第9章(09)波形的发生与变换电路PPT课件
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9.1.1 概述
1、产生正弦波振荡的条件
•
•
•
X XX
a
i
f
•
当Xi 0
•
•
X X 时
a
f
仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。
•
•
•
X f •
X X 0
f
•
•
1
X XX
a
a
0 幅度平衡条件
••
AF A F 1
a
f
相位平衡条件
A F 1
振荡条件
A F A F 1
AF = a+ f= 2n
真。
3. 振荡频率与振荡波形 振荡频率由相位平衡条件决定。 因为 A = 0，而仅在 f 0处 F = 0 ，满足相位平衡条件，
所以振荡频率 f 0= 1 2RC。 振荡频率为单一频率 f 0，故振荡波形是正弦波
改变R、C可改变振荡频率 RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。
4. 稳幅措施
2、正弦波振荡电路的组成及各部分的作用 （1）放大电路—— 没有放大，不可能产生振荡。
要保证电路具有放大功能
（2）反馈网络—— 形成正反馈，以满足相位平衡条件
（3）选频网络—— 以产生单一频率的正弦波(RC、LC)
（4）稳幅电路—— 以保证输出端得到不失真的正弦波， 使振荡稳定
3、正弦波振荡电路的分类 根据选频网络所用元件来命名 LC正弦波振荡电路:输出功率大、频率高。 RC正弦波振荡电路:输出功率小、频率低。
n = 0,1,2．．．
讨论：
1） 相位条件意味着振荡电路在频率f0下必须是正反馈；
正弦波振荡电路只在一个频率(f0)下满足相位平衡条件。 所以正弦波振荡电路必须有一个选频网络。
•
•
选频网络可设在 A 中或 F 中。选频网络由 RC元件或 LC元件组成。
2） 幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，必须有足够的反馈 量(可以通过调整放大倍数A 或反馈系数F 达到) 。
谐振曲线
Q值越大，曲线较陡较窄。
并联谐振电路的谐振阻抗
Z0
L RC
Q 0 L
Q
0C
谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。
输入电流 IS 和 IL 或 IC 的关系
•
•
•
IC 0CV0 QIS
V0 IS Z0 IS Q / 0C 通常Q>>1，所以 IC≈IL >>IS
Z Q
大
Q
小
0
幅频特性
3） 起振及稳幅振荡的过程
● 起始信号的产生：电源接通时，在电路中激起一个微小的扰动 信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。
● 起振过程中: 要求 |AF|>1 ，可使输出电压的幅度不断增大。
● 稳定振荡时: 要求 |AF|=1 ， 使输出电压的幅度得以稳定。
从AF > 1 到 AF = 1，就是自激振荡建立的过程。
Z
1 j C (R j L) 1 j C R j L
Z
1 j C ( j L)
L C
1 j C R j L
R j( L 1 ) C
谐振时：
0L
1
0C
0
谐振频率：
f0
2π
1 LC
品质因数
并联谐振时总电流与电感支路电流或电容支路电流之比。
Q I L /I I C / I 0 L / R 1/ 0CR
振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R1实现的。R1是正温度 系数热敏电阻，当输出电压升高，R1上所加的电压升高，即 温度升高，R1的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反 之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在Rf 的 位置。
5.振荡频率的调整
R3 R2 R1
S C
R3 R2 R1
S
C
RF百度文库
振荡频率
f
90ºQ 减小
0
90º
相频特性
2. 选频放大电路：
•
AV
Z rbe
3、变压器反馈式LC正弦波振荡电路
(1) 相位平衡条件的满足
+
(2) 幅值平衡条件的满足
通过选择高值的BJT和
调整变压器的匝数比，可以满
足 A F 1 ，电路可以起振。
(3) 稳幅 BJT进入非线性区，波形
+
出现失真，从而幅值不再增加，
变RC可调节谐振频率
RC串并联网络的频率特性曲线
2.振荡的建立与稳定
起振条件AuF > 1 ，因为 | F |=1/ 3，则
Au
1
RF R1
3
稳定振荡条件AuF = 1 ，| F |= 1/ 3，则
Au
1
RF R1
3
考虑到起振条件AuF > 1, 一般应选取 RF 略大于2R1。
如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重非线性失
1
– +
fo 2π RC + uO
–
R 改变开关K的位置可改变选频
网络的电阻，实现频率粗调；
改变电容C 的大小可实现频率 的细调。
9.1.3 LC正弦波振荡电路
LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似，包括 有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。
1. LC并联谐振电路
通常R<<ωL
_
靠同名
端实现
正反馈
达到稳幅目的。 (4) 选频
虽优然点波：形易出于现产了生失振真荡，，但输由出于波LC形谐失振真电不路大的。Q缺值点很：高耦，合选 频不特紧性密好，，损所耗以较仍大能，选振出荡频0的率正的弦稳波定信性号不。高。
电路的构成
RC 串并联网络是 正反馈网络，Rf 和R1 为负反馈网络。
RC串并联网络与Rf、R1负反馈支路正好构成一个桥 路，称为桥式。
1、RC串并联网络的频率特性
Z1 R (1/ j C)
Z2 R //(1/ j C)
R
1 j RC
FV
Vf Vo
Z2 Z1 Z2
R
(1/
R（/ 1 j RC）
j C) R /1 j
RC
R
1/
j
R
C 1
j
RC
R
1
3
j
RC
1 RC
令ω0=1/RC
FV
3
1
j
0
0
反馈系数
FV
3
1
j
0
0
ω=ω0=1/RC 或 f = f0 =1/2πRC
FVmax=1/3 f 0
当 f=f0 时的反
馈系数 FVmax=1/3。此 时的相角 f =0。改
石英晶体正弦波振荡电路：频率稳定度高。
4、判断电路是否为正弦波振荡电路的方法和步骤 a. 检查电路的组成部分
b. 检查放大电路是否正常工作
c. 将电路在放大器反馈端断开，利用瞬时极性法 判断电路是否满足相位平衡条件
d. 分析是否满足振荡产生的幅度条件。 一般︱AF︱应略大于1
9.1.2 RC正弦波振荡电路
第9章 波形的发生和变换电路
信号发生器：
放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和 幅值的交流信号（又称振荡器）。输出的交流电能是从电源 的直流电能转换而来的。
振荡波形：
信号发生器从波形上分为正弦波振荡器和非正弦波振荡 器（方波、锯齿波、三角波等）。
9.1 正弦波振荡电路
无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波 发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。
1、产生正弦波振荡的条件
•
•
•
X XX
a
i
f
•
当Xi 0
•
•
X X 时
a
f
仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。
•
•
•
X f •
X X 0
f
•
•
1
X XX
a
a
0 幅度平衡条件
••
AF A F 1
a
f
相位平衡条件
A F 1
振荡条件
A F A F 1
AF = a+ f= 2n
真。
3. 振荡频率与振荡波形 振荡频率由相位平衡条件决定。 因为 A = 0，而仅在 f 0处 F = 0 ，满足相位平衡条件，
所以振荡频率 f 0= 1 2RC。 振荡频率为单一频率 f 0，故振荡波形是正弦波
改变R、C可改变振荡频率 RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。
4. 稳幅措施
2、正弦波振荡电路的组成及各部分的作用 （1）放大电路—— 没有放大，不可能产生振荡。
要保证电路具有放大功能
（2）反馈网络—— 形成正反馈，以满足相位平衡条件
（3）选频网络—— 以产生单一频率的正弦波(RC、LC)
（4）稳幅电路—— 以保证输出端得到不失真的正弦波， 使振荡稳定
3、正弦波振荡电路的分类 根据选频网络所用元件来命名 LC正弦波振荡电路:输出功率大、频率高。 RC正弦波振荡电路:输出功率小、频率低。
n = 0,1,2．．．
讨论：
1） 相位条件意味着振荡电路在频率f0下必须是正反馈；
正弦波振荡电路只在一个频率(f0)下满足相位平衡条件。 所以正弦波振荡电路必须有一个选频网络。
•
•
选频网络可设在 A 中或 F 中。选频网络由 RC元件或 LC元件组成。
2） 幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，必须有足够的反馈 量(可以通过调整放大倍数A 或反馈系数F 达到) 。
谐振曲线
Q值越大，曲线较陡较窄。
并联谐振电路的谐振阻抗
Z0
L RC
Q 0 L
Q
0C
谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。
输入电流 IS 和 IL 或 IC 的关系
•
•
•
IC 0CV0 QIS
V0 IS Z0 IS Q / 0C 通常Q>>1，所以 IC≈IL >>IS
Z Q
大
Q
小
0
幅频特性
3） 起振及稳幅振荡的过程
● 起始信号的产生：电源接通时，在电路中激起一个微小的扰动 信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。
● 起振过程中: 要求 |AF|>1 ，可使输出电压的幅度不断增大。
● 稳定振荡时: 要求 |AF|=1 ， 使输出电压的幅度得以稳定。
从AF > 1 到 AF = 1，就是自激振荡建立的过程。
Z
1 j C (R j L) 1 j C R j L
Z
1 j C ( j L)
L C
1 j C R j L
R j( L 1 ) C
谐振时：
0L
1
0C
0
谐振频率：
f0
2π
1 LC
品质因数
并联谐振时总电流与电感支路电流或电容支路电流之比。
Q I L /I I C / I 0 L / R 1/ 0CR
振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R1实现的。R1是正温度 系数热敏电阻，当输出电压升高，R1上所加的电压升高，即 温度升高，R1的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反 之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在Rf 的 位置。
5.振荡频率的调整
R3 R2 R1
S C
R3 R2 R1
S
C
RF百度文库
振荡频率
f
90ºQ 减小
0
90º
相频特性
2. 选频放大电路：
•
AV
Z rbe
3、变压器反馈式LC正弦波振荡电路
(1) 相位平衡条件的满足
+
(2) 幅值平衡条件的满足
通过选择高值的BJT和
调整变压器的匝数比，可以满
足 A F 1 ，电路可以起振。
(3) 稳幅 BJT进入非线性区，波形
+
出现失真，从而幅值不再增加，
变RC可调节谐振频率
RC串并联网络的频率特性曲线
2.振荡的建立与稳定
起振条件AuF > 1 ，因为 | F |=1/ 3，则
Au
1
RF R1
3
稳定振荡条件AuF = 1 ，| F |= 1/ 3，则
Au
1
RF R1
3
考虑到起振条件AuF > 1, 一般应选取 RF 略大于2R1。
如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重非线性失
1
– +
fo 2π RC + uO
–
R 改变开关K的位置可改变选频
网络的电阻，实现频率粗调；
改变电容C 的大小可实现频率 的细调。
9.1.3 LC正弦波振荡电路
LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似，包括 有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。
1. LC并联谐振电路
通常R<<ωL
_
靠同名
端实现
正反馈
达到稳幅目的。 (4) 选频
虽优然点波：形易出于现产了生失振真荡，，但输由出于波LC形谐失振真电不路大的。Q缺值点很：高耦，合选 频不特紧性密好，，损所耗以较仍大能，选振出荡频0的率正的弦稳波定信性号不。高。
电路的构成
RC 串并联网络是 正反馈网络，Rf 和R1 为负反馈网络。
RC串并联网络与Rf、R1负反馈支路正好构成一个桥 路，称为桥式。
1、RC串并联网络的频率特性
Z1 R (1/ j C)
Z2 R //(1/ j C)
R
1 j RC
FV
Vf Vo
Z2 Z1 Z2
R
(1/
R（/ 1 j RC）
j C) R /1 j
RC
R
1/
j
R
C 1
j
RC
R
1
3
j
RC
1 RC
令ω0=1/RC
FV
3
1
j
0
0
反馈系数
FV
3
1
j
0
0
ω=ω0=1/RC 或 f = f0 =1/2πRC
FVmax=1/3 f 0
当 f=f0 时的反
馈系数 FVmax=1/3。此 时的相角 f =0。改
石英晶体正弦波振荡电路：频率稳定度高。
4、判断电路是否为正弦波振荡电路的方法和步骤 a. 检查电路的组成部分
b. 检查放大电路是否正常工作
c. 将电路在放大器反馈端断开，利用瞬时极性法 判断电路是否满足相位平衡条件
d. 分析是否满足振荡产生的幅度条件。 一般︱AF︱应略大于1
9.1.2 RC正弦波振荡电路
第9章 波形的发生和变换电路
信号发生器：
放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和 幅值的交流信号（又称振荡器）。输出的交流电能是从电源 的直流电能转换而来的。
振荡波形：
信号发生器从波形上分为正弦波振荡器和非正弦波振荡 器（方波、锯齿波、三角波等）。
9.1 正弦波振荡电路
无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波 发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。