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正弦波振荡电路的分析方法word精品
波形产生电路的设计
1正弦波振荡电路的分析方法
2RC正弦波振荡电路
3LC正弦波振荡电路
4石英晶体振荡器
5非正弦波发生电路一、正弦波振荡电路的分析方法
1•产生正弦波振荡的条件
Ui
完全相等,则即使无外输入信号,放大电路输出端
ui
如果反馈电压
也有一个正弦波信号
uf与原输入信号
――自激振荡。
由此知放大电路产生自激振荡的条件是:
UfUi
即:
UfFU。
FA®Ui
所以产生正弦波振荡的条件是:
AF
AF
幅度平衡条件
argAFaf
2nn
0,1,2,
相位平衡条件
2.分析步骤:
(1)判断能否产生正弦波振荡
a.检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分;
b.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;
c.分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件和振幅平衡条件。
(2)判断相位平衡条件的方法是:
瞬时极性法。
估算振荡频率和起振条件,振荡频率由相位平衡条件决定。
a.写出回路增益AF的表示式
b.令af2nn,即可求得满足该条件的f。
,此频率即为振荡频率;
c.令ff0时的|af|1,即得起振条件。
3•正弦波产生电路一般应包括以下几个基本组成部分
(1)放大电路。
(2)反馈网络。
⑶选频网络。
⑷稳幅电路。
判断一个电路是否为正弦波振荡器,就看其组成是否含有上述四个部分。
二、RC正弦波振荡电路(文氏电桥)
(一)RC串并联网络振荡电路电路组成:
放大电路——集成运放A;
选频与正反馈网络一一R、C串并联电路;
稳幅环节——RF与R组成的负反馈电路。
1.RC串并联网络的选频特性
R2
FUf21jR2C2
U12R丄R2
jCi1jR2C2
(1
R
R2
C2)
C1
j(R1C2
R2C1
图8.2.2
取R1=R2=R,C1=C2=C,令
1
RC
则:
1
3j(0)
0
得RC串并联电路的幅频特性为:
相频特性为:
arctg
时,F
丄
RC
2.振荡频率与起振条件
1
1.振荡频率fo
2RC
2.起振条件
1
-由振荡条件知:
3
f=fo时,F
AF
1,所以起振条件为:
同相比例运放的电压放大倍数为代彳1
害,即要求:
Rf2R
3•振荡电路中的负反馈(自动稳幅)
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F
RfR
则电路可以起振,
改变Rf,可改变反馈深度。
增加负反馈深度,并且满足A
并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。
4.振荡频率的调节
1
2RC调节电阻R或电容C的值,即可调节振荡频率;利用波段开关换接不同容量的电容,对频率进行粗调;利用同轴电位器,对振荡频率进行细调。
(二)其他形式的RC振荡电路
1、移相式振荡电路
a=180o,如果反馈网络再相移1800,即可满足产生正弦波振
集成运放产生的相位移
荡的相位平衡条件。
2、双T选频网络振荡电路振荡频率约为:
1
5RC
K
fi
R
2,
时,双T网络的相移为
足产生正弦波振荡的相位平衡条件。
如果放大电路的放大倍数足够大,同时满足振幅平衡条件,即可产生正弦波振荡。
三种RC振荡电路的比较
起振条件r3
当f=fo
名称
电路
形式
振荡
频率
起振
条件
电路特
点及应
用场合
AF
f=180o;反相比例运放的相移a=180o,因此满
RC串并联网络振荡电路
移相式振荡电路
双T网络选频振荡电路
1
02RC
1
23RC
f05RC
Rf12R
AF
可方便地连续调节振荡频率,便于加负反馈稳幅电路,容易得到良好的振荡波形。
电路简单,经济方便,适用于波形要求不高的轻便测试设备中。
选频特性好,适用于产生单一频率的振荡波形。
LC正弦波振荡电路
LC并联电路的特性:
并联电路的导纳:
当频率变化时,并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。
j*
L
~22
R(L)
0C
R2
0L
(0L)2
0时,
电路发生并联谐振。
并联谐振角频率
R)21丄,令:
Q
谐振回路的品质因数
当Q>>1时,
0L
1,谐振频率:
、LC
1
2LC
Z
.1
jC
1
(RjL)(jC)jL
.1
jC
Rj
1
LRj(L)
C
LC并联回路的阻抗:
L
RC
1
2Lc
在谐振频率附近,
Zo
2~
jQ(1-4)
,可见,
发生并联谐振时,
回路等效阻抗:
Zo
Z
1jQ(1
丫。
RC
RC,Q
结论:
1.当f=fo时,电路为纯电阻性,fo时,电路为容性。
所以
2.电路的品质因数
谐振时LC回路中的电流
等效阻抗最大;
LC并联电路具有选频特性。
Q愈大,选频特性愈好。
Q值不同,
当
电容支路的电流:
oCU
0L
22
R(oL)
并联回路的输入电流:
R2(oL)2
所以:
lCQI,当Q>>1时,IC
I,Il
I,lcIl
结论:
谐振时,电容支路的电流与电感支路的电流大小近似相等,
流极小。
(三)变压器反馈式振荡电路
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。
(瞬时极性法)
2、振荡频率和起振条件
振荡频率fo
1
2LC
而谐振回路的输入电
rbeRC
M
(四)电感三点式振荡电路(Hartley)
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
起振条件
振荡频率f0
1
2一(L「L?
—2M)C
坨匚
起振条件
L1M
L2M
「be
电感三点式振荡电路的特点
1•由于二线圈之间耦合很紧,因此容易起振。
2•调节频率方便。
3•—般用于产生几十兆赫以下的频率。
4•输出波形中含有较大的高次谐波,故波形较差。
5.频率稳定度不咼。
(五)电容三点式振荡电路
1、电路组成
用瞬时极性判断为正反馈,
2、振荡频率和起振条件
(Colpitts)
图8.3.4
所以满足自激振荡的相位平衡条件。
振荡频率f0
1
2、LC
起振条件
C2rbe
G
2lg
GC2
(六)电容三点式改进型振荡电路振荡频率
.L厂J
CGC2
选择C< 1, C< A rm G rlL bl 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。 各种LC振荡电路的比较 图8.3.5 名称 变压器反馈式 电感二点式电谷二点式电容二点式改进型 电路形式 振荡频率 起振条件 1 f 1 2v/LC_ 1o 2<(L? L2 2M)C rbeRC L1 M rbe M L2 M R fo fo 2 1 LC1C2 C1C2 C2rbe C1R 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。 振荡波形 频率稳定度 一般 可达1O-4 较差 同左 可达10-4~10-5 适用频率 几千赫~几十兆 赫 同左 几兆赫~一百 兆赫 (七)石英晶体振荡器 石英晶体的基本特性和等效电路 1、基本特性 压电效应: 在石英晶片的两极加一电场,晶片将产生机械变形;若在晶片上施加机械压力,在晶片相应的方向上会产生一定的电场。 压电谐振: 晶片上外加交变电压的频率为某一特定频率时, 2、等效电路 静电电容: 机械振动惯性: 晶片弹性: 磨擦损耗: 振幅突然增加。 串联谐振频率fs 并联谐振频率fp 1 2L 1 1 1 c 1 0 同左 同左 好 可达1O-5 同左 Co L C R LCCo CCo 、并联型石英晶体振荡电路 Co 2 振荡频率f0 i 2LC(C。 C)CC0C GC C1 C2 由于C C0C,fo 1 2、LC 二、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fofs RC充放电 滞回 回路 |比较器 图8.5.2 (八)非正弦波发生电路矩形波发生电路 一、电路组成 滞回比较器: 集成运放、Ri、R图8.5.1 充放电回路: R、C; 钳位电路: VDz、R3。 二、工作原理 设t=0时,Uc=0,uo=+Uz R1 当U=UC=u+时,输出跳变,UO=Uz,贝yu Ri 当u=UC=u+时,输出又一次跳变, 三、振荡周期 电容的充放电规律: uo=+Uz t uc(t)uc(0)uc()euc() 对于放电,心0)訂2Uz uc()Uz,RC 解得: T2RCIn(1空 R2 结论: 改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻,与Ri、R2和Uz有关。 四、占空比可调的矩形波发生电路 z 使电容的充、放电时间常数不同且可调,即可使矩形波发生器的占空比可调。 充电时间放电时间占空比D Ti T2 Ti2(R T22(R D卫 T Rw)CIn(i Rw)CIn(i RRw 2RRw 图8.5.6 三角波发生电路 一、电路组成 Ai滞回比较器 A2反向积分电路 二、工作原理 设t=0时,Uoi=+Uzuc=0 Ri Uoi R2 Uo 阈值电压 当U+=U=0时,滞回比较器的输出发生跳变。 三、输出幅度和振荡周期 当u+=u=0时,uoi跳变为-Uz,uo达到最大值 解得三角波的输出幅度Uom旦Uz R2 振荡周期T 4R4cUom 4RR4C R2 锯齿波发生电路 、电路组成 在三角波的基础上,将积分电容的充电、放电时间常数变为相差悬殊则可。 二、输出幅度和振荡周期 Ri Uom—Uz R2 2RiRwC R2 2RiRwC R2 TTiT2 2RiRwC R2
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