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1、(4-1),第七章 信号的产生与处理电路,7.1 正弦波振荡电路,7.4 有源滤波电路,7.2 电压比较电路,7.3 非正弦波产生电路,2,7.1.1 自激振荡及其产生条件,7.1.4 LC 振荡电路,7.1.3 RC 振荡电路,7.1.2 振荡电路的组成,7.1正弦波振荡电路,3,正弦波振荡电路的作用,用来产生一定频率和幅度的正弦交流电。,正弦波振荡信号的频率范围：一赫以下至几百兆赫。,正弦波振荡电路输出的交流电能是从电源的直流电能转化而来。输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦。,概述,4,正弦波振荡电路的应用,1. 作为信号源，广泛用于量测、自动控制、通讯、广播电视及遥控等方面。,2. 作为高频
2、能源，用于高频感应加热、冶炼、淬火以及超声波焊接等工业加工方面。,常用的正弦波振荡电路,1. RC 振荡电路（输出功率较小，频率较低）,2. LC 振荡电路（输出功率较大，频率较高）,5,产生自激振荡的条件,开环电压放大倍数,反馈系数,开关由1拨向2，反馈电压代替输入电压，,将产生输出电压，即电路发生自激振荡。,6,因此，振荡电路自激振荡的条件是：,（1）幅度条件：,（2）相位条件：,反馈信号振幅应等于输入信号振幅。,反馈信号相位应于输入信号同相。,7,起振条件,上式为幅度平衡条件，是指振荡电路已进入稳幅振荡。,振荡电路要能自行起振，在起振时应满足：,起振条件：,8,自激振荡的条件：,因为：,
3、所以，自激振荡条件也可以写成：,（1）振幅条件：,（2）相位条件：,n是整数,相位条件意味着振荡电路必须是正反馈； 振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。,9,问题1：如何起振？,Uo 是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。,放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。,选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：,|AF|1，且A+ B =2n，即可起振。,10,问题2：如何稳幅？,起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。,达到需要的幅值后，
4、将参数调整为AF=1，即可稳幅。,具体方法将在后面具体电路中介绍。,起振并能稳定振荡的条件：,11,振荡建立过程,(ui1为初始电冲击),12,7. 1.2 正弦波振荡电路的组成,通常一个完整的正弦波振荡器由以下四个部分组成：,放大环节,反馈环节,选频环节,稳幅环节,13,1. 放大环节,2. 反馈环节,3. 选频环节,4. 稳幅环节,保证放大电路能正常放大，以满足幅度条件。,保证反馈为正反馈，以满足相位条件。,保证输出单一频率的正弦波。,保证输出正弦信号幅度的稳定。,14,正弦波振荡电路的分析方法,1. 检查放大电路能否正常放大,2. 检查反馈是否为正反馈 -用瞬时极性法,3. 检查是否有选
5、频电路,4. 检查是否有稳幅电路,瞬时极性法：断开反馈电路至放大电路输入端；在放大电路输入端加输入信号，检查经放大电路和反馈电路后得到的反馈电压信号瞬时极性与所加信号是否相同。,15,断开反馈电路至放大电路输入端；在放大电路输入端加输入信号，检查经放大电路和反馈电路后得到的反馈电压信号瞬时极性与所加信号是否相同。,瞬时极性法,瞬时极性相同：正反馈,瞬时极性相反：负反馈,7.1.3 RC振荡电路,RC选频网络 正反馈网络,同相比例电路,放大信号,用正反馈信号uf 作为输入信号,选出单一频率的信号,1. 电路结构,用瞬时极性法判断反馈的极性,判断结果：,正反馈，满足振荡的相位条件。,2. RC串并
6、联选频网络的选频特性,传输系数：,式中 ：,20,选频电路,RC选频电路,当R1=R2=R，C1=C2=C时,时,U2与 U1同相、 U2幅值达到最大，且有：,3. 工作原理,输出电压 uo 经正反馈（兼选频）网络分压后，取uf 作为同相比例电路的输入信号 ui 。,(1) 起振过程,(2) 稳定振荡,A = 0，仅在 f 0处 F = 0 满足相位平衡条件，所以振荡频率 f 0= 1 2RC。,改变R、C可改变振荡频率,RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。,(3) 振荡频率 振荡频率由相位平衡条件决定。,振荡频率的调整,改变开关K的位置可改变选频网络的电阻，实现频率粗调； 改变电容
7、C 的大小可实现频率的细调。,振荡频率,（4）起振及稳定振荡的条件,稳定振荡条件AuF = 1 ，| F |= 1/ 3，则,起振条件AuF 1 ，因为 | F |=1/ 3，则,考虑到起振条件AuF 1, 一般应选取 RF 略大2R1。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重失真。,由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅，而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。,带稳幅环节的电路(1),热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可自动稳幅。,在起振时，由于 uO 很 小，流过RF的电流也很小， 于是发热少，阻值高，使 RF 2R1；即AuF1。 随着振荡幅度
8、的不断加强， uO增大，流过RF 的电流也 增大，RF受热而降低其阻 值，使得Au下降，直到RF=2 R1时，稳定于AuF=1， 振荡稳定。,半导体 热敏电阻,带稳幅环节的电路(1),热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。,半导体 热敏电阻,稳幅过程：,带稳幅环节的电路(2),振荡幅度较小时 正向电阻大,振荡幅度较大时 正向电阻小,利用二极管的正向伏安特性的非线性自动稳幅。,稳幅环节,带稳幅环节的电路（2）,图示电路中，RF 分为两部分。在RF1上正反并联两个二极管，它们在输出电压uO 的正负半周内分别导通。在起振之初，由 于 uo 幅值很小，尚不足以使二极管导通， 正向二极管近
9、于开路 此时， RF 2 R1。而,后，随着振荡幅度的增大，正向二极管导通，其正向 电阻逐渐减小，直到RF=2 R1，振荡稳定。,RC移相式正弦波振荡电路,所以: a + f = 360或0,RC移相式正弦波振荡电路,图中每节RC电路都是相位超前电路，相位移最多不超过90,现在图中有3节RC移相网络，其最大相移可接近270,因此，有可能在特定频率下移相180,即 f = 180,又，放大器为反相比例电路,a = 180,显然，这时只要适当调节Rf数值，使增益AV适当，就可同时满足相位平衡和振幅平衡条件，产生正弦振荡。,振荡频率,30,三、用分立元件组成的RC振荡器,RC网络正反馈，RF、RE1
10、组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。,31,7.1.4 LC 振荡电路,1 .变压器反馈式振荡电路,2 .三点式振荡电路,LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分立元件组成放大电路。本节只对 LC振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。,32,LC选频电路,当,时，,U 与I 同相，LC并联阻抗达到最大。,谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！,判断结果：,正反馈，满足相位条件。,1、变压器反馈式LC振荡电路,35,变压器反馈式 LC正弦波振荡电路, 电路组成,LC并联回路作为共发射极放大电路三极管的集电极负
11、载，起选频作用,由变压器副边绕组N2上的电压作为反馈信号, 用瞬时极性法分析振荡相位条件, 放大电路:, 反馈网络:, 选频网络:,三极管共发射极放大电路, 振荡电路的幅值条件,只要变压器变比和三极管选择适当，一般容易起振。, 振幅的稳定是利用放大器件的非线性来实现的,(a)发射极调谐电路 (b)基极调谐电路 变压器反馈式LC振荡器,振荡回路接在发射极，称为发射极调谐变压器反馈式LC振荡器。,振荡回路接在基极，称为基极调谐变压器反馈式LC振荡器。,放大电路:共基极,放大电路:共发射极,在调节变压器反馈式振荡电路中，试解释下列现象： （1）对调反馈线圈的两个接头后就能起振； （2）调RB1、 R
12、B2或 RE的阻值后即可起振； （3）改用较大的晶体管后就能起振； （4）适当增加反馈线圈的圈数后就能起振； （5）适当增加L值或减小C值后就能起振； （6）反馈太强，波形变坏； （7）调整RB1、 RB2或 RE的阻值后可使波形变好； （8）负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能 起振。,例1：,解:,(2) 调RB1、RB2或 RE的阻 值后即可起振；,原反馈线圈接反，对调两个接头后满足相位条件；,(1) 对调反馈线圈的两个接 头后就能起振；,调阻值后使静态工作 点合适，以满足幅条件；,(3) 改用较大的晶体管后就能起振；,改用较大的晶体管，以满足幅度条件；,解:,(5) 适当增加L值或减
13、小 C值后就能起振；,增加反馈线圈的圈数，即增大反馈量，以满足幅度条件；,(4) 适当增加反馈线圈的圈数 后就能起振；,当适当增加L 值或减小C 值后, 等效阻抗|Zo|增大，因而就增大了反馈量，容易起振；,LC并联电路在谐振时的等效阻抗,解:,(7) 调整RB1、 RB2或 RE的阻值可使波形变好；,反馈线圈的圈数过多或管子的太大使反馈太强而进入非线性区，使波形变坏。,(6) 反馈太强，波形变坏；,调阻值, 使静态工作点在线性区，使波形变好；,(8) 负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振。,负载大，就是增大了LC并联电路的等效电阻R。 R的增大,一方面使|Zo|减小,因而反馈幅度减小,
14、不易起振; 也使品质因数Q减小, 选频特性变坏, 使波形变坏。,判断结果：,正反馈，满足相位条件。,电感三点式振荡电路,2. 三点式振荡电路,电容三点式振荡电路,判断结果：,正反馈，满足相位条件。,三点式振荡电路,+,+,+,例：,正反馈,+,+,+,例：,正反馈,+,+,例：,正反馈,+,ube增加,例：,正反馈,7.2 电压比较器,电压比较器的功能： 电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的 大小和极性。,用途： 数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合
15、。,运放工作在开环状态或引入正反馈。,理想运放工作在饱和区的特点：,1. 输出只有两种可能 +Vo (sat) 或Vo (sat) 当 v+ v 时， Vo = + Vo (sat) v+ v 时， Vo = Vo (sat) 不存在 “虚短”现象 2. i += i 0 仍存在“虚断”现象,电压传输特性,电压传输特性,Uo(sat),+Uo(sat),运放处于开环状态,1. 基本电压比较器,阈值电压(门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。,当 u+u 时，uo= +Uo (sat) u+u 时，uo= Uo (sat),即 uiUR 时，uo = Uo (sat),可见，在 ui =UR 处
16、输出电压 uo 发生跃变。,参考电压,单限电压比较器： 当 ui 单方向变化时， uo 只变化一次。,ui UR，uo=+ Uo (sat) ui UR，uo= Uo (sat),输入信号接在反相端,输入信号接在同相端,输入信号接在反相端,输入信号接在同相端,输出带限幅的电压比较器,设稳压管的稳定电压为UZ， 忽略稳压管的正向导通压降 则 ui UR，uo = UZ,uiUR 时，uo = Uo (sat),存在干扰时单限比较器的 vI、vO 波形,单限比较器的作用：检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。,缺点：抗干扰能力差。,解决办法：采用具有滞回传输特性的比较器。,2. 滞回比较器,上门限电压,下门限电压,电路中引入正反馈 (1) 提高了比较器的响
