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1、第八章 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 非正弦波发生器,8.5 锁相环及其在信号转换电路中的应用 (自学),8.4 利用集成运放实现的信号转换电路 (自学),8.1 正弦波振荡电路,一、正弦波振荡电路的基础知识,1、振荡条件,(1)负反馈放大电路自激振荡条件,当 时,,负反馈放大电路,自激振荡平衡条件:,(包含高、低频的附加相移),(2)正反馈放大电路自激振荡平衡条件,(忽略附加相移),起振条件:,2、正弦波振荡电路的组成及分类,(1)放大电路:保证电路能够有从起振到动态平衡的过程,使电路获得一定幅值的输出量,实现能量的控制;,(2)选频网络:确定电
2、路的振荡频率,使电路产生单一频率的振荡,即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,作用使输出信号幅值稳定。,3、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤,(1)观察电路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)判断放大电路是否能够正常工作,即是否有合适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输出和放大;,(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;,(4)判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件。,1、RC串并联网络的频率特性,二、RC正弦波振荡电路,RC串并联选频网络在
3、正弦波振荡电路中既为选频网络,又为正反馈网络。,低频段等效电路:,f0时,相位超前趋近于 ,,高频段等效电路:,f时,相位滞后趋近于 ,,令 时,虚部系数为零,则,当 f = f0时, ,,2、RC串并联正弦波振荡电路(桥式电路、文氏电路),振荡的平衡条件为:,当 f = f0时, ,所以,只要为RC串并联选频网络匹配一个放大倍数等于3的放大电路就可以构成正弦波振荡电路。,为了减小放大电路对选频特性的影响,使振荡频率几乎仅仅取决于选频网络,通常引入电压串联负反馈电路。,放大电路为同相比例运算电路,RC串并联选频网络引入的是正反馈。,+,+,+,稳幅措施:R1可采用正温度系数的热敏电阻,或Rf采
4、用负温度系数的热敏电阻。,1、LC谐振回路的频率特性,三、LC正弦波振荡电路,在LC振荡电路中,当 f = f0时,放大电路的放大倍数数值最大,而其它频率的信号均衰减为零。引入正反馈后,使反馈电压作为放大电路的输入电压,以维持输出电压,形成正弦波振荡电路。,理想电路,无损耗,谐振频率为,实际的LC并联网络。,令虚部为零:,通常R很小,Q1,,(Q为品质因数),Q值越大,阻抗越大,选择性越好。,将LC并联网络作为共射放大电路的集电极负载:,根据LC并联网络的频率特性,当 f = f0时,电压放大倍数最大,且无附加相移。对于其它频率的信号,电压放大倍数不但数值减小,而且有附加相移。电路具有选频特性
5、。,若在电路中引入正反馈,并能用反馈电压取代输入电压,则电路就成为正弦波振荡电路。,根据引入反馈的方式不同,LC正弦波振荡电路分为变压器反馈式、电感反馈式和电容反馈式三种电路;放大电路视振荡频率而定,可以用共射电路,也可以用共基电路。,2、变压器反馈式振荡电路,工作原理分析:,掌握判断电路产生正弦波振荡的可能性的方法。,1、观察电路是否存在放大电路、选频网络、正反馈网络以及稳幅环节;,2、判断电路是否能正常工作:主要判断能否设置合适第二静态工作点,交流信号传递过程中有无开路或短路情况;,3、采用瞬时极性法判断电路是否满足相位平衡条件。,-,+,uf,4、稳幅措施:利用三极管本身进行稳幅。,缺点
6、:由于耦合不紧密,损耗较大,振荡频率不够稳 定。,优点:易起振,输出波形好。,3、电感反馈式振荡电路,优点:耦合紧密,振幅大;改变电容值C可获得调节范围较宽的振荡频率;,缺点:由于反馈电压取自电感,对高频信号具有较大的电抗,输出波形中常含有高次谐波。,4、电容反馈式振荡电路,反馈电压含的高次谐波不多,因此输出波形好,但振荡频率不够稳定。,采用共基放大电路的电容反馈式振荡电路,振荡频率要求很大时,采用共基放大电路。,+,+,+,解:电路中,Ce为旁路电容,容量远大于C1和C2,对交流可视为短路。放大电路为共射电路。,C1、C2和L构成LC并联谐振网络,C2上的电压为输出电压, C1上的电压为反馈
7、电压,因而电路为电容反馈式振荡电路。,在直流通路中,电感视为短路,则晶体管的基极和集电极短路,放大电路的静态工作点不合适,应在选频网络与放大电路输入端之间加耦合电容;,在交流通路中,因为没有集电极电阻,集电极和发射极短路,输出电压恒为零。所以,必须在集电极加电阻Rc 。,改正的电路如图所示。,(1)压电效应和压电振荡,四、石英晶体正弦波振荡电路,1、石英晶体简介,在石英晶体两端加交变电压,则晶体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,这种现象称为压电效应。,一般情况下,无论是机械的振幅,还是交变电压的振幅都是非常小的。当交变电压的频率为某一特定值时,振幅骤然增大,产生共振,称之
8、为压电振荡。这一特定的频率为晶体的固有频率,也称谐振频率。,(2)石英晶体的等效电路和振荡频率,当 f = fs 时,RLC串联电路产生串联谐振该支路呈纯阻性。,当 f fs 时,RLC串联支路呈容性,晶体呈容性;,当 f fs 时,RLC串联支路呈感性,与电容C0并联后产生并联谐振,晶体呈阻性;,当 f fs 时,RLC串联支路呈感性,与电容C0并联后产生并联谐振,晶体呈阻性;,当 f fp 时,电抗主要决定于C0,晶体呈容性;,只有在 fs f fp的情况下,石英晶体才呈感性。,(1)并联型石英晶体正弦波振荡电路,2、石英晶体正弦波振荡电路,把石英晶体当成电感看,则 fs f fp ,即用此电感代替电容三点式中的电感,其振荡频率等于石英晶体的并联谐振频率fp 。,(2)串联型石英晶体正弦波振荡电路,只有在石英晶体呈纯阻性,即产生串联谐振时,反馈电压与输入电压同相。故振荡频率为石英晶体的串联谐振频率 fs 。调节 Rf 的阻值,可调节反馈电压,可使电路满足幅值平衡条件。,T1为共基放大电路,T2为共射放大电路,