1、第八章波形的发生和信号的转换8.1.1 产生自激振荡的原理产生自激振荡的原理fidXXX改成正反馈改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自激振荡。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+dXoXfX8.1 正弦振荡电路正弦振荡电路如果：如果：,ifXX则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FdXoXfX反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+dXoXfX自激振荡条件的推导自激振荡条件的推导fidofdooXXXXFXXAXFA
2、AXXAooioF1基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+dXoXfXFAo=1自激振荡的条件自激振荡的条件基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FdXoXfXoffdXFXXX,oodooXFAXAXFAAAooF1如果：如果：FoAFA:01则(1)正反馈足够强正反馈足够强,输入信号为输入信号为 0 时仍有信号输时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。出，这就是产生了自激振荡。(2)要获得非正弦自激振荡要获得非正弦自激振荡,反馈回路中必须有反馈回路中必须有RC积分电路。积分电路。)()(FA、(3)要获得正弦自激振荡要获得正弦自激振荡,反馈回路中必须有选反馈回路中必须有选
3、频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：自激振荡的条件：自激振荡的条件：1)()(FA因为：因为：AAA|)(FFF|)(所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振幅条件：）振幅条件：1|AF（2）相位条件：）相位条件：nFA2n是整数是整数相位条件相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。可以通过调整放大电路的放大倍数达到。问题问题1：如何启振？如何启振？Uo 是振荡器的电压输出幅度，是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅是要求输出的幅度。起振时度。起振时
4、Uo=0，达到稳定振荡时，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，其中也包括有解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。分量。选频网络：选频网络：把把fo分量选出，把其他频率的分量分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：衰减掉。这时，只要：|AF|1，且，且 A+B=2n，即可起振。即可起振。问题问题2：如何稳幅？如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若时若|AF|仍大于仍大于1，则输出将会饱和失真。，则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数调
5、整为达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。即可稳幅。具体方法将在后面具体电路中介绍。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：起振并能稳定振荡的条件：111AFBUAFBUAFBUooo时，时，时，8.1.2 RC振荡电路振荡电路用用RC 电路构成选频网络的振荡电路即所谓的电路构成选频网络的振荡电路即所谓的 RC振荡电路，可选用的振荡电路，可选用的 RC 选频网络有多种，这里选频网络有多种，这里只介绍只介绍文氏桥选频电路文氏桥选频电路。R1C1R2C2iUoU一、选频电路一、选频电路)1()1(112211221CRCRjCCRRUUio1221212CRfCRfoo
6、时，相移为时，相移为0 0。R1C1R2C2iUoU212121CCRRfo如果：如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：，则：RCfo21)(31ffffjUUooio)(31ffffarctgoo22)(31ffffUUooio传递函数：传递函数：相频特性：相频特性：幅频特性：幅频特性：fofioUU31+90 90 f0二、用运放组成的二、用运放组成的RC振荡器振荡器0A所以，要满足相位所以，要满足相位条件，只有在条件，只有在 fo 处处0F因为：因为：1AF122RR uo_+R2RCRCR1121RRA31112FRRA电路原理(1)电路的构成 RC 串并联网络是正反馈网络，Rf
7、和R1为负反馈网络。RC串并联网络与Rf、R1负反馈支路正好构成一个桥路，称为桥式。振荡的建立与稳定RCff210 为满足振荡的幅度条件 =1，所以Af3。加入Rf、R1支路，构成串联电压负反馈。FA31ofVVFV311fRRAf当电路达到稳定平衡状态时：3VA 振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R1实现的。R1是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R1上所加的电压升高，即温度升高，R1的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在Rf 的位置。输出频率的调整：输出频率的调整：RCfo21通过调整通过调整R或或/和和C来调整频率。来调整频率。_+RFuo
8、RCCRKKR1R1R2R2R3R3C：双联可调电：双联可调电容，改变容，改变C，用于细调振用于细调振荡频率。荡频率。K：双联波段开：双联波段开关，切换关，切换R，用于粗调振用于粗调振荡频率。荡频率。8.1.3 LC振荡电路振荡电路LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成，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，所可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对以一般用分离元件组成放大电路。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振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。别。首先介绍一下首先介绍一下 LC
9、选频网络。选频网络。LCo1RCLZoiCLQIIIRLQoLCfo21谐振时回路电流谐振时回路电流比总电流大的多，比总电流大的多，外界对谐振回路外界对谐振回路的影响可以忽略！的影响可以忽略！CLRiUILI+例例1：正反馈正反馈+UCCCC1C2频率由频率由LC谐振网络决定。谐振网络决定。例例2：正反馈正反馈频率由频率由C、L1、L2谐振谐振网络决定。网络决定。+UCCCC1L1L2C2uL1uL2uC设设uB uC uD uB uL2 ube uL1 D例例3：正反馈正反馈+UCCC1C2设设uB uC uE ube uA AECBube +uC1 频率由频率由 L、C1、C2 组成的谐振
10、网络决定组成的谐振网络决定。一、电路结构一、电路结构omHURRRU211omLURRRU211上下门限电压：上下门限电压：下行的迟滞比较器，下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输出经积分电路再输入到此比较器的输入到此比较器的反相输入端。反相输入端。+RR1R2C+ucuo8.2 方波发生器方波发生器二、工作原理二、工作原理1.设设 uo=+UOM此时，输出给此时，输出给C 充电充电!则：则：u+=UH0tuoUOM-UOMU+Huc0t一旦一旦 uc UH,就有就有 u-u+,在在 uc UH 时，时，u-u+,uo 保持保持+UOM 不变；不变；uo 立即由立即由UOM 变成变成UOM +R
11、R1R2C+ucuo此时，此时，C 经输出端放电。经输出端放电。2.当当uo =-UOM 时，时，u+=ULuc降到降到UL时，时，uo上翻上翻。UHuctUL当当uo 重新回到重新回到UOM 以后，电路又进入另一个以后，电路又进入另一个周期性的变化。周期性的变化。+RR1R2C+ucuo0UHuctULUOMuo0t-UOMT输出波形：输出波形：+RR1R2C+ucuoRC电路：电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。起反馈和延迟作用，获得一定的频率。下行迟滞比较器：下行迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的起开关作用，实现高低电平的转换。转换。+RR1R2C+ucuo方波发生器各部分的作用
12、：方波发生器各部分的作用：三、周期与频率的计算三、周期与频率的计算RCtOMLOMceUUUtu)()(f=1/T)21ln(221RRRCTRCtOMHOMceUUUtu)()(uc上升阶段表示式上升阶段表示式:uc下降阶段表示式下降阶段表示式:uc0UHtULT1T2RCTOMLOMHeUUUU2)(RCTOMHOMLeUUUU1)()21ln(2121RRRCTTOMLHURRRUU211方波发生器电路的改进：方波发生器电路的改进：+RR1R2C+ucuo+RR1R2C+ucuo UZ反向积分电路反向积分电路方波发生器方波发生器8.3 三角波发生器三角波发生器+RR1R2C+uc-+RR
13、2Cuo此电路要求前后电路的时间常数配合此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。好，不能让积分器饱和。dtuRCuoo11+RR1R2C+uc-+RR2Cuouo1uo三角波的周期由方波发生器确定，其幅值也由三角波的周期由方波发生器确定，其幅值也由周期周期T和参数和参数R、C决定。决定。0uo1tUom-Uom电路改型电路改型+A1A2uouo1R02R01RCR2R1反向积分电路反向积分电路上行迟滞上行迟滞比较器比较器特点：特点：由由上行的迟滞比较器上行的迟滞比较器和和反相积分器反相积分器级联构成，级联构成，迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入，反相迟滞比较器的输出作为反相积分
14、器的输入，反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入。积分器的输出又作为迟滞比较器的输入。周期和频率的计算：周期和频率的计算：tuoUHULT+A1A2uouo1R02R01RCR2R1RCRRf124214RRCRT T1T2LHTOMUUdtURC101HLTOMUUdtURC201TTT5.021omTOMURRdtURC215.00218.4 锯齿波发生器锯齿波发生器uot-+R2R1+R4CuoR+R3改变三角波发生器中改变三角波发生器中积分电路的充放电时间常积分电路的充放电时间常数，使放电的时间常数为数，使放电的时间常数为0，即把三角波发生器转换成即把三角波发生器转换成了锯齿波发生器。
15、了锯齿波发生器。couuuct-+R2R1+R4CuoR+R3ZTZURRdtURC21021212RRCRT 8.5 压频转换压频转换ZHURRU21ZLURRU21|ui|UZ+R2R1ui-+R3CuoRA1A2uo1D1D2couu把锯齿波发生器积分电路的充电电压由把锯齿波发生器积分电路的充电电压由uo1变为变为ui，则锯齿波发生器转变为压频转换电路。即输出则锯齿波发生器转变为压频转换电路。即输出uo的的频率由输入电压频率由输入电压ui的大小决定。的大小决定。设设 uo1=+UZ，则，则D2截止，截止，D1导通，导通，ui 给电容给电容C充电，充电，uo下降，当下降，当uo下降下降到到
16、U+L时时uo1翻转到翻转到-UZ，这时，这时，D1截止，截止，D2导通，电容导通，电容C快速放快速放电，电，uo上升，当上升，当uo上升到上升到U+H时时uo1翻转到翻转到+UZ。如此周期变化。如此周期变化。uo为锯齿波。为锯齿波。工作原理：工作原理：+R2R1ui-+R3CuoRA1A2uo1D1D2uccouutucUHULuotULUH+R2R1ui-+R3CuoRA1A2uo1D1D2由电路的工作情况可知：由电路的工作情况可知：改变电压改变电压uiuo的频率变化的频率变化充电电压变化充电电压变化因此，称该电路为因此，称该电路为压频转换电路压频转换电路。tucUHUL充电时间变化充电时
17、间变化由工作原理可知，由工作原理可知，uo在在U+L、U+H之间变化：之间变化：TuRCURRiZ1221iZuURCRRT212ZiUuRRRCf1221+R2R1ui-+R3CuoRA1A2uo1D1D2ZURR21ZURR21 LC并联谐振电路作为三极管的负载，反馈线圈L2与电感线圈相耦合,将反馈信号送入三极管的输入回路。若交换反馈线圈的两个线头，可使反馈极性发生变化。若调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，使正反馈的幅度条件得以满足。LCf210 电感线圈L1和L2是一个线圈，2点是中间抽头。如果设某个瞬间集电极电流减小，线圈上的瞬时极性如图所示。反馈到发射极的极性对地为正，图中三
18、极管是共基极接法，所以使发射结的净输入减小，集电极电流减小，符合正反馈的相位条件。CMLLff)2(1210反馈信号f 与输入信号b 同相，满足相位平衡条件。石英晶体振荡电路石英晶体 电抗-频率响应特性等效电路符号1.当R、L、C支路发生串联谐振时，串联谐振频率为：LCfS212.当R、L、C支路与C0发生并联谐振时，并联谐振频率为：0121CCLCfP石英晶体的品质因数很高石英晶体的振荡频率SSCCCLCf0121SSCCCf01石英晶体振荡电路+-满足正反馈的条件，为此，石英晶体必须呈电满足正反馈的条件，为此，石英晶体必须呈电感性才能形成感性才能形成LC并联谐振并联谐振回路，产生振荡。由于回路，产生振荡。由于石英晶体的石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所示电路值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。可以获得很高的振荡频率稳定性。
