正弦波振荡电路-2
第8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,华成英第四版,本章重点和考点：,1. 重点掌握RC桥式正弦波振荡电路的组成、工作原理、振荡频率和起振条件。,2. 掌握单限、滞回、双限电压比较器的特点及用途。理解电压比较器电压传输特性的分析方法。,4.了解利用集成运放实现的信号转换电路。,3.理解由集成运放构成的矩形波、三角波和锯齿波发生电路的振荡原理及影响振荡频率和振荡幅值的因素。,华成英第四版,8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,放大电路,反馈网络,如果反馈电压 uf 与原输入信号 ui 完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号自激振荡。(电路要引入正反馈),图8.1.2 正弦波振荡电路的方框图,一、产生正弦波振荡的条件,由此知放大电路产生自激振荡的条件是：,即：,所以产生正弦波振荡的条件是：,幅值平衡条件,相位平衡条件,电路起振的条件：,二、正弦波振荡电路的组成及分类,组成：,放大电路：集成运放,选频网络：确定电路的振荡频率,反馈网络：引入正反馈,稳幅环节：非线性环节，使输出信号幅值稳定,分类：,RC正弦波振荡电路，频率较低，在1MHz以下。,LC正弦波振荡电路，频率较高，在1MHz以上。,石英晶体振荡电路，频率较高，振荡频率非常稳定。,三、判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤,1. 检查电路是否具备正弦波振荡的四个组成部分；,2. 检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正 常工作；,3. 分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件；,判断相位平衡条件的方法是： 瞬时极性法。,5. 估算振荡频率和起振条件。,4. 判断是否满足幅值平衡条件；,8.1.2 RC 正弦波振荡电路,RC串并联网络振荡电路也称RC桥式正弦波振荡电路或称文氏桥振荡电路(Wien),电路组成：,放大电路 集成运放 A ；,选频与正反馈网络 R、C 串并联电路；,稳幅环节 RF 与 R 组成的负反馈电路。,图 8.1.4,一、RC 串并联选频网络,Z1,Z2,取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ，令,则：,得 RC 串并联电路的幅频特性为：,相频特性为：,F = 0°,1/3,+90º,-90º,二、振荡频率与起振条件,1. 振荡频率,2. 起振条件,f = f0 时，,由振荡条件知：,所以起振条件为：,同相比例运放的电压放大倍数为,即要求：,三、振荡电路中的负反馈(稳幅环节),引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。,反馈系数,改变 RF，可改变反馈深度。增加负反馈深度，并且满足,则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。,反馈电阻 RF采用负温度系数的热敏电阻，,R采用正温度系数的热敏电阻，均可实现自动稳幅。,稳幅的其它措施：,电流增大时，二极管动态电阻减小。电流减小时，动态电阻增大，加大非线性环节，从而使输出电压稳定。,在RF回路中串联两个并联的二极管。,四、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路,用双层波段开关接不同电容，作为振荡频率f0的粗调；,用同轴电位器实现f0的微调。,RC串、并联网络中，如何调节频率？,问题：如何提高频率？,图8.1.9 振荡频率连续可调的RC串并联选频网络,可调范围：几赫兹到几百千赫兹。,8.1.3 LC 正弦波振荡电路,一、LC 谐振回路的频率特性,当频率变化时，并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。,并联电路的导纳：,当,电路发生并联谐振。,图8.1.10 考虑电路损耗时的LC并联网络,并联谐振角频率：,令：,谐振回路的品质因数,当 Q 1 时,谐振频率：,不同 Q 值时，LC 并联电路的幅频特性：,Z01,Z02,Q1 Q2,Q1,Q2,相频特性：,Q1,Q2,Q1 Q2,感性,纯阻,容性,结论：,1. 当 f = f0 时，电路为纯电阻性，等效阻抗最大；当 f f0 时，电路为容性。所以 LC 并联电路具有选频特性。,2. 电路的品质因数Q愈大，选频特性愈好。,图8.1.11 LC并联网络电抗的频率特性,若以LC并联网络作为共射放大电路的集电极负载,当 f = f0 时，电压放大倍数的数值最大，且无附加相移。因而电路称为选频放大电路。,若增加正反馈，并用反馈电压取代输入电压，则电路就成为正弦波振荡电路。,LC 正弦波振荡电路,变压器反馈式 电感反馈式 电容反馈式,图8.1.12 选频放大电路,二、变压器反馈式振荡电路,1.工作原理,用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。,2.振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,图 8.1.14 变压器反馈式 振荡电路,三、电感反馈式振荡电路,1.电路组成,用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。,2.振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,图 8.1.17 电感反馈式振荡电路,四、电容反馈式振荡电路,1.电路组成,用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。,2.振荡频率和起振条件,振荡频率,起振条件,图 8.1.20 电容反馈式振荡电路,电容反馈式改进型振荡电路,振荡频率,选择 C C1， C C2，,则：,减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于产生高频振荡。,图 8.1.22,若要求电容反馈式振荡电路的振荡频率高达100MHz，怎么办？,采用共基放大电路,如何分析？,各种 LC 振荡电路的比较,8.1.4 石英晶体振荡器,石英晶体谐振器，简称石英晶体，具有非常稳定的固有频率。,一、石英晶体的特点,压电效应：在石英晶片的两极加交变电场时，晶片将产生一定频率的机械变形；而这种机械振动又会产生交变电场。这种物理现象称为压电效应。,压电振荡：晶片上外加交变电场的频率为某一特定频率时，振幅突然增大，产生共振，称之为压电振荡。,1.压电效应和压电振荡,2. 等效电路和振荡频率,符号,串联谐振频率,并联谐振频率,fs,fp,容性,容性,感性,图 8.1.27 石英晶体的等效电路及符号,图 8.1.28 电抗频率特性,二、石英晶体正弦波振荡电路,1. 并联型石英晶体正弦波振荡电路,交流等效电路,振荡频率,由于,2. 串联型石英晶体振荡电路,当振荡频率等于fs 时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。,振荡频率,调节 R 可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。,图 8.1.30 串联型石英晶体振荡电路,
