模拟电子技术第八章优秀PPT.ppt

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1、模拟电子技术课件第八章1 1你现在浏览的是第一页，共19页 8.1 8.1 概概 述述一、产生正弦波振荡的条件 一般采用正反馈方法产生正弦波振荡，其方框图如图8-1所示。它由一个放大器(电压增益为)和一个反馈网络(反馈系数为 )接在一起构成。如果开关K先接在1端，将正弦波电压 输入到放大电路后，则输出正弦波电压 。再立即将开关K接到2端，使输入信号为反馈电压 ，如果要维持输出电压 不变，则必须使 ，此时即使没有外加的 ，也能稳定地输出 。图8-1 由放大到振荡的示意框图2 2你现在浏览的是第二页，共19页 因此，维持振荡器输出等幅振荡的平衡条件为 由 ，得到 (8-1)由于放大器电压增益 ,反

2、馈网络的反馈系数 ,式(8-1)可写为 (8-2)于是，可得到产生自激振荡两个平衡条件。(一)相位平衡条件 (8-3)式中n=0,1,2,。说明产生振荡时，反馈电压的相位与所需输入电压的相位相同，即形成正反馈。因此，由相位平衡条件可确定振荡器的振荡频率。3 3你现在浏览的是第三页，共19页(二)振幅平衡条件 (8-4)说明反馈电压的大小与所需的输入电压相等。满足 时产生等幅振荡；当 时，即 ，振荡输出愈来愈大产生增幅振荡，若 即 ，振荡输出愈来愈小直到最后停振，称为减幅振荡。(三)起振幅度条件 正弦波振荡从起振到稳态需要一个过程。起振开始瞬间，如果反馈信号太小(或为零)，则输出信号也太小(或为

3、零)，容易受到某种干扰而停振或者干脆振不起来。只有当 时，经过多次循环放大，输出信号才会从小到大，最后达到稳幅状态。因此，起振的幅度条件是 (8-5)4 4你现在浏览的是第四页，共19页 若起振幅度条件及相位条件均已满足，电路就能振荡。那么，起振的原始信号是从哪儿来的呢?它是来源于合闸时引起PN结骚动及电路中产生的噪声，其频谱很宽，总可选出某一频率为f0的信号作为起振的原始信号使电路振荡。所以信号源不需要外加信号，靠自身工作。f0称振荡频率。起振过程如图8-2(b)所示。二、正弦波振荡电路的组成和分析方法(一)基本组成部分 正弦波振荡电路一般由四个部分组成，除了把放大电路和反馈网络接成正反馈外

4、，还包括选频网络和稳幅环节。放大电路部分由集成运放或者分立元件电路构成。1.放大电路 应有合适的静态工作点，以保证放大电路有放大作用。5 5你现在浏览的是第五页，共19页2.反馈网络 它的作用是形成正反馈，以满足相位平衡条件。3.选频网络 其作用是使只有一个频率满足振荡条件，以产生单一频率的正弦波。选频网络与反 馈网络可以单独构成，也可以合二为一。当二者结合在一起时，同一个网络既起反馈作用，又起选频作用。用RC元件组成选频网络的振荡电路称为RC正弦波振荡电路；用LC元件组成选频网络的振荡电路称为LC正弦波振荡电路。4.稳幅环节 如果电路满足了起振条件，那么，在接通直流电源后，它的输出信号将随时

5、间逐渐增大。由于管子具有非线性特性，将使输出波形失真。稳幅环节的作用就是使 达到 的稳定状态，使输出信号幅度稳定，且波形良好。6 6你现在浏览的是第六页，共19页 用瞬时极性法来判断一个电路能否起振，幅度条件容易满足，关键是看相位条件是否满足，其分析步骤如下。(二)分析方法1.分析相位平衡条件是否满足 先检查放大电路是否正常放大，即放大电路 、反馈网络 及选频网络三个组成部分是否均存在，而且放大电路具有合适的静态工作点。在放大电路具有放大作用的条件下，断开反馈信号到基本放大电路的输入端点处，如图8-2(a)中的K点；在断开处对地之间加入一个输入信号 ；用瞬时极性法判别反馈信号 是否与输入信号

6、同相位。若二者相位相同，说明已满足相位平衡条件，再继续检查幅度平衡条件是否满足；若二者反相位，说明不满足相位平衡条件，可以断定电路不可能振荡，无需再检查幅度平衡条件了。7 7你现在浏览的是第七页，共19页图8-2 振荡电路的方块图8 8你现在浏览的是第八页，共19页2.分析幅度平衡条件是否满足 因是频率的函数，在满足相位平衡条件时，将f=f0代入 表达式有三种情况(1)不可能振荡。(2)能振荡。但需加稳幅环节，否则输出波形严重失真。(3)能振荡。达到稳幅后,。若电路不满足幅度平衡条件时，只需调节电路参数使之满足。3.求振荡频率f0和起振条件 满足相位平衡条件的频率就是振荡频率f0，也就是选频网

7、络的固有频率。而起振条件由 结合具体电路求得，通过实际电路调试均可满足起振条件，一般不必计算。下面结合具体电路分析。9 9你现在浏览的是第九页，共19页8.2 8.2 RCRC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 常见的RC正弦波振荡电路是RC串并联网络正弦波振荡电路，又称文氏桥正弦波振荡电路。图8-3 RC文氏桥振荡电路一、电路原理图文氏桥振荡电路如图8-3所示。它由两部分组成：即放大电路 和选频网络 。由集成运放组成的电压串联负反馈放大电路，取其输入电阻高、输出电阻低的特点。由Z1、Z2组成，同时兼作正反馈网络，称为RC串并联网络。由图8-3可知，Z1、Z2和Rf、R3正好构成一个电桥的四个臂，电

8、桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入端。因此得名文氏桥振荡电路。1010你现在浏览的是第十页，共19页二、RC串并联网络的选频特性 反馈系数图8-4 RC串并联网络 令 （8-7）所以振荡频率 （8-8）将图8-3中的RC串并联网络单独画于图8-4，着重讨论它的选频特性。为了便于调节振荡频率，常取R1=R2=R,C1=C2=C。设1111你现在浏览的是第十一页，共19页幅值 （8-11）（8-9）或 （8-10）将式(8-7)代入(8-6)得幅频特性 当 时，为最大，且 （8-12）当 时，；当 时，；1212你现在浏览的是第十二页，共19页(a)幅频特性(b)相频特性图8-5 RC串并联网络

9、的频率特性相频特性 (8-13)当 画成曲线如图8-5所示。综上分析，当 时，幅值最大，,相移为零，即F=0。这就是说，当 时，反馈电压 幅值最大，并且是输入电压的1/3,同时与输入电压同相位。1313你现在浏览的是第十三页，共19页三、RC桥式正弦波振荡电路分析(一)相位条件 因为为同相输入运放，与同相位 ，所以 ；再由图8-5(b)知，当 时,；总之，满足相位平衡条件。(二)幅度条件由 得出。因为 ,所以 。又由稳幅环节 与R3构 成 电 压 串 联 负 反 馈，在 深 度 负 反 馈 条 件 下，所以 (8-14)1414你现在浏览的是第十四页，共19页 由于电阻值的实际值存在误差，常需

10、通过试验调整。需要注意的是：Auf3是指Auf略大于3。若Auf远大于3，则因振幅的增大，致使放大器件工作到非线性区，输出波形将产生严重的非线性失真。而Auf小于3时，则因不满足幅值条件而不能振荡。(三)振荡的建立与稳定由于电路中存在噪声(电阻的热噪声、三极管的噪声等)，它的频谱分布很广，其中包含 这样的频率成分。这个微弱信号经过放大正反馈选频放大，开始时由于 ，输出幅度逐渐增大，表示电路已经起振，最后受到放大器件非线性特性的限制，振荡幅度自动稳定下来，达到平衡状态，并在 频率上稳定地工作。1515你现在浏览的是第十五页，共19页(四)估算振荡频率(五)稳幅措施 因为图8-3电路中的放大电路是

11、集成运放组成的，它的输出电阻可视为零，输入电阻很大，可忽略对选频网络的影响。因此，振荡频率即为RC串并联网络的 。调节R和C就可以改变振荡频率。为了进一步改善输出电压幅度的稳定性，可以在负反馈回路中采用非线性元件，自动调整反馈的强弱，以更好地维持输出电压幅度的稳定。例如，在图8-3中用一个温度系数为负的热敏电阻代替反馈电阻Rf。当输出电压 增加时，通过负反馈支路的电流 也随之增加，结果使热敏电阻的阻值减小,负反馈增强,放大倍数下降从而使 下降。反之，当 下降时，由于热敏电阻的自动调节作用，将使 增大。因此，可维持输出电压 基本稳定。1616你现在浏览的是第十六页，共19页 非线性电阻稳定输出电

12、压幅值的另一种方案是采用具有正温度系数的电阻来代替R3，其稳定过程读者可以自行分析。图8-6 例8-1的电路图1717你现在浏览的是第十七页，共19页 稳幅的方法很多，读者可以参阅其他有关文献。除了RC串并联桥式正弦波振荡电路外，还有移相式和双T网络式等RC正弦波振荡电路。只要在满足相位平衡条件的前提下，放大电路有足够的放大倍数来满足幅度平衡条件，并有适当的稳幅措施，就能产生较好的正弦波振荡。因为RC正弦波振荡电路的振荡频率f0和RC乘积成反比，如果需要较高的振荡频率，势必要求R或C值较小，这将给电路带来不利影响。因此，这种电路一般用来产生几赫兹至几百千赫兹的低频信号。若需产生更高频率的信号时，则应采用LC正弦波振荡电路。1818你现在浏览的是第十八页，共19页1919你现在浏览的是第十九页，共19页