《电子技术基础》第九章波形放大和变换

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1、第九章 波形产生和变换正弦波振荡电路 RC正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路石英晶体波振荡电路电压比较器非正弦波产生电路方波发生器方波三角波发生器波形变换电路9.1 正弦波振荡电路 振荡基础知识 RC正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路 石英晶体波振荡电路9.1.1 振荡基础知识n振荡条件n起振和稳幅n振荡电路的基本组成部分n振荡电路的分析方法1. 振荡条件相位平衡条件幅度平衡条件振荡平衡条件振荡平衡条件:1=FAnFA2=+XiXdXoXf基本放大电路A反馈网络F反馈电路的方框图：考虑耦合电容、极间电容等的影响负反馈自激条件:1-=FAfidXXX-=受正反馈网络影响不考虑极间电容等的影响正反馈

2、自激条件:1=FAfidXXX+=+2. 起振和稳幅满足上述条件后，一旦电源接通，随着时间增加输出幅度增大。增大到一定程度后，放大电路中晶体管将进入饱和或截至状态，输出正弦波将失真。应采取稳幅措施。起振的幅度条件是：1FA3. 振荡电路的基本组成部分 振荡电路的基本组成部分振荡电路的基本组成部分:（1）放大电路 没有放大，不可能产生振荡。 要保证电路具有放大功能（2）反馈网络 形成正反馈，以满足相位平衡条件（3）选频网络 以产生单一频率的正弦波(RC、LC)（4）稳幅电路 以保证输出端得到不失真的正弦波4. 振荡电路的分析方法判断能否产生振荡的一般方法和步骤：a. 检查电路的组成部分c. 将电

3、路在放大器输入端断开，利用瞬时极性法 判断电路是否满足相位平衡条件 b. 检查放大电路是否正常工作d. 分析是否满足振荡产生的幅度条件。 一般AF应略大于1振荡电路的分析方法振荡电路的分析方法:9.1.2 RC正弦振荡电路 RC桥式振荡电路 RC串并联网络的频率特性 RC桥式振荡电路 稳幅措施 RC桥式振荡电路仿真 场效应管稳幅音频信号发生器 移相式选频网络和移相式式振荡电路 移相式选频网络 移相式RC振荡电路 双T选频网络VoRfR1CRCRVf1. RC桥式振荡电路桥式RC振荡电路结构:选频和反馈网络放大电路RC串并联网络的频率特性0.1fHfH10fH0-20-4045900ff-20d

4、B/十倍频-30.1fHfH10fH0-20-40-45-900ff-20dB/十倍频-3低频VoCRVf高频VoCRVfVoCRCRVfRC串并联网络的频率特性VoCRCRVfRC串并联网络的频率特性)j/1 (111CRZ222222j+1=)j /1/(=CRRCRZ)j1/(+)Cj/1 ()j1/(22211222212CRRRCRRZZZofVVF1)122C1RCR1j()1 (2121CRCR-R/j+)Cj/1 (2122221112RCCRCRRR)j1()Cj/1 (222112RCRRR谐振频率为: 2121021=CCRRf时电路产生谐振CR1C1221R当RC串并联

5、网络的频率特性RC10当R1 = R2，C1 = C2时，谐振角频率 谐振频率 RCf210F20022122121221)(31)1()1 (1-CRCRCCRR 幅频特性:3arctg11arctg0012211221F-CCRRCRCR相频特性:RC串并联网络的频率特性当 f=f0 时的反馈系数为1/3 ,且与频率f0的大小无关。此时的相角 F = 0。VoRfR1CRCRVfRC桥式振荡电路Rf 2R1振荡频率:RCf210已知RC串并连选频电路谐振时反馈系数为1/3，Vf与Vo相位差为0。所以要使电路能产生产生正弦振正弦振荡荡，放大器必须是同相放大器，且放大倍数要大于3。VoRfR1

6、CRCRVf稳幅措施稳幅措施2 :利用非线性器件稳幅iDvDVoRfR1CRCRD1D2稳幅措施1 : Rf 采用负温度系数的热敏电阻 R1采用正温度系数的热敏电阻RC桥式振荡电路仿真仿真电路结果场效应管稳幅音频信号发生器场效应管稳幅音频信号发生器RC选频网络选频网络输出经D整流和R4C3滤波后，经R5和RP4加在场效应管栅极。输出幅度增大，VGS负向增大，RDS增大使放大倍数减小。2. 移相式选频网络和移相式式振荡电路f/f01-270-1800f/f012701800RCf6210 滞后移相式选频网络CRCRCRVoVf超前移相式选频网络VoCRCRCRVf移相式选频网络:超前移相仿真滞后

7、移相仿真移相式RC振荡电路超前移相式RC振荡器CRCRCRVoRfR1VoRfR1CRCRCR滞后移相式RC振荡器双T式选频网络注：有源滤波器 中R=R/2CRCR2CR0-180RR/2f/f0-360f/f090-900RR/2双T式选频网络 仿真(RR/2)双T式选频网络 仿真(R R/2)例1: 判断电路能否产生振荡CRCCRT1T2Re1Re2Rc2Rc1Rb1VCCCCT1T2Re1Re2Rc2Rc1Rb1VCC判断电路能否产生振荡CCT1T2Re1Re2Rc1Rb1VCCCRRReR1R2R4R3RRRCCCVCC-VEE变压器反馈式变压器反馈式电感三点式电感三点式电容三点式电容

8、三点式分类分类9.1.3 LC 正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路可产生1000MHz以上的正弦波信号，而一般运放频带较窄，高速运放价格昂贵，所以LC振荡电路中的放大器一般采用分离元件组成。1. LC 并联回路的基本特性R: 回路的等效耗损电阻等效阻抗:LjRCjLjRCjZ+1)+(1=IV=)1()1(1CLjRCLCLjRLjCjZ -LR :一般有 LC 并联回路 LCRIIUL+_VLC 并联回路的基本特性)1()1(1CLjRCLCLjRLjCjZ -b. 谐振时的等效阻抗CQLQRCLZ000 CLRRCRLQ1100 Q: 回路品质因数,用来评价回路损耗的大小, 一般为几十到几

9、百a. 谐振频率LC10LCf210LC 并联回路的基本特性c. 谐振电流谐振电流谐振时,回路呈纯电阻性,这时 V 与 I 同相输入电流:QCVZVI00谐振电流:CVCjVIL01IQIL即 LC 并联回路 LCRIIUL+_VLC 并联回路的基本特性d. 回路的频率特性回路的频率特性:谐振回路的选频性能主要取决于Q, Q越大越大,选频性能越好选频性能越好)1(CLjRCLZ -在 f = f0 时,回路为纯阻性纯阻性,且阻抗最大RCLZ =02. 选频放大器CLRLviRb1Rb2Tr1Tr2CbReCeTVCC+vo-当输入信号频率等于LC回路谐振频率时输出信号最大3.变压器反馈式正弦波

10、振荡器 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。交换反馈线圈的两个同名端，可使反馈极性发生变化。调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，以使正反馈的幅度条件得以满足。变压器反馈式正弦振荡器分析方法判断能否产生振荡的一般方法和步骤：a. 检查电路的组成部分c. 将电路在放大器输入端断开，利用瞬时 极性法判断电路是否满足相位平衡条件 b. 检查放大电路是否正常工作d. 分析是否满足振荡产生的幅度条件。 一般AF应略大于1+_+同名端的判断:先找出交流公共端,如果输出端与反馈端如果互为同名端则同相,否则反相例2: 试用相位平衡条件判断电路能否

11、产生振荡C1CR2R1VCCC1CR2R1VCCR3不能，直流偏置不对不满足相位平衡条件能试用相位平衡条件判断电路能否产生振荡C2CR2R1VCCR3C1CeCR2R1VCCR3C1能能4. 三点式正弦振荡器(1) 三点式振荡器的一般结构三点式振荡器的一般结构 A：放大电路：1,3：输入端2,3：输出端Z2：电路负载Z1，Z3起反馈作用Z3Z1Z2Vo132AZ3Z1Z2roVoA三点式正弦振荡器反馈系数:311ZZZFv开环增益:oLLodvrZZAA-)/(312ZZZZLZLZ3Z1Z2Vo132A三点式正弦振荡器如果Z1,Z2 ,Z3都是纯电抗元件,则有:Z1= jX1 Z2= jX2