RC 0C
令：Q
0 L
R
——谐振回路的品质因数(几十到几百)
即： Uf FUo FAUi Ui
AF 1
AF 1 ——幅度平衡条件 arg AF A F 2nπ n 0,1,2,
——相位平衡条件 二、正弦波振荡器的起振过程
起振条件：
合闸后： 信号 小 大
AF 1
AF 1
平衡
AF 1
A F 2n
2、定量求ω0
L 并联电路的等效阻抗： Ui 1 C R jL R jC Z 当R L时， 1 R jL jC L 1 C 当 L 0 时， Z C 1 R j L C 电路发生并联谐振。
并联谐振角频率

2 0 1 jQ(1 2 ) Q 值不同，回路的阻抗不同。
在谐振频率附近， Z
Z0
不同 Q 值时，LC 并联电路的 幅频特性： 相频特性： 结论： 1. 当 f = f0 时，电路为纯电阻 性，等效阻抗最大；当 f < f0 时， 电路为感性；当 f > f0 时，电路为 容性。所以 LC 并联电路具有选频 特性。 2. 电路的品质因数 Q 愈大， 选频特性愈好。
Z
Q1 > Q2
Z01
Q
1
Z02
Q
2
F
0

+90º Q1 > Q2
0
-90º 感性 纯阻
Q
2
Q
1

容性
谐振时 LC 回路中的电流

Ui
L
电容支路的电流： I C 0C U
并联回路的输入电流：
C
R

所以： +
+
×
负反馈，不能自激振荡
§3 LC正弦波振荡电路
一、LC并联电路的选频特性

Ui
L
R表示回路中和回路所带负载的等 效总损耗电阻，其值一般很小。
C
R

在同时含有L和C的正弦交流电路中，感抗和容抗都 是频率的函数，所以可以通过改变信号的频率使感抗和 容抗的作用相互抵消，使整个电路呈纯阻性。 此时电路中的总电压和总电流同相，电路处于谐振 状态，电感的磁能和电容的电场能相互转换。
－ A +
UO
R
减小对选频特性的影响，提高 放大倍数的稳定性，改善振荡电 路的输出波形，提高带负载能力。
-----电压串联负反馈
RC桥式正弦波振荡电路
二、 RC 桥式振荡电路的工作原理 2、稳幅措施
（1）RF 采用负温度 系数的热敏电阻。
（2）R' 采用正温度
系数的热敏电阻。
（3）RF 在两端反并
计算
A F 2n
时的频率，即为振荡频率 f0 。
§2 RC正弦波振荡电路
电路的组成
R
C
Uf
RF
－ +
R
A
UO
R
C
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。
一、RC串并联网络的选频特性
1/3
F
0 2 2 3 ( ) 0
0
F
+90º
0

相频特性为：
F arctg
0 0
3
0
-90º
0

1 当 0 时， F F RC
max
1 3
最大， F = 0。
二、 RC 桥式振荡电路的工作原理
1、起振条件及振荡频率
放大电路的输出电压 U O与输入 R 电压 U 同相，工作于中频段时： A 0
R
C C
RF
－ A +
UO
R
1 U 当f f 0 时， f 与U O同相， F 0 2RC A F 0 满足相位平衡条件 1 当f = f0 时，F 由 AF 1知：A 3 3
Uo
RF A 1 R
Uf
RF 2 R
二、 RC 桥式振荡电路的工作原理

-
×

三、电感三点式振荡电路 1、振荡频率
f0
2、起振条件
1 1 2 LC 2 ( L1 L2 2 M )C
L1 M rbe L2 M R
R' ：折合到放大管c、e之间的等效并联总损耗电阻
三、电感三点式振荡电路 3、电路特点 （1）线圈L1和L2耦合很紧，因此比较容易起振。 （2）调节频率方便，采用可变电容，可获得一个较宽 的频率调节范围。 （3）一般用于产生几十兆赫以下的频率。 （4）反馈电压取自电感，而电感对高次谐波的阻抗很 大，不能将高次谐波短路掉，因而输出波形中含有较大 的高次谐波，故波形较差。 （5）频率稳定度不高，多用于要求不高的场合。

Z1
UO
Z2
R C
C
Uf

R
Uf F Uo

R Z2 1 jRC 1 Z1 Z 2 R 1 jC 1 jRC 1
1 令 0 RC
0 3 j( ) 0
F
1
幅频特性为：
0 3 j( ) 0
1
F
§3 LC振荡电路
§4 石英晶体振荡电路
§5 电压比较器
§1 正弦波振荡器的基本原理
正弦波振荡电路是用来产生一定频率和幅度的正弦波 信号的电路，电路中只有直流源而没有外接信号源。其频 率范围很广，可以从零点几Hz到几百MHz以上，其输出 功率可以从几mW到几十mW。 一、自激振荡的条件
Ui
1 S
四、电容三点式振荡电路

_ + _
×

+
四、电容三点式振荡电路 1 f0 1、振荡频率 2 LC 2、起振条件
1 C1C 2 2 L C1 C 2
C 2 rbe C 1 R
R' ：折合到放大管c、e之间的等效并联总损耗电阻 3、电路特点 （1）反馈电压取自电容，电容对高次谐波阻抗很小，于 是反馈电压中的谐波分量很小，故输出波形较好。

UO

R C R
C
Uf

R UO

C
Uf

电路等效为低通
1 越高， 越小，U f 的幅度就越小，其相位 C
滞后UO就越多，当 趋近于无穷大时， f 的 U
幅度趋近于 ，相位接近 90 。 0

一、RC串并联网络的选频特性
RC串并联网络实际为一个 BPF，只有在角频率为某一中 间值时，此案有可能得到较大 的 U f 值，且与 U O同相。 3、定性计算
三种 RC 振荡电路的比较
名称 电路 形式 RC 串并联网络振荡电路 移相式振荡电路 双 T 网络振荡电路
振荡 频率 电路 特点 及应 用场 合
1 f0 2RC
可方便地连续调节 振荡频率，便于加负反 馈稳幅电路，容易得到 良好的振荡波形。
f0
1 2 6RC
f0
1 5 RC
电路简单，经济 方便，适用于波形要 求不高的轻便测试设 备中。
1、起振条件及振荡频率
R
C
RF
－ A +
UO
1 振荡频率：f 0 2RC
起振条件： RF 2 R
R
C
R
若RF比2R'大很多，则∣A∣值会很大，输出电压幅 值就较大，很有可能使运放进入非线性区，从而发生双 向失真。
二、 RC 桥式振荡电路的工作原理
1、起振条件及振荡频率
R
R
C C
RF