模电第八章

三、LC正弦波振荡电路
• 3、电感三点式正弦波振荡器——哈特莱振荡器
• 显然，这是维持振荡的条件，要使振荡从小到大建 立起来，即“起振”的条件是：
AF 1

例: 带通滤波器
Auf 1
Q


Rf R4

1
3 Auf

AuP
Auf 3 Auf

Q Auf

f P1 fP2
f0 2 [ (3 Auf ) 4 (3 Auf )] 2 f0 2 [ (3 Auf ) 4 (3 Auf )] 2
一、概述
• 当输入量为零时，反馈量等于净输入量，如下图所示：
X f X i



Xf X i


XO X i


X

f
1
XO
• 因此，正弦波振荡的平衡条件为：
AF 1

一、概述
• 写成模与相角的形式为：
A F 1, 称为幅值平衡条件

A F 2n (n为整数） 称为相位平衡条件 ,

二、RC正弦波振荡电路
• 由此画出频率特性曲线如下：
当f f 0时 : 1 F , 即： 3 1 U f UO , 3

F 0 。
0
二、RC正弦波振荡电路
• 2、 RC桥式正弦波振荡电路
•
若用RC串并联电路作为选频网络组成RC正弦波振荡 电路，则要求f=f0时，A=0°，以满足相位平衡条件； 同时要求放大倍数略大于3，以满足幅值平衡条件。电 路如下：
§8.1 正弦波振荡电路
• • • • 一、概述 二、RC正弦波振荡电路 三、LC正弦波振荡电路 四、石英晶体正弦波振荡电路
一、概述
• 1、产生正弦波振荡的条件
•
在第五章分析反馈放大器时，已经知道如果电路的 附加相移使负反馈变成正反馈的话，就会产生自激振荡， 这时，即使没有输入也会有输出。 • 而信号产生电路或振荡电路就是要在没有输入的情 况下产生输出信号，因此要人为地引入正反馈，如图所 示。

IL QI 通常Q 1, I L I , 因此叫 电流谐振 。 谐振回路受外界的影响 可以忽略。

三、LC正弦波振荡电路
• 2、变压器反馈式振荡电路
⑴共射接法 电路如图。 • ①首先，观察电路，存在放大 电路、选频网络、正反馈网 络以及用晶体管的非线性特 性所实现的稳幅环节四个部 分。 • ②然后，判断放大电路能否正 常工作，图中放大电路是典 型的工作点稳定电路，只要 静态工作点合适，交流信号 传递过程中无开路或短路现 象，电路可以正常放大。
一、概述
• （4）判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件，即是 否满足起振条件。有三种情况：
① A F 1时, 不振荡 ② A F 1时，能振荡， 若无合适的稳幅环节， 波形明显失真 ⑶ A F 略大于1，可产生振荡，振荡稳 定后 A F 1

一、概述
•
注意：只有在电路满足相位条件的情
•
三、LC正弦波振荡电路
• ③分析相位平衡条件 由于电路是共射组态，集电极输出信号与基极输 入信号反相，根据变压器的同名端，反馈信号与集 电极信号极性相反，因此反馈信号与基极输入信号 同相，满足相位平衡条件。
三、LC正弦波振荡电路
•
也可以用瞬时极性法判断电路是否满足相位平衡条件，具 体做法是：在图中断开P点，在断开处给放大电路加频率为f0的输 入电压，给定其极性对“地”为正，因而晶体管基极动态电位对 “地”为正，由于放大电路为共射接法，故集电极动态电位对 “地”为负；对于交流信号，电源相当于“地”，所以线圈N1上 电压为上“正”下“负”；根据同名端，N2上电压也为上“正” 下“负”，即反馈电压对“地”为正，与输入电压假设极性相同， 满足正弦波振荡的相位平衡条件。
模拟电子技术基础
第八章
波形的发生和 信号的转换
第八章 波形的发生和信号的转换
• 在模拟电子电路中，常常需要各种波形的信 号，如正弦波、矩形波、三角波和锯齿波等，作 为测试信号或控制信号等。 • 为了使所采集的信号能够用于测量、控制、 驱动负载或送入计算机，常常需要将信号进行转 换，如将电压转换成电流、将电流转换成电压、 将电压转换成频率与之成正比的脉冲……等等。 • 本章讲述有关波形发生和信号转换电路的组 成原则、工作原理以及主要参数。
二、RC正弦波振荡电路
• 根据起振条件和幅值平衡条件

Au

UO

1
Rf R1
3
UP R f 2 R1
1 振荡频率为： 0 f 2RC
二、RC正弦波振荡电路
Rf • 常用的稳幅措施有： Au 1 • ⑴用热敏电阻补偿 R1 ①用负温度系数的热敏电阻代替Rf 当输出增大时，流过Rf的电流变大，阻值变小， 放大倍数变小，输出变小；反之，当输出减小时，流过 Rf的电流变小，阻值变大，放大倍数变大，输出变大。 ②用正温度系数的热敏电阻代替R1 当输出增大时，流过R1的电流变大，阻值变大， 放大倍数变小，输出变小；反之，当输出减小时，流过 R1的电流变小，阻值变小，放大倍数变大，输出变大。
1 318000 318KHz Hz 8 2 3.14 5010 f 0的调节范围为 .59Hz至318KHz 1
三、LC正弦波振荡电路
• LC正弦波振荡器可产生频率高达1000MHz以上 的正弦波。由于普通运放的频带窄，而高速运放的 价格高，所以LC电路一般由分立元件组成。
• 1、LC并联回路基本特性的回顾
三、LC正弦波振荡电路
• ④分析幅值平衡条件 起振条件是 U f U i ，只要变压器的变 比合适，三极管偏置合适，变压器初次级的互感合 适，一般都可满足幅值平衡条件。 • ⑤稳幅问题 LC正弦波振荡器的稳幅是利用放大器的非线性， 当振幅大到一定程度后，三极管的集电极电流会失 真，但由于负载是LC并联谐振回路，选频作用良好， 所以输出电压失真很小。
• 可以想象，当信号频率从零逐渐升 高到无穷大时，输出的相位从+90°逐渐 变化到-90°。中间必定存在一个频率f0， 输入与输出同相。
• ⑵定量计算
1 R R // Uf jC 1 jRC F 1 1 1 R UO R R // R jC jC jC 1 jRC 1 1 1 2 1 1 (1 jRC) R 3 j (RC ) 1 jC RC jRC 1 R 1 jRC
第八章 波形的发生和信号的转换
• • • • §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
§8.1 正弦波振荡电路
• 正弦波振荡电路是在没有外加输人 信号的情况下，依靠电路自激振荡而产 生正弦波输出电压的电路。 • 它广泛地应用于测量、遥控、通信、 自动控制、热处理和超声波电焊等加工 设备之中，也作为模拟电子电路的测试 信号。
二、RC正弦波振荡电路
• ⑵在Rf回路串联两个并联的二极管 • 如图所示，利用电流增大时二极管动态电阻减小、电 流减小时二极管动态电阻增大的特点，加入非线性环节， 从而使输出电压稳定。
二、RC正弦波振荡电路
• 3、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路
二、RC正弦波振荡电路
• 4、 RC正弦波振荡器的适用范围 • RC正弦波振荡器只适用于低频产生，原因有二： • ⑴因为f0=1/2RC，所以要提高f0，就要减小R、C 的数值，R越小，同相比例运算电路的输出电阻将影 响选频网络，C越小越易受寄生电容的影响，频率不 稳。 • ⑵一般集成运放的带宽较窄，例如741的单位增益 带宽fC=1MHz，由运放构成的RC正弦波振荡器的频 率一般不超过1MHz。高速运放价格高。
其中R为回路的等效损耗电阻，一般很小。
三、LC正弦波振荡电路
• ⑴谐振频率
f0
1 2 LC
• ⑵谐振时呈纯电阻性，且达到最大值，谐振阻抗为
L Z0 RC
• ⑶选频特性
1 L Q R R0C R C
0 L
1
Q值越大，选频特性越好。
三、LC正弦波振荡电路
• ⑷输入电流与回路电流的关系
二、RC正弦波振荡电路
•
例1、电路如图所示。已知电容C1、 C2、 C3、 C4、 的值分别为0.01F、 0. 1F、 1F、 10F ，电阻R=50， 电位器 RW=10K。试问f0的调节范围是多少？
二、RC正弦波振荡电路
• 解：
1 因为f 0 , 所以f 0的最小值对应于 、C的最大值 R 2RC 1 f 0 min 2 ( R RW )C4 1 1.59Hz 4 5 2 3.14 (50 10 ) 10 f 0的最大值对应于 、C的最小值 R f 0 max 1 2RC1
一、概述
• 4、判断电路是否可能产生正弦波振荡的 方法和步骤
（1）检查电路是否包含了放大电路、选频网 络、反馈网络和稳幅环节四个组成部分。 • （2）分析放大电路是否有放大作用，即结构 是否合理，静态工作点是否合适。
•
一、概述
• （3）利用瞬时极性法判断电路是否满足正 弦波振荡的相位条件，即判断电路是否引入了 正反馈。

二、RC正弦波振荡电路
令

1 f0 2RC 1 F 1 f0 f 3 j (RC ) 3 j( ) RC f0 f 1
1 幅频特性为： F f0 2 f 2 3 ( ) f0 f f0 1 f 相频特性为： F arctan ( ) 3 f0 f
•

一、概述
• 2、正弦波振荡电路的组成
•