波形的发生和信号的转换8.1RC正弦波振荡电路.ppt

8 - 1 - 1 信息学院基础电子教研室信息学院基础电子教研室 模拟电子技 术基础课件 8 -1- 2 第七章内容总结 一、比例运算电路 1、反相 比例运算电路 2、同相 比例运算电路 8 -1- 3 二. 加减运算电路 保证输入端的对称性 1、反相求和运算电路 8 -1- 4 如果 Rp =RN 2. 同相求和运算电路 8 -1- 5 当 时 3、加减运算电路 8 -1- 6 三、积分运算电路如图所示 + uC - 在 t1 t2 的时间段内， 8 -1- 7 四、微分运算电路 + uc - 如果uI 为常数，uO =0 如果uI 为正弦信号，uO 为正弦信号且滞后90。 如果uI 为三角波，uO 为方波。 + uc - 如果uI 为方波，uO 为脉冲信号。 8 - 1 - 8 8.1 正弦波振荡电路 8.2 电压比较器 第8章 波形的发生和 信号的转换 8 - 1 - 9 第8章 波形的发生和信号的转换 在电子电路中,我们常常需要各种各样的波形信号作为测 试信号或控制信号等,产生各种信号的电路为振荡电路 。 振荡电路：在没有外加输入信号的情况下， 依靠电路自身振荡而产生输出信号的电路为振荡 电路。 如果产生的信号为正弦信号,则电路为正弦波振荡电路。 如果产生的信号为脉冲信号,则电路为脉冲波振荡电路。 产生的信号不同，对应的振荡电路也不同。 8 - 1 - 10 正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下 ，依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。 8.1.1 概述 一、产生正弦波振荡的条件 8.1 正弦波振荡电路 UO= A Ui 作为放大电路当有Ui 时，则有UO= A Ui。 UO经F 后，产 生Uf = F UO 信 号 源 Uf 1 2 3 Uo 8 - 1 - 11 如果Uf = Ui 大小相等 相位相同 反馈回来的信号Uf 可以取 代Ui -电路引入正反馈。 输入端的开关由1转换到2 ，23相连,此时电路不 再有外加的输入信号，电路本身产生的信号就能保证输 出端有UO 信号，这就形成了基本振荡电路。 信 号 源 Uf 1 2 3 Uo 根据以上 的推导: 8 - 1 - 12 产生正弦波振荡的平衡条件: 幅值平衡条件 (n为整数) 相位平衡条件 要使为 实数，相位条件必须满足 8 - 1 - 13 为保证电路工作就可以产生Uo，电路刚刚开始工作时 ，需要一个初始信号（往往为电扰动或噪音等，如开关 闭合产生，其中含有各种频率、不同幅值的正弦信号， 而且一定会有一个频率信号满足相位条件，实际振荡电 路中无初始信号），初始信号幅值往往比较小，如果希 望信号能够达到足够大。 电路的起振条件。则要求 同时 由于晶体管的非线性，当UO 达到一定程度以后， 放大倍数 A 下降，最终使电路达到动态平衡， 8 - 1 - 14 电路产生正弦波振荡的条件 8 - 1 - 15 二、正弦波振荡电路的组成及分类 P404 正弦波振荡电路除满足以上振荡条 件包含放大电路、反馈网络（正反馈 ）以外，正弦波信号是具有一定频率、 按正弦规律变化的信号，要想产生正弦 波信号，电路中还要有选频网络。 1、电路的组成 8 - 1 - 16 （1）放大电路：保证电路能够从起振到动态平 衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量。 电 路 组 成 在很多实用电路中，常将选频网络和正反馈网络 合二为一；对分立元件放大电路，不再加稳幅环节， 依靠晶体管特性的非线性来起到稳幅作用。 （2）选频网络：确定电路的振荡频率，保 证电路产生正弦波振荡。 （3）正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输 入信号等于反馈信号。 （4）稳幅环节：也就是非线性环节，作用是使 输出信号幅值稳定。 8 - 1 - 17 正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来命名 分 类 RC正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路 石英晶体正弦波振荡电路 2、分类 8 - 1 - 18 三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法 和步骤 P404 （1）观察电路的组成：是否包含了放大电路 、 选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成 部分。 （2）判断放大电路的工作情况： 是否有合适的静态工作点； 动态信号是否能正常放大。 8 - 1 - 19 （3）利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波 振荡的相位条件判断反馈网络的反馈极性。 具体方法：从放大电路的 输入端断开反馈，假定放 大电路输入信号Ui并设瞬时 极性，Ui A F Uf ,确 定Uf 的极性 。 如果 Uf 、 Ui 极性相同，则为正反馈，具备振荡条件。 Uf 、 Ui 极性相反，则为负反馈，不具备振荡条件。 8 - 1 - 20 （4）判断电路是否满足幅值条件，即是否满足 起振条件：在相位条件满足的情况下，求解电 路中的A、F 。 如果 电路可以振荡。 电路不可以振荡。 一般情况，只要满足相位条件， 较易实现。 8 - 1 - 21 一、 RC串并联选频网络 8.1.2 RC正弦波振荡电路 RC正弦波振荡电路多种多样，但仅介绍RC桥 式正弦波振荡电路，又为文氏桥式振荡电路。 输 入 电 压 输 出 电 压 R、C 可以相等，也可以不等 。通常情况下 R1=R2=R,C1=C2=C 在正弦波振荡电路中，即为 选频网络 ，又为正反馈网络。 选频网络 正反馈网络 构成 8 - 1 - 22 信号频率足够低时， 电路为： 8 - 1 - 23 信号频率足够高时， 电路为： 8 - 1 - 24 信号f 足够高 信号f足够低 8 - 1 - 25 在信号频率由低 高变化时，Uf 与UO的相位差的 变化范围为 ，其中必有一个f = f0,使Uf 与UO 同相位。（F 为实数） f0具体为多少？ 8 - 1 - 26 如果令：则有： 电路固有频率 又为振荡频率 8 - 1 - 27 幅频特性 相频特性 8 - 1 - 28 当 f = f0 , 时， 且F 为实数，网络呈电阻性质. 8 - 1 - 29 当信号频率从零逐渐变化到无穷大时,存在 频率 f0 ,当 f = f0 时,Uf 与UO 同相即:f=0。 当 f = f0 时 要求掌握结论 8 - 1 - 30 二、 RC桥式正弦波振荡电路 振荡电路 满足条件 平衡条件： 起振条件： 利用RC串、并联选频网络，又为正反馈网络 ， 如果 f = f0 , 且 时。 结合相应的放大电路就可以构成RC桥式正弦波 振荡电路。 振荡电路的振荡条件 8 - 1 - 31 选用与之相对应满足振荡电路条件的放大电路与 RC串、并联选频网络。即可组成正弦波振荡电路，而 且放大电路 |A| 3 (因为|AF|1，Fmax=1/3)。 即放大电路满足： 幅值条件|A| 3； 相位条件 实际工作中，所选用的放大电路往往要求，Ri尽可 能大，RO尽可能小，以减小放大电路对选频特性的影 响，使振荡频率 f0几乎取决于选频网络。所以根据以 上的要求，放大电路常常引入电压串联负反馈。 8 - 1 - 32 + Uf - 利用RC串、并联选频网络， 当f=f0时， 。 要满足 只要满足即可 而电路中 Ui、Uf 同相位已满足，所以电路构成了正弦波振荡电路。 放大电路 选频网络、 正反馈网络 8 - 1 - 33 三、稳幅环节：通常情况下，集成运放输入、输出具有 良好的线性关系，要想利用元件的非线性实现稳幅，只 要将Rf 或 R1 换成热敏电阻，当温度变化时， Rf 或 R1的 阻值随温度发生变化。（也可用二极管作为非线性环节）。 起振时：使UO IO tC Rf Au 经过一段时间以后，最后 达到动态平衡。 总之，RC串、并联选频网络，当 时。 即放大电路A 3且引入正反 馈。电路就可以产生正弦波振荡。 8 - 1 - 34 四、 振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路 P408-409 因为 f0可调，只有改变R 或C .如图。 R 可以用Rw变位器 代替常用于细调 。 C 采用分档电容 常用于粗调。 实现 fo 的调整 8 - 1 - 35 例如：由集成电路 组成的振荡电路。 同相比例 运算放大 电路 RC串、并 联选频网 络、反馈 网络。 + Uf - 解：据正弦波振荡 电路的判断方法与 步骤： 1）电路组成； 2）电路工作情况； 3）UP 作为输入信号，利用瞬时极性法判断相位关系。 断开放大电路输入端与反馈网络的连接，设UP为+， 经A F Uf为+，确定电路引入正反馈，满足相位条 件。 8 - 1 - 36 内容概述 一、产生正弦波振荡的条件 平衡条件： 起振条件： 8 - 1 - 37 二、 RC串并联选频网络 输 入 电 压 输 出 电 压 当 f = f0 时 8