第八章例题
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【例8-1】图(a)所示电路是没有画完整的正弦波振荡器。
(1)完成各节点的连接;
(2)选择电阻的阻值;
(3)计算电路的振荡频率;
(4)若用热敏电阻(的特性如图(b)所示)代替反馈电阻,当(有效值)多大时该电路出现稳定的正弦波振荡?此时输出电压有多大?
图(a) 图(b) 【相关知识】
RC正弦波振荡器。
【解题思路】
根据RC正弦波振荡器的组成和工作原理对题目分析、求解。
【解题过程】
(1)在本题图中,当时,RC串—并联选频网络的相移为零,为了满足相位条件,放大器的相移也应为零,所以结点应与相连接;为了减少非线性失真,放大电路引入负反馈,结点应与相连接。
(2)为了满足电路自行起振的条件,由于正反馈网络(选频网络)的反馈系数等于1/3(时),所以电路放大倍数应大于等于3,即。故应选则大于的电阻。
(3)电路的振荡频率
(4)由图(b)可知,当,即当电路出现稳定的正弦波振荡时,,此时输出电压的有效值
【例8-2】图(a)所示电路为RC移相式正弦波信号发生器,。设集成运放的均具有理想的特性。
(1) 试分析电路的工作原理;
图(a)
(2)试求电路的振荡频率和起振条件。
【相关知识】
反相比例器、电压跟随器、RC移相网络。
【解题思路】
(1) 从相位和幅度条件分析电路的工作原理。
(2) 根据环路增益求电路的振荡频率和起振条件。
【解题过程】
(1)图(a)所示RC移相式正弦波信号发生器由反相输入比例放大器(A1)、电压跟随器(A2)和三节RC 移相网络组成。放大电路(中频区)的相移,利用电压跟随器的阻抗变换作用减小放大电路输入电阻R1对RC移相网络的影响。为了要满足相位平衡条件,要求反馈网络的相移。由RC电路的频率响应可知,一节RC电路的最大相移不超过,两节RC电路的最大相移也不超过,当相移接近时,RC低通电路的频率会很高,而RC高通电路的频率也很低,此时输出电压已接近于零,又不能满足振荡电路的幅度平衡条件。对于三节RC电路,其最大相移可接近,有可能在某一特定频率下使其相移为,即则有
满足相位平衡条件,合理选取元器件参数,满足起振条件和幅度平衡条件,电路就会产生振荡。
(2) 由图(a)不难写出电路的放大倍数
画出反馈网络,如图(b)所示。
图(b)
由图可得
由以上各式,得电路的反馈系数为
令的虚部为零,得电路的振荡频率为
或
此时电路的反馈系数
根据电路的起振条件知,当时,电路产生振荡。
【例8-3】试判断图(a)所示电路是否有可能产生振荡。若不可能产生振荡,请指出电路中的错误,画出一种正确的电路,写出电路振荡频率表达式。
图(a) 图(b)
【相关知识】
LC型正弦波振荡器。
【解题思路】
(1) 从相位平衡条件分析电路能否产生振荡。
(2) LC电路的振荡频率,L、C分别为谐振电路的等效电感和电容。
【解题过程】
图(a)电路中的选频网络由电容C和电感L(变压器的等效电感)组成;晶体管T及其直流偏置电路构成基本放大电路;变压器副边电压反馈到晶体管的基极,构成闭环系统统;本电路利用晶体管的非线性特性稳幅。静态时,电容开路、电感短路,从电路结构来看,本电路可使晶体管工作在放大状态,若参数选择合理,可使本电路有合适的静态工作点。动态时,射极旁路电容和基极耦合电容短路,集电极的LC并联网络谐振,其等效阻抗呈阻性,构成共射极放大电路。利用瞬时极性法判断相位条件:首先断开反馈信号(变压
器副边与晶体管基极之间),给晶体管基极接入对地极性为的输入信号,则集电极对地的输出信号极性为㊀,即变压器同名端极性为㊀,反馈信号对地极性也为㊀。反馈信号输入信号极性相反,不可能产生振荡。若要电路满足相位平衡条件,只要对调变压器副边绕组接线,使反馈信号对地极性为即可。改正后的电路如图(c)所示。本电路振荡频率的表达式为
图(c) 图 (d) 图(b)电路中的选频网络由电容C1、C2和电感L组成;晶体管T是放大元件,但直流偏置不合适;电容C1两端电压可作为反馈信号,但放大电路的输出信号(晶体管集电极信号)没有传递到选频网络。本电路不可能产生振荡。首先修改放大电路的直流偏置电路:为了设置合理的偏置电路,选频网络与晶体管的基极连接时要加隔直电容,晶体管的偏置电路有两种选择,一种是固定基极偏置电阻的共射电路,另一种是分压式偏置的共射电路。选用静态工作点比较稳定的电路(分压式偏置电路)比较合理。修改交流信号通路:把选频网络的接地点移到C1和C2之间,并把原电路图中的节点2连接到晶体管T的集电极。修改后的电路如图(d)所示。然后再判断相位条件:在图(d)电路中,断开反馈信号(选频网络与晶体管基极之间),给晶体管基极接入对地极性为的输入信号,集电极输出信号对地极性为㊀(共射放大电路),当LC选频网络发生并联谐振时,LC网络的等效阻抗呈阻性,反馈信号(电容C1两端电压)对地极性为。反馈信号与输入信号极性相同,表明,修改后的电路能满足相位平衡条件,电路有可能产生振荡。本电路振荡频率的表达式为
【例8-4】在调试图示电路时,如果出现下列现象,请予以解释。
(1)对调反馈线圈的两个接头后就能起振;
(2)调、或阻值后就能起振;
(3)改用较大的晶体管后就能起振;
(4)适当增加反馈线圈的匝数后就能起振;
(5)适当增大值或减小值后就能起振;
(6)增加反馈线圈的匝数后,波形变坏;
(7)调整、或的阻值后可使波形变好;
(8)减小负载电阻时,输出波形产生失真,有时甚至不能起振。
【相关知识】
变压器反馈式正弦波振荡器。
【解题思路】
根据变压器反馈式正弦波振荡器的组成、工作原理及工作条件解释题述现象。
【解题过程】
(1)对调反馈线圈的两个接头后就能起振,说明原电路中反馈线圈极性接反了,形成了负反馈而不能