模拟电子技术基础(第四版)课件8.1 正弦波振荡电路

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非正弦波发生电路8.4利用集成运放实现的信号转换电路第四版童诗白第四版童诗白本章重点和考点：1.重点掌握RC桥式正弦波振荡电路的组成和工作原理。2.理解典型电压比较器的电路组成、工作原理和性能特点。4.掌握信号转换电路的工作原理。本章教学时数：6学时3.理解由集成运放构成的矩形波、三角波和锯齿波发生电路的工作原理、波形分析和有关参数。第四版童诗白本章讨论的问题：1.在模拟电子电路中需要哪些波形的信号作为测试信号和控制信号？4.为什么正弦波振荡电路中必须有选频网络？选频网络由哪些元件组成？2.什么是自激振荡？波形发生电路中必须在输入信号作用下才产生振荡吗？波形发生电路中必须有放大电路吗？3.正弦波振荡电路所产生的自激振荡和负反馈放大电路中所产生的自激振荡有什么区别？第四版童诗白本章讨论的问题：5.电压比较器与放大电路有什么区别？集成运放在电压比较器和运算放大电路中的工作状态一样吗？6.如何组成矩形波、三角波和锯齿波发生发生电路？7.为什么需要将输入信号进行转换？有哪些基本转换？4.为什么说矩形波发生电路是产生非正弦波信号的基础？为什么非正弦波发生电路中几乎都有电压比较器？第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件8.1正弦波振荡电路8.1.1概述~iU放大电路AioUAU反馈网络FtUUsin2iiOfUFU如果反馈电压uf与原输入信号ui完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号——自激振荡。(电路要引入正反馈)图8.1.2正弦波振荡电路的方框图一、产生正弦波振荡的条件第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件由此知放大电路产生自激振荡的条件是：ifUU即：iiofUUAFUFU所以产生正弦波振荡的条件是：1FA1FA——幅值平衡条件π2argFAnFA——相位平衡条件,2,1,0n电路起振的条件：1FA第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件二、正弦波振荡电路的组成及分类组成：放大电路：集成运放选频网络：确定电路的振荡频率反馈网络：引入正反馈稳幅环节：非线性环节，使输出信号幅值稳定分类：RC正弦波振荡电路，频率较低，在1MHz以下。LC正弦波振荡电路，频率较高，在1MHz以上。石英晶体振荡电路，频率较高，振荡频率非常稳定。第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件三、判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤1.检查电路是否具备正弦波振荡的四个组成部分；2.检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作；3.分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件；判断相位平衡条件的方法是：瞬时极性法。5.估算振荡频率和起振条件。4.判断是否满足幅值平衡条件；第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件8.1.2RC正弦波振荡电路RC串并联网络振荡电路也称RC桥式正弦波振荡电路或称文氏桥振荡电路(Wien)电路组成：放大电路——集成运放A；选频与正反馈网络——R、C串并联电路；稳幅环节——RF与R组成的负反馈电路。第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件图8.1.4一、RC串并联选频网络Z1Z2)1j()1(1j1//j1j1//12211221221122212fCRCRCCRRCRCRCRUUF取R1=R2=R，C1=C2=C，令RC10则：)j(3100F第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件得RC串并联电路的幅频特性为：2002)(31F3arctg00F相频特性为：时，当RC1031FF=000F0F01/3+90º-90º图8.1.5第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件二、振荡频率与起振条件1.振荡频率RCf2102.起振条件1FAf=f0时，31F由振荡条件知：所以起振条件为：3A同相比例运放的电压放大倍数为即要求：RRAuFf1RR2F第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件三、振荡电路中的负反馈(稳幅环节)引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。反馈系数改变RF，可改变反馈深度。增加负反馈深度，并且满足3A则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。图8.1.7RRRFF反馈电阻RF采用负温度系数的热敏电阻，R采用正温度系数的热敏电阻，均可实现自动稳幅。第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件稳幅的其它措施电流增大时，二极管动态电阻减小。电流减小时，动态电阻增大，加大非线性环节，从而使输出电压稳定。在RF回路中串联二个并联的二极管。RrRAudF1第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件四、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路用双层波段开关接不同电容，作为振荡频率f0的粗调；用同轴电位器实现f0的微调。RC串、并联网络中，如何调节频率？问题：如何提高频率？RCf210图8.1.9振荡频率连续可调的RC串并联选频网络可调范围：几赫兹到几百千赫兹。第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件8.1.3LC正弦波振荡电路一、LC谐振回路的频率特性当频率变化时，并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。并联电路的导纳：当电路发生并联谐振。2222)(j)(j1jLRLCLRRLRCY0)(20200LRLC图8.1.10考虑电路损耗时的LC并联网络第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件并联谐振角频率LCLR11)(1200令：RLQ0——谐振回路的品质因数当Q1时LC10LCf210谐振频率：第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件Z0不同Q值时，LC并联电路的幅频特性：Z01Z02Q1Q2Q1Q2相频特性：0F+90º-90ºQ1Q2Q1Q2感性纯阻容性结论：1.当f=f0时，电路为纯电阻性，等效阻抗最大；当ff0时，电路为感性；当ff0时，电路为容性。所以LC并联电路具有选频特性。2.电路的品质因数Q愈大，选频特性愈好。图8.1.11LC并联网络电抗的频率特性第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件若以LC并联网络作为共射放大电路的集电极负载berZAu当f=f0时，电压放大倍数的数值最大，且无附加相移。因而电路称为选频放大电路。若增加正反馈，并用反馈电压取代输入电压，则电路就成为正弦波振荡电路。LC正弦波振荡电路变压器反馈式电感反馈式电容反馈式图8.1.12选频放大电路第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件二、变压器反馈式振荡电路1.工作原理用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。-2.振荡频率和起振条件CLf1021振荡频率起振条件MCRrbe图8.1.14变压器反馈式振荡电路第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件三、电感反馈式振荡电路1.电路组成用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。---2.振荡频率和起振条件CMLLLCf)2(2121210振荡频率起振条件Lbe21RrMLML图8.1.17电感反馈式振荡电路第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件四、电容反馈式振荡电路1.电路组成用瞬时极性判断为正反馈，所以满足自激振荡的相位平衡条件。2.振荡频率和起振条件212102121CCCCLLCf振荡频率起振条件Lbe12RrCC图8.1.20电容反馈式振荡电路-第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件电容反馈式改进型振荡电路210111121CCCLf振荡频率选择CC1，CC2，则：LCf210减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于产生高频振荡。图8.1.22第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件若要求电容反馈式振荡电路的振荡频率高达100MHz，怎么办？采用共基放大电路如何分析？第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件名称变压器反馈式电感反馈式电容反馈式电容反馈式改进型电路形式振荡频率起振条件同左频率调节方法及范围频率可调，范围较宽。同左频率可调，范围较小。同左振荡波形一般较差好好频率稳定度可达10-4同左可达10-4~10-5可达10-5适用频率几千赫~几十兆赫同左几兆赫~一百兆赫同左各种LC振荡电路的比较LCf210CMLLf)2(212102121021CCCCLf210111121CCCLfMCRrbeLeb21RrMLMLLeb12RrCC第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件8.1.4石英晶体振荡器石英晶体谐振器，简称石英晶体，具有非常稳定的固有频率。一、石英晶体的特点压电效应：在石英晶片的两极加交变电场时，晶片将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。这种物理现象称为压电效应。压电振荡：晶片上外加交变电场的频率为某一特定频率时，振幅突然增大，产生共振，称之为压电振荡。1.压电效应和压电振荡第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件2.等效电路和振荡频率符号串联谐振频率LCf21s并联谐振频率0s00p121CCfCCCCLfOfXfsfp容性容性感性图8.1.27石英晶体的等效电路及符号图8.1.28电抗频率特性第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件二、石英晶体正弦波振荡电路1.并联型石英晶体正弦波振荡电路交流等效电路振荡频率CCCCCCLf000)(212121CCCCC由于CCC0s021fLCf第八章波形的发生和信号的转换模拟电子技术多媒体课件2.串联型石英晶体振荡电路当振荡频率等于fs时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。振荡频率s0ff调节R可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。图8.1.30串联型石英晶体振荡电路