模电第八章波形的发生和信号的转换

,
f0
1)
2 RC
F
32 f
1
f0 f0 f 2
F
arctan 1 f
3
f0 f0
f
当f
f
时
0
:
F
1 3
达到最大值；F
0。
2. RC桥式正弦波振荡电路
将前面的RC串并联网络作为选频网 络和反馈网络，结合放大电路可以构成 正弦波振荡电路：
当f
f
0时
，F＝1 3
A Au＝3
放大电路输入与输出同相，且放大倍数 的数值等于3（考虑到起振略大于3）。
（1）在负反馈放大电路中，电路引入负反馈（中频段），而在高频段或低频 段由于附加相移而产生自激振荡，但其输出幅度和频率均不可控，因此 不能作为正弦波信号源。
（2）在正弦波振荡电路中，电路本身引入正反馈，有选频网络对输出频率进 行选择，且有稳幅措施，因此输出幅度和振荡频率可控。
正弦波振荡电路方框图
X o X i
（2） 起振条件 为了在通电后输出信号有一个从小到大的过程，起
振条件为：
A F 1,
A F 2nπ
输出幅度的稳定 问题？
在电扰动作用下，选频网络对特定频率f0信号选频并形成正反馈：
电扰动
Xo
X
' i
|A F|1
X
o
X
' i
Xo
Xo
失真
稳幅措施：一般利用器件的非线性进行幅度的稳定。
稳幅思想： A F 1 随着输出信号增加 A A F 1
同轴电位器实现频率的 微调。
4. RC移相式振荡电路
RC移相电路 （1 ）RC超前移相电路
（2）RC滞后移相电路
C
C
C
+
++
uo R
R
R uf uo
－
－－
φA
+270°
+180°
+90°
0°
o
R
R
R
+
C
C
C uf
－
φA
o
0°
-90°
-180°
-270°
RC移相式振荡电路
在 f0 处 F 180 ,
常合二而一
4. 正弦波振荡电路的分析方法
① 是否存在主要组成部分（放大电路、正反馈网络、选频网络、稳 幅环节）；
② 放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否可能正 常传递；
③ 是否满足相位条件，即是否存在 f0 （用瞬时极性法）； ④ 是否满足幅值条件，即是否可能起振。
二. RC正弦波振荡电路
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 8.5 锁相环及其在信号转换电路中的应用
主要内容介绍
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）作为测试信号和控制信号。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，常常需要进行信号的转换（U－I、I－U、U－f等）。 本章将讲述有关波形发生与信号转换电路的相关知识。
① 正弦波振荡产生的条件、正弦波振荡电路的组成及分析方法； ② 三种类型的正弦波振荡电路：RC、LC和石英晶体振荡电路； ③ 电压比较器及其与放大电路的区别； ④ 矩形波、三角波和锯齿波发生电路； ⑤ 信号转换电路及锁相环。
8.1 正弦波振荡电路
一. 正弦波振荡的条件和电路的组成
1. 正弦波振荡的条件 正弦波振荡电路：无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号的电路。 与负反馈放大电路自激振荡的区别：
当Q 1时，0 1 ，谐振频率为： LC
f0
2
1 LC
Q 1 L
选频网络的损耗越小；谐振频率相同时，电容的容量越小，
R C 电感的数值越大，品质因数越大，选频特性越好。
考虑采用集成运放的同相比例运算电路。
电路特点： 同相比例运算电路的负
反馈网络的R1和Rf以及正反馈网络 串联的R、C和并联的R、C构成一 个电桥，故称为RC桥式正弦波振 荡电路。
参数计算：
1
振荡频率： f f0 2 RC
根据起振条件和幅值平衡条件：
稳幅措施：
A u
U U
o p
1
Rf R1
3 Rf
A X i X f
FX
o
X o
A FX o
A F
1
振荡条件：A F
1
A F
1
幅值平衡条件
A F 2nπ 相位平衡条件
振荡产生条件 动画演示
问题
满足幅值和相位平衡条件电路是否就能自行产生振荡呢？
2. 正弦波振荡电路的起振与稳幅 （1） 他激振荡
不加输入信号，如 何产生输出？
结论：满足幅值和相位平衡条件电路不能自行产生振荡，只能维持振荡。
1. RC串并联选频网络
低频段： f 0，U f 0，f 90
高频段： f ，U f 0，f 90
结
论
：在
频
率从
0
必
定存
在
一
个频
率
f
，使
0
f
0。
分析计算
F
U f U o
R
R∥ 1
j C
1 ＋R ∥ 1
1
3 j( RC
1)
j C
j C
RC
1
3 j( f f0 f0 f )
(
2f
只有当信号频率f＝f0时，网络呈纯阻性，且阻 抗无穷大，产生谐振。
实际LC并联网络总存在损耗，将各种损耗等效 为电阻R，则考虑损耗时的网络如图所示：
分析计算：
Y
jc
1
R jL
R2
R
L2
jC
R2
L
L
2
令虚部为零，可得谐振角频率：
0
1
1
R 0L
2
1 LC
1
1
1 Q2
LC
Q 0L 品质因数 R
A 180
满足相位条件：
A F 0
R2
C
C
C
R1
+
－∞
A +
+
uo
R
R
R 0 uf
－
R/
R Baidu Nhomakorabea R 0// R 1
f0 2
1
6RC
三. LC正弦波振荡电路
1. LC谐振回路的频率特性
理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，
谐振频率f0
2
π
1 LC
当信号频率较低时，电容的容抗很大，网络呈感 性；
当信号频率较高时，电感的感抗很大，网络呈容 性；
2R1
R1采用正温度系数的热敏电阻或Rf采用负温度系数的热敏电阻。
U o I R1 PR1 T R1 Au U o
仿真演示
3. 振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路
振荡频率：
f
f0
1
2 RC
调节选频网络中R、C的值，可以进行频率 的调节。
双层波段开关接不同电 容，作为振荡频率的粗调；
起振过程： 仿真演示
Xo AF > 1
Xo
F
AF < 1 A
AF = 1
o
Xi (Xf)
3. 正弦波振荡电路的组成及分类
组成： 1）放大电路：放大作用 2）正反馈网络：满足相位条件 3） 选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡 4）非线性环节（稳幅环节）：稳幅
分类：
1） RC正弦波振荡电路：几百kHz以下 2）LC正弦波振荡电路：几百kHz～几百MHz 3）石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定