模拟电子技术教学指南与习题解答第08章080729
22页1、第 8 章 信号产生电路本章基本内容、教学要点及能力培养目标本章主要介绍了正弦波振荡电路和非正弦波振荡电路。正弦波振荡电路主要讲述了振荡电路的组成和工作原理、起振条件和平衡条件; RC、LC 和石英晶体振荡电路以及分析方法。非正弦波振荡电路讲述了电压比较器、 方波发生器和集成函数发生器的电路原理和分析方法。学习本章之后,要求要了解正弦波振荡电路的组成和工作原理,掌握振荡电路的平衡条件和起振条件,了解非正弦波信号产生电路的组成和工作原理。要能独立地设计、安装、测试制作一简单的信号发生器。本章要讨论的问题 怎样组成正弦波振荡电路,它必须包含哪些部分? 为什么正弦波振荡电路中要有选频网络?选频网络可有哪些元件组成? 正弦波振荡电路产生振荡的条件是什么?如何判断一个振荡电路是否是正弦波振荡电路? 石英晶体谐振器阻抗特性有何特点? 为什么在并联型晶体振荡电路中, 石英晶体作为一个电感元件使用?若将石英晶体作为一个电容使用行不行? 非正弦波产生电路的组成与正弦波振荡电路有什么不同? 电压比较器有何特点?与放大电路有什么不同? 集成运放在电压比较器电路和运算电路中的工作状态一样吗?如何判断电路中的集
2、成运放的工作状态?8.1 正弦波振荡电路重点内容1、正弦波振荡电路的组成和工作原理;2、正弦波振荡电路的振幅平衡条件、相位平衡条件和起振条件;3、RC 振荡电路;4、LC 振荡电路;5、自激振荡的判断、改错和振荡频率的估算。难点内容1、RC 振荡电路的组成、工作原理和起振条件的分析计算;2、LC 振荡电路的组成、工作原理、振荡频率的估算和电路是否可能产生自激振荡的判181断及改错。课堂提问和讨论解答T8.1.1 正弦波振荡电路由哪几部分组成 ?各部分的作用是什么 ?产生正弦波振荡的条件是什么 ?解答 :正弦波振荡电路一般由以下几个基本组成部分:(1)放大电路。没有放大,不可能产生正弦波振荡。放大电路不仅必须有供给能量的电源,而且应当结构合理,静态工作点正确,以保证放大电路具有放大作用。(2)反馈网络。它的主要作用是形成反馈(主要是正反馈) ,以满足相位平衡条件。(3)选频网络。它的主要作用是只让单一频率信号满足振荡条件,以产生单一频率的正弦波。选频网络所确定的频率一般就是正弦波振荡电路的振荡频率 fo。在很多正弦波振荡电路中, 选频网络与反馈网络合在一起, 即同一个网络既有选频作用,又
3、起反馈作用。(4)为了使振荡幅值稳定且波形较好,还需要有稳幅环节。正弦波振荡电路由放大器和反馈网络等组成, 其电路原理图如图 8.1.1 所示。 假如开关 S处于位置 1,即在放大器的输入端输入一正弦波电压信号V ,此信号经放大器放大后产生输i出信号V ,而Vo 又作为反馈网络的输入信号,在反馈网络输出端产生反馈信号 Vf 。如果 Vfo和原来的输入信号V 大小相等且相位相同,假如这时去除外加信号并将开关 S 接至 2 端,由i放大器和反馈网络组成一闭环系统,在没有外加输入信号的情况下,输出端可维持一定频率和幅度的信号V 输出,从而实现了自激振荡。o为使振荡电路的输出为一个固定频率的正弦波,要求自激振荡只能在一个频率上产生,而在其他频率上不能产生,因此图 8.1.1 所示的闭环系统内,必须含有选频网络,使得只有选频网络中心频率上的信号才满足V 和fV 相同的条件而产生的自i激振荡,其他频率的信号不满足V 和fV 相同的条件i图 8.1.1 反馈振荡电路原理框图而不能产生振荡。选频网络可以包含在放大器内,也可在反馈网络内。如上所述,反馈振荡电路是一个将反馈信号作为输入电压来维持一定输出电
4、压的闭环正反馈系统,实际上它是不需外加信号激发就可以产生输出信号的。振荡环路内存在的微弱的电扰动(如接通电源间在电路中产生很窄的脉冲,放大器内部的热噪声等) ,都可作为放大器的初始输入信号。由于很窄的脉冲内具有十分丰富的频率分量,经选频网络选频,使得只有某一频率的信号能反馈到放大器的输入端,而其他频率的信号被抑制。这一频率分量的信号经放大后,又通过反馈网络回送到输入端,且信号幅度比前一瞬时要大,再经过放大、反馈,使回送到输入端的信号幅度进一步增大,最后将使放大器进入非线性工作区,放大器的增益下降,振荡电路输出幅度越大,增益下降也越多,最后当反馈电压正好等于原输入电压时,振荡幅度不再增大从而进入平衡状态。182正弦波振荡电路是否能产生振荡的平衡条件和起振条件(1)振荡的平衡条件当反馈信号V 等于放大器的输入信号fV时,振荡电路的输出电压不再发生变化,这时电i路达到平衡状态,因此将V V 称为振荡的平衡条件。需要强调的是这里的f iV 和fV 都是复i数,所以两者相等是指大小相等而且相位也相同。根据图8.1.1 可知正弦波振荡的平衡条件为Av F Av Fv (va f ) 1式中A 、v
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