第十九讲_正弦波振荡电路振荡条件及RC正弦波振荡电路
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
所以振荡条件为
A() F() 1 振幅平衡条件 a ( ) f ( ) 2n 相位平衡条件
说明 Xa与Xf 同相位或引入的反馈为正反馈。
负反馈放大电路的自激条件
闭环增益
AF
1
A AF
源自文库
–1 Vid 基本放大电路
Vo
A
反馈深度 1 AF 0 时，
Vf
自激振荡 即 AF 1（ AF为环路增益）
反馈网络 F
又 AF A( ) F( ) a ( ) f ( )
得自激振荡条件
A(k ) F(k ) 1
幅值条件
a (k ) f (k ) (2n 1) 180 相位条件（附加相移）
2. 起振和稳幅
起振条件
A() F() 1
a ( ) f ( ) 2n
平衡
# 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能点起振，
2. RC串并联选频网络的选频特性
反馈系数
FV (s)
Vf (s) Vo (s)
Z2 Z1 Z2
sCR
1 3sCR (sCR )2
又 s j
且令
0
1 RC
则
FV
3
j(
1
0
)
0
幅频响应 FV
1
32 ( 0 )2 0
( 0 )
相频响应 f arctg
0
3
2. RC串并联选频网络的选频特性
Av
1
Rf R1
电压串联负反馈
反馈网络
反馈网络兼做选频网络
选频网络 RC串并联网络
2. RC串并联选频网络的选频特性
由选频网络可知
Z1
R
1 sC
1 sCR sC
R 1
Z2
R
sC 1
R 1 sCR
sC
则反馈系数为：
FV (s)
Vf (s) Vo (s)
Z2 Z1 Z2
sCR 1 3sCR (sCR)2
3 、 振 幅 平 衡 条 件 ： AvFv=1 ； Av=1+Rf/R1 、 Fv=1/3 Rf=2R1
3. 振荡电路工作原理 (+)
当
0
1 RC
时，
f
0
(+) (+) (+)
用瞬时极性法判断可知， 电路满足相位平衡条件
a f 2n
此时若放大电路的电压增益为
AV
1
Rf R1
3
Av
则振荡电路满足振幅平衡条件
起振的信号源来自何处？ 电路器件内部噪声
噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的噪声信号被
放大，成为振荡电路的输出信号。
当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增 加，否则波形将出现失真。
稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时， 使振幅平衡条件从 AF 1 回到AF 1 。
3. 基本组成部分
9.6 RC正弦波振荡电路
1. 电路组成 2. RC串并联选频网络的选频特性 3. 振荡电路工作原理 4. 振荡的建立与稳定 5. 振荡频率与振荡波形 6. 稳幅措施
1. 电路组成
RC振荡电路有很多种：桥式的、移相式、
双T型的，但最常用的是桥式振荡电路。
放大电路：运放、 R1、Rf组成同 相比例运算电路
AV FV
3 1 1 3
电路可以输出频率为
1
f0 2RC
的正弦波
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波
4. 振荡的建立与稳定
振荡建立： 就是要使电路自激，从而产生持续的振荡，由直流电变为交
流电。 当电路一接上直流电源，由于电冲击或噪声或干扰等信号
的存在，它们都含有丰富的谐波，总有与振荡频率f0相同的谐 波，这个信号虽然很微弱，但经过放大电路和反馈网络平的衡作用， 使输出信号的幅值越来越大，正弦波振荡由小到大地建点立起来。
一个反馈放大电路若能同时满足自激振荡的幅度和相位 平衡条件，就一定能产生自激振荡，但并不见得一定能产生 正弦波自激振荡，即输出信号不一定是正弦波。
这是因为，若同时有多种频率的正弦波信号都满足自激 振荡条件，则反馈放大电路就能够在多种频率下产生振荡。 它的输出信号就是一个由多种频率的正弦波信号合成的非正 弦波信号。
稳定： 输入谐波经过放大 反馈 再放大的循环，使输出幅度不
断增加，但由于幅度增大到一定程度时，运算放大器工作在非 线性区，或三极管工作在非放大区，所以输出幅度就会下降并 趋于稳定。
5. 振荡频率与振荡波形
振荡频率： 因为只有在f=f0=1/2πRC时才满足相位平
衡条件，所以振荡频率即为选频网络的固有频 率f=1/2πRC。
FV
1
32 ( 0 )2 0
( 0 )
f arctg
0
3
当
0
1 RC
或
f
1
f0 2RC
幅频响应有最大值
1 FVmax 3
相频响应 f 0
3. 振荡电路工作原理 (+)
分析方法：
1、会找出三个组成部分；
(+) (+)
A
(+)
2、用瞬时极性法判断电路是
否满足相位平衡条件
a f 2n 首先找出反馈线，在A处断开反馈线，假设在放大电路的
输入端加一个输入电压Vi，Vi的频率正好是选频网络的固有频 率f0，即f=f0=1/2πRC，假定某一瞬时Vi对地极性为（+）， Vo在同一瞬时对地极性为（+），由于f=f0=1/2πRC，根据相 频特性来判断，若Vo的频率也为f0，A点在同一瞬时对地的极性 也为（+）。再接上反馈线，看Vf和Vi的相位是否相同，若同相， 则说明此电路满足相位平衡条件。
为了获得单一频率的正弦波振荡，可在反馈放大电路中引 入选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率），使反馈放 大电路对不同频率的正弦波信号产生不同的相位移和放大倍数， 使电路只让某一特定频率的正弦波信号满足自激振荡条件，保 证电路输出正弦波信号。
3. 正弦波振荡电路的基本组成部分
放大电路（包括负反馈放大RC电振路荡）器 低频 反馈网络（构成正反馈）<LC1M振H荡Z器 高频 选频网络（选择满足相位>平1M衡H条Z 件的一个频 率，经常与反馈 网络合二为一。） 稳幅环节
振荡波形： 当AvFv稍大于1时，Vo接近于正弦波； 当AvFv远大于1时，Vo波形会严重失真。
6. 稳幅措施
采用非线性元件
热敏元件
起振时，
AV
1
Rf R1
3
即 AV FV 1
热敏电阻的作用
热敏电阻
Vo
Io
Rf 功耗
Rf 温度
Rf 阻值
AV
AV 3
AV FV 1 稳幅
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
1. 振荡条件 2. 起振和稳幅 3. 振荡电路基本组成部分
1. 振荡条件
正反馈放大 电路如图示。（注 意与负反馈方框图 的差别）
Xa Xi Xf
若环路增益 AF 1 则 Xa Xf ， 去掉 Xi ， Xo 仍有稳定的输出
又 AF AFa f AF a f
A() F() 1 振幅平衡条件 a ( ) f ( ) 2n 相位平衡条件
说明 Xa与Xf 同相位或引入的反馈为正反馈。
负反馈放大电路的自激条件
闭环增益
AF
1
A AF
源自文库
–1 Vid 基本放大电路
Vo
A
反馈深度 1 AF 0 时，
Vf
自激振荡 即 AF 1（ AF为环路增益）
反馈网络 F
又 AF A( ) F( ) a ( ) f ( )
得自激振荡条件
A(k ) F(k ) 1
幅值条件
a (k ) f (k ) (2n 1) 180 相位条件（附加相移）
2. 起振和稳幅
起振条件
A() F() 1
a ( ) f ( ) 2n
平衡
# 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能点起振，
2. RC串并联选频网络的选频特性
反馈系数
FV (s)
Vf (s) Vo (s)
Z2 Z1 Z2
sCR
1 3sCR (sCR )2
又 s j
且令
0
1 RC
则
FV
3
j(
1
0
)
0
幅频响应 FV
1
32 ( 0 )2 0
( 0 )
相频响应 f arctg
0
3
2. RC串并联选频网络的选频特性
Av
1
Rf R1
电压串联负反馈
反馈网络
反馈网络兼做选频网络
选频网络 RC串并联网络
2. RC串并联选频网络的选频特性
由选频网络可知
Z1
R
1 sC
1 sCR sC
R 1
Z2
R
sC 1
R 1 sCR
sC
则反馈系数为：
FV (s)
Vf (s) Vo (s)
Z2 Z1 Z2
sCR 1 3sCR (sCR)2
3 、 振 幅 平 衡 条 件 ： AvFv=1 ； Av=1+Rf/R1 、 Fv=1/3 Rf=2R1
3. 振荡电路工作原理 (+)
当
0
1 RC
时，
f
0
(+) (+) (+)
用瞬时极性法判断可知， 电路满足相位平衡条件
a f 2n
此时若放大电路的电压增益为
AV
1
Rf R1
3
Av
则振荡电路满足振幅平衡条件
起振的信号源来自何处？ 电路器件内部噪声
噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的噪声信号被
放大，成为振荡电路的输出信号。
当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增 加，否则波形将出现失真。
稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时， 使振幅平衡条件从 AF 1 回到AF 1 。
3. 基本组成部分
9.6 RC正弦波振荡电路
1. 电路组成 2. RC串并联选频网络的选频特性 3. 振荡电路工作原理 4. 振荡的建立与稳定 5. 振荡频率与振荡波形 6. 稳幅措施
1. 电路组成
RC振荡电路有很多种：桥式的、移相式、
双T型的，但最常用的是桥式振荡电路。
放大电路：运放、 R1、Rf组成同 相比例运算电路
AV FV
3 1 1 3
电路可以输出频率为
1
f0 2RC
的正弦波
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波
4. 振荡的建立与稳定
振荡建立： 就是要使电路自激，从而产生持续的振荡，由直流电变为交
流电。 当电路一接上直流电源，由于电冲击或噪声或干扰等信号
的存在，它们都含有丰富的谐波，总有与振荡频率f0相同的谐 波，这个信号虽然很微弱，但经过放大电路和反馈网络平的衡作用， 使输出信号的幅值越来越大，正弦波振荡由小到大地建点立起来。
一个反馈放大电路若能同时满足自激振荡的幅度和相位 平衡条件，就一定能产生自激振荡，但并不见得一定能产生 正弦波自激振荡，即输出信号不一定是正弦波。
这是因为，若同时有多种频率的正弦波信号都满足自激 振荡条件，则反馈放大电路就能够在多种频率下产生振荡。 它的输出信号就是一个由多种频率的正弦波信号合成的非正 弦波信号。
稳定： 输入谐波经过放大 反馈 再放大的循环，使输出幅度不
断增加，但由于幅度增大到一定程度时，运算放大器工作在非 线性区，或三极管工作在非放大区，所以输出幅度就会下降并 趋于稳定。
5. 振荡频率与振荡波形
振荡频率： 因为只有在f=f0=1/2πRC时才满足相位平
衡条件，所以振荡频率即为选频网络的固有频 率f=1/2πRC。
FV
1
32 ( 0 )2 0
( 0 )
f arctg
0
3
当
0
1 RC
或
f
1
f0 2RC
幅频响应有最大值
1 FVmax 3
相频响应 f 0
3. 振荡电路工作原理 (+)
分析方法：
1、会找出三个组成部分；
(+) (+)
A
(+)
2、用瞬时极性法判断电路是
否满足相位平衡条件
a f 2n 首先找出反馈线，在A处断开反馈线，假设在放大电路的
输入端加一个输入电压Vi，Vi的频率正好是选频网络的固有频 率f0，即f=f0=1/2πRC，假定某一瞬时Vi对地极性为（+）， Vo在同一瞬时对地极性为（+），由于f=f0=1/2πRC，根据相 频特性来判断，若Vo的频率也为f0，A点在同一瞬时对地的极性 也为（+）。再接上反馈线，看Vf和Vi的相位是否相同，若同相， 则说明此电路满足相位平衡条件。
为了获得单一频率的正弦波振荡，可在反馈放大电路中引 入选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率），使反馈放 大电路对不同频率的正弦波信号产生不同的相位移和放大倍数， 使电路只让某一特定频率的正弦波信号满足自激振荡条件，保 证电路输出正弦波信号。
3. 正弦波振荡电路的基本组成部分
放大电路（包括负反馈放大RC电振路荡）器 低频 反馈网络（构成正反馈）<LC1M振H荡Z器 高频 选频网络（选择满足相位>平1M衡H条Z 件的一个频 率，经常与反馈 网络合二为一。） 稳幅环节
振荡波形： 当AvFv稍大于1时，Vo接近于正弦波； 当AvFv远大于1时，Vo波形会严重失真。
6. 稳幅措施
采用非线性元件
热敏元件
起振时，
AV
1
Rf R1
3
即 AV FV 1
热敏电阻的作用
热敏电阻
Vo
Io
Rf 功耗
Rf 温度
Rf 阻值
AV
AV 3
AV FV 1 稳幅
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
1. 振荡条件 2. 起振和稳幅 3. 振荡电路基本组成部分
1. 振荡条件
正反馈放大 电路如图示。（注 意与负反馈方框图 的差别）
Xa Xi Xf
若环路增益 AF 1 则 Xa Xf ， 去掉 Xi ， Xo 仍有稳定的输出
又 AF AFa f AF a f