武汉理工大学模电波形电信.pptx

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1、 正正反反馈馈框框图图如如图图示示。（注注意意与与负负反反馈馈方方框框图的差别）图的差别）若环路增益若环路增益则则去掉去掉仍有稳定的输出仍有稳定的输出又又所以所以振荡条件振荡条件为为振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件思考？思考？与自激振荡条件有何异同？与自激振荡条件有何异同？更关键更关键常据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断电路可否振荡。常据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断电路可否振荡。10.1 正弦波振荡器的基本概念正弦波振荡器的基本概念第1页/共38页要使电路自行振荡，需满足要使电路自行振荡，需满足起振条件起振条件思思考考？振振荡荡电电路路是是单单口口网网络络，无无须须输输入入

2、信信号号就就能能起起振振，起起振振的信号源来自何处？的信号源来自何处？电路器件内部噪声电路器件内部噪声 首首先先，电电路路满满足足起起振振条条件件，噪噪声声中中，满满足足相相位位平平衡衡条条件件的的某一频率某一频率 0的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件是平衡条件，电路处于稳态振荡是平衡条件，电路处于稳态振荡波形产生过程：波形产生过程：然然后后，当当输输出出信信号号幅幅值值增增加加到到一一定定程程度度时时，就就要要限限制制它它继继续续增加增加(稳幅稳幅)，否则波形将出现失真。，否则波形将出现失真。1

3、0.1 正弦波振荡器的基本概念正弦波振荡器的基本概念第2页/共38页 所所以以，振振荡荡电电路路中中存存在在一一个个振振荡荡频频率率f0正正弦弦波波振振荡荡器器只只在在一一个个频频率率下下满满足足相相位位平平衡衡条条件件，即即f0。(2)反馈网络（构成正反馈的）反馈网络（构成正反馈的）(3)选选频频网网络络（选选择择满满足足相相位位平平衡衡条条件件的的一一个个频频率率（由由RC、LC晶振等器件构成），晶振等器件构成），经常与反馈网络合二为一。经常与反馈网络合二为一。）(4)稳幅环节稳幅环节(1)放大电路（包括负反馈放大电路）放大电路（包括负反馈放大电路）稳稳幅幅的的作作用用就就是是，当当输输出

4、出信信号号幅幅值值增增加加到到一一定定程程度度时时，使使振振幅平衡条件从幅平衡条件从 回到回到4正弦波振荡电路的基本组成：正弦波振荡电路的基本组成：10.1 正弦波振荡器的基本概念正弦波振荡器的基本概念第3页/共38页 10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器(P267)1.电路原理图电路原理图2.RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性3.振荡的建立与稳定振荡的建立与稳定4.振荡频率与振荡波形振荡频率与振荡波形5.稳幅措施稳幅措施第4页/共38页反反馈馈网网络络兼兼做做选选频频网网络络,为为正正反馈。反馈。Z1、Z2、R1、Rf构成一个四臂电桥构成一个四臂电桥放放大大电电路路Av为

5、为电电压压串串联联负负反反馈，具有馈，具有Ri高，高，Ro低的特点低的特点Av为同相比例运算电路为同相比例运算电路1.RC RC文氏桥振荡器文氏桥振荡器 10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器第5页/共38页2.RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性反馈系数反馈系数幅频响应幅频响应又又且令且令则则相频响应相频响应 10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器第6页/共38页当当幅频响应有最大值幅频响应有最大值相频响应相频响应 10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器第7页/共38页此时若放大电路的电压增益为此时若放大电路的电压增益为用瞬时极性法判断可知，用瞬时极性法判断可知，则振荡电路满

6、足振幅平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件当当时，时，(+)(+)(+)(+)Av3.振荡的建立与稳定振荡的建立与稳定电路满足相位平衡条件电路满足相位平衡条件 10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器第8页/共38页电路满足相位平衡条件电路满足相位平衡条件因因时，时，(+)(+)(+)(+)Av 所以，振荡频率为所以，振荡频率为 RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波的正弦波4.振荡频率与振荡波形振荡频率与振荡波形 若适当调整负反馈的强弱，使若适当调整负反馈的强弱，使Av的值在起振时略大于的值在起振时略大于3，达到稳幅时，达到稳幅时Av=3，

7、则，输出频率为则，输出频率为 的正弦波。的正弦波。10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器第9页/共38页5.稳幅措施稳幅措施 采用采用非线性元件非线性元件自动调自动调整反馈的强弱从而稳幅。整反馈的强弱从而稳幅。4热敏元件热敏元件热敏电阻起振时，起振时，即即负温度系数热敏电阻的作用负温度系数热敏电阻的作用稳幅稳幅思考？可否采用正温度系数的热敏电阻？应怎样连接？10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器第10页/共38页采用非线性元件采用非线性元件4工工作作在在可可变变电电阻阻区区的的场效应管场效应管(JFET)稳幅原理稳幅原理稳幅稳幅整流滤波整流滤波T 压控电阻压控电阻一般只要调节一般只要调节RP3

8、、RP4 10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器第11页/共38页采用非线性元件采用非线性元件4正反并联二极管正反并联二极管输出电压的幅值：输出电压的幅值：当当vo很小很小，D1、D2截止截止起振起振当当v vo o较较大大，D1D1、D2D2之之一一导导通通，R R3 3变变小小，且且v vo o增增大大R RD D减减小小，直直至至VomVom，AvAv趋于趋于3 3当当Av3时时 10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器第12页/共38页T2T2例如文氏桥典型电路例如文氏桥典型电路+-+10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器第13页/共38页【例例10.2.1】图图为为简简化化的的音音频频

9、信信号号发发生生器器。1）R1大大致致调调到到多多大大才才能能起起振振？2）Rp为为双双联联电电位位器器014.4K，试试求求振振荡荡频频率率的的调调节范围。节范围。10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器-A+R1.6KR1.6K Rp14.4KRp14.4KRm 1KR13.3KC0.1uFC0.1uFRm 2KDD+Vo-解：解：1）Rm 2R1，R11.5K2）Rp最最小小fo最最大大，Rp最最大大fo最小。最小。fo为为1KHz100KHz第14页/共38页【例例10.2.2】图图为为移移相相式式RC正正弦弦波波信信号号发发生生电电路路，设设运运放放为为理理想的。想的。1）分析工作原理

10、；）分析工作原理；2）试求振荡频率和产生振荡的条件。）试求振荡频率和产生振荡的条件。+-+X 10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器第15页/共38页+VccCeCRe1RC2Rb1T1RC1Re2RT2RC例例：根根据据相相位位平平衡衡条条件件，利利用用瞬瞬时时极极性性法法判判断断以以下下电电路路能能否否振振荡荡+-+-不满足相位平衡条件，不能振荡不满足相位平衡条件，不能振荡 10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器第16页/共38页等效损耗电阻一般有一般有则则当当 时，时，电路谐振。电路谐振。为谐振频率为谐振频率谐振时谐振时阻抗最大，且为纯阻性，容抗等于感抗，阻抗最大，且为纯阻性，容抗等于感

11、抗，其中其中为为品品质质因因数数(几几十十几几百百)同时有同时有即即10.3.1 LC并联谐振回路的频率特性并联谐振回路的频率特性 10.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路第17页/共38页当当Z仅局限于仅局限于 0附近时，附近时，近似有近似有=0,-0=相对失谐量相对失谐量 偏离 0的程度Z0为谐振阻抗感性容性 10.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路第18页/共38页1.电路结构电路结构2.相位平衡条件相位平衡条件3.幅值平衡条件幅值平衡条件4.稳幅稳幅5.选频选频 通通过过选选择择高高 值值/gm和和R的的BJT、FET和和调调整整变变压压器器的的匝匝数数比比，可以满足可以满足，电路

12、可以起振。，电路可以起振。BJT/FET进入非线性区，波形进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。虽虽然然波波形形出出现现了了失失真真，但但由由于于LC谐谐振振电电路路的的Q值值很很高高，选选频特性好，所以仍能选出频特性好，所以仍能选出0=的正弦波信号。的正弦波信号。即振荡频率为即振荡频率为10.3.2 变压器耦合变压器耦合LC振荡电路振荡电路VDDdsTggCgR第19页/共38页(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件反馈10.3.2 变压器耦合变压器耦

13、合LC振荡电路振荡电路第20页/共38页 10.3.3 LC三点式三点式振荡电路振荡电路仍然由仍然由LC并联谐振电路构成选频网络并联谐振电路构成选频网络A.若中间点交流接地，则首端与尾端若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。相位相反。1.三点式三点式LC并联电路并联电路电容三点式电容三点式电感三点式电感三点式 中中间间端端的的瞬瞬时时电电位位一一定定在在首首、尾尾端端电位之间。电位之间。三点的相位关系三点的相位关系B.若首端或尾端交流接地，则其他两若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。端相位相同。适当选取L2/L1可起振对高次谐波阻抗大，输出谐波分量大，波形不理想适当选取C2/C1可

14、起振对高次谐波阻抗小，输出波形好第21页/共38页2.电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路振荡频率:中间点交流接地，首端与尾端相位相反 10.3.3 LC三点式三点式振荡电路振荡电路第22页/共38页3.电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路谐振频率 10.3.3 LC三点式三点式振荡电路振荡电路第23页/共38页例例9-2：根根据据相相位位平平衡衡条条件件，利利用用瞬瞬时时极极性性法法判判断断以以下下电电路路能能否否振振荡荡?若能，写出振荡频率表达式若能，写出振荡频率表达式谐振频率+-+10.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路第24页/共38页满足相位平衡条件满足相位平衡条件+10.3 LC

15、正弦波振荡电路正弦波振荡电路第25页/共38页例：根据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断以下电路能否振荡例：根据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断以下电路能否振荡满足相位平衡条件满足相位平衡条件第26页/共38页分分析析三三种种LC正正弦弦波波振振荡荡电电路路能能否否正正常常工工作作的的步步骤可归纳如下：骤可归纳如下：（1）检检查查电电路路是是否否具具备备正正弦弦波波振振荡荡器器的的基基本本组组成成部部分分，即即基基本本放放大大器器和和反反馈馈网网络络，并并且且有有选选频频环环节。节。（2）检检查查放放大大器器的的偏偏置置电电路路，看看静静态态工工作作点点是是否否能确保放大器正常工作。能确保放大器

16、正常工作。（3）分析振荡器是否满足振幅平衡条件和相位平）分析振荡器是否满足振幅平衡条件和相位平衡条件衡条件(主要看是否满足相位平衡条件，即用瞬主要看是否满足相位平衡条件，即用瞬时极性法判别是否存在正反馈时极性法判别是否存在正反馈)。10.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路第27页/共38页+VCCC2C1ReRb2Rb1CeCbLT例例9-3：根据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断以下电路能否振荡根据相位平衡条件，利用瞬时极性法判断以下电路能否振荡不满足相位平衡条件+-10.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路第28页/共38页例：改正所示各电路图中的错误，使电路可能产生正弦波振荡。要求不能改

17、变放大电路的基本接法（共射、共基、共集）。10.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路第29页/共38页10.4 石英晶体正弦波石英晶体正弦波振荡器振荡器Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。1.频率稳定问题频率稳定问题频率稳定度一般由频率稳定度一般由 来衡量来衡量频率偏移量。频率偏移量。振荡频率。振荡频率。LC振荡电路振荡电路 Q 数百数百石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 Q 10000 500000第30页/共38页2.石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的基本特性与等效电路结构：结构：极板间加电场极板间加电场极板间加机械力极板间加机械力晶体机械变形晶体机械变

18、形晶体产生电场晶体产生电场压电效应：压电效应：交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当当交变电压频率交变电压频率=固有频率固有频率时，振幅最大时，振幅最大压电谐振压电谐振10.4 石英晶体正弦波石英晶体正弦波振荡器振荡器第31页/共38页L机械振荡的惯性10-3102H C晶片的弹性10-410-1PF R晶片振动时因摩擦而造成的损耗 102 2.石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的基本特性与等效电路等效电路等效电路A.串联谐振串联谐振特性特性:2个谐振频率个谐振频率 晶体等效阻抗为纯阻性晶体等效阻

19、抗为纯阻性B.并联谐振并联谐振通常通常所以所以当当f高于高于fs，R、L、C支路呈感性，与支路呈感性，与Co并联谐振并联谐振R、L、C支路串联谐振支路串联谐振C0静态电容(两极板之间的电容，几PF几十PF)10.4 石英晶体正弦波石英晶体正弦波振荡器振荡器第32页/共38页2.石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的基本特性与等效电路实际使用时外接一小电容实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率则新的谐振频率(标称频率标称频率)为为由于由于由此看出由此看出调整调整一般一般CsC10.4 石英晶体正弦波石英晶体正弦波振荡器振荡器第33页/共38页3.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路(1)(1)并联

20、晶体振荡电路工作在并联谐振状态，晶振作为三点式LCLC选频网络中的一个元件。(2)(2)串联晶体振荡电路工作在串联谐振状态，石英晶体作为一个正反馈通路元件。10.4 石英晶体正弦波石英晶体正弦波振荡器振荡器第34页/共38页 串联型晶体振荡器 石英晶体接在T1、T2组成的两极放大器的正反馈网络中，起到选频和正反馈作用。当电路调谐到石英晶体的串联谐振频率s时，石英晶体阻抗最小(相当于短路)，电路的正反馈最强，且相移为零，满足振荡条件。而对其它频率的信号，晶体阻抗很大，正反馈很弱，电路不能起振。可见这种电路的振荡频率0是由石英晶体的串联谐振频率s所决定的，即：0=s而不取决于振荡回路。由晶体电抗特性可知，当=s时，晶体相当于一个“短路”元件，串联型晶体振荡器正是利用晶体这一特性构成的正弦波振荡电路。10.4 石英晶体正弦波石英晶体正弦波振荡器振荡器第35页/共38页 例：分别标出图所示各电路中变压器的同名端，使之满足正弦波振荡的相位条件。+-+-+-+第36页/共38页分别判断图中所示各电路是否满足正弦波振荡的相位条件，不满足的请改正+-+-+第37页/共38页感谢您的观看！第38页/共38页