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1、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,8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,8.1.2 RC正弦波振荡电路,8.1.3 LC正弦波振荡电路, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,问题的提出,1、正弦波的作用（测试信号与控制输入）？ 2、如何产生（自激振荡）？ 3、自激振荡的条件？ 4、正弦振荡电路有哪些类型？工作原理如何？ 5、分析方法（振荡频率的计算）？, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,基础知识：周期振荡信号的应用,正弦波：发射/接收电路中调制/解调、摆动扫描控制、放大电路测试（Au）、滤波器性能测试（频率扫描） 三角波：扫描控制（
2、电视行扫，场扫描） 方 波：开关控制（电子开关/PWM） 其它波形： 本质：周期振荡信号（f/T） 相互联系/转换, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,正弦波振荡电路： 在没有外加输入信号的情况下，依靠电路的自激振荡就能产生稳定输出、有一定幅度和频率正弦波的电路。,只有正反馈电路才能产生自激振荡。,特点： 信号频率单一的周期信号。,电路： 正反馈。, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,回顾：,负反馈放大电路框图：,反馈深度：,反映了反馈程度的强弱,负反馈,无反馈,深度负反馈, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,回顾：,负反馈放大电路框图：,反馈深度：,反映了反馈程度的强
3、弱,正反馈,电路中没有输入信号时，也会有输出信号，电路产生了自激振荡,自激振荡平衡条件：, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,根据正反馈放大器方框图，可以得到：,在此条件下，放大器无需输入即可得到输出。因为反馈量充当了输入量，而输入量导致了输出量，输出量则产生了反馈量。如果电路中只可能有一个频率满足此条件，则电路只会在此频率下形成“自激”，即形成正弦波振荡,一、产生正弦波振荡的条件,振荡条件：, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,对正弦稳态电路来说，有（正弦波振荡的平衡条件）,即 幅度条件:环路增益等于1 相位条件:环路相移为2n,一、产生正弦波振荡的条件,电路的起振条件：,
4、8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,等幅振荡,增幅振荡,减幅振荡,一、产生正弦波振荡的条件, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述, 关于初始扰动问题,没有初始扰动按说振荡器是不可能起振的。但是，初始扰动并不需要人为给定，而自然会产生 下面各种因素都会导致初始扰动的发生：通电时的电流冲击、电路中器件的噪声、外界电磁波的干扰等。 初始扰动的波形是任意的、随机的，但是，其波形中往往含有及其广泛的频谱分量，其中就含有振荡频率的分量，这个频率分量会导致振荡器起振过程中的增幅振荡，而其它的频率分量则会被反馈网络中或放大环节中的滤波器滤除 对于初始扰动，无论其幅度多么微弱，只要存在，就一定能使振
5、荡器起振,一、产生正弦波振荡的条件, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,起振过程,起振后要稳幅,一、产生正弦波振荡的条件,利用放大器自身的非线性进行稳幅 外加稳幅电路, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,当振荡幅度不断增大时，放大器的限幅作用开始体现，此时放大器的输出幅度将不再随着输入信号幅度的增大而增大，而是维持一定的幅度不变，则放大器的增益开始下降，从而使得振荡器,当振荡器依靠放大器自身的非线性从起振状态（AF1）过渡到平衡状态（AF=1）稳幅，必然带来输出正弦波的失真。,一、产生正弦波振荡的条件, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,外稳幅,当起振过程中输出幅度逐渐
6、增大时，设法使得放大器的增益随着输出幅度的增大而降低，但是又不进入非线性区域，采用下面的外稳幅措施,外稳幅的优点是输出波形的非线性失真小,一、产生正弦波振荡的条件, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,放大电路：合理的Q点，足够的增益 反馈网络：正反馈 选频网络：只有一个频率满足振荡条件 稳幅环节：幅值稳定，波形良好,实用电路中常将选频网络与正反馈网络合二为一 分立元件放大电路一般依靠BJT的非线性稳幅(自稳幅)（不外加稳幅环节）,二、正弦波振荡电路的组成及分类,正弦振荡电路的组成, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,正弦振荡电路的分类 分类方法：按选频网络所用的元件 RC正弦波
7、振荡电路 LC正弦波振荡电路 石英晶体正弦波振荡电路,二、正弦波振荡电路的组成及分类, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.1 概述,（1）电路是否包含放大、选频、正反馈和稳幅四个组成部分。 （2）判断放大电路是否正常工作（静态工作点/动态放大）。 （3）是否满足正反馈相位条件瞬时极性法。（断开反馈，给放大电路加输入电压Ui并给定瞬时极性；据此判断Uo极性、 Uf极性；若Uf与Ui极性相同，则满足相位条件，电路有可能产生正弦波振荡） （4）是否满足起振条件。AF略大于1。（分别求解电路的A和F，然后判断AF）,三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤,以上条件，缺一不可。, 8.1 正弦波振
8、荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,一、RC串并联选频网络频率特性,RC串并联选频网络： 由电阻R1与电容C1串联、电阻R2与电容C2并联组成。 通常R1 = R2 = R， C1 = C2 = C 既为选频网络又为正反馈网络, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,（一）定性分析,1、当信号的频率很低时,R1,R2,一、RC串并联选频网络频率特性,其低频等效电路,RC高通电路, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,（一）定性分析,1、当信号的频率很低时,其频率特性为：,一、RC串并联选频网络频率特性,当=0时， uf =0，F=0 =+90,当时，
9、uf ，F ,0,|F|,0,F,90,Uf超前Uo, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,（一）定性分析,2、当信号的频率很高时,R1,R2,一、RC串并联选频网络频率特性,其高频等效电路,RC低通电路, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,（一）定性分析,2、当信号的频率很高时,其频率特性为：,一、RC串并联选频网络频率特性,当=时， uf =0，F=0 =-90,当时， uf ，F ,0,|F|,0,F,-90,Uf滞后Uo, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,（一）定性分析,一、RC串并联选频网络频率特性,0=？ Fmax=
10、？,由以上分析知：一定有一个频率0存在 当=0时，F最大，且 =0 Uf与Uo同相,0,|F|,0,F,90,0,|F|,0,F,-90, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,（二）定量分析,一、RC串并联选频网络频率特性,R1C1 串联阻抗：,R2C2 并联阻抗：,选频特性：, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,（二）定量分析,一、RC串并联选频网络频率特性,通常，取R1R2R，C1C2C，则有：,令,可见：当 时， F最大，且 =0,Fmax=1/3, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,（二）定量分析,一、RC串并联选频网络频
11、率特性,RC串并联网络完整的频率特性曲线：,F= Fmax=1/3,Uf与Uo同相, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,二、RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥正弦波振荡电路）,放大环节 集成运放构成的同相比例放大,选频网络 RC串并联选频网络,组成结构：,正反馈环节 RC串并联选频网络，连接到运放同相输入端，充当放大环节的输入,稳幅环节 无外稳幅，自稳幅，失真较大,Wien-Bridge Oscillator, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,二、RC桥式正弦波振荡电路,放大环节： 同相比例放大,选频网络： RC串并联选频网络, 8.1 正弦波振荡电路
12、,8.1.2 RC正弦波振荡电路,二、RC桥式正弦波振荡电路,放大环节：同相比例放大,由选频网络特性知，选择,则满足正弦波振荡的平衡条件, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,二、RC桥式正弦波振荡电路,略大于3,要满足起振条件：,AF 略大于1-增幅振荡,R=1k，C=0.1F，R1=10k，Rf为多大时才能起振？振荡频率f0=？,减小失真，采用外部稳幅环节,1、采用热敏电阻 2、利用二极管非线性, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,二、RC桥式正弦波振荡电路,起振时Rt较大使A3，易起振，当uo幅度自激增长时，电流增加，温度升高，Rt减小，A 减小 当uo幅度达某一值时，A3，当uo进一步增大时，Rt再减小，使A3 因此uo幅度自动稳定于某一幅值,正温特性热敏电阻R1 负温特性热敏电阻Rf,采用外部稳幅环节热敏电阻稳幅, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波振荡电路,二、RC桥式正弦波振荡电路,将Rf 分为Rf1和Rf2 Rf2并联二极管,起振时D1、D2不导通，Rf1+Rf2略大于2R1。随着uo的增加， D1、D2逐渐导通，随着导通加剧，动态电阻减小，Rf减小，A自动下降，起到稳幅作用,采用外部稳幅环节二极管非线性稳幅, 8.1 正弦波振荡电路,8.1.2 RC正弦波
