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8.1 正弦波信号发生器8.1.1自激振荡的基本原理 1.振荡的平衡条件 在放大器输入端取断点a，从a点输入信号Xa，通过放大通路和反馈通路后，有一反馈信号Xa’ 送回到点a，显然 当反馈信号与输入信号相等时，则可将输入信号去掉，将断点接上，电路仍保持输出不变。在这种情况下，构成一个无信号输入而有信号输出的电路，完成由放大器变为振荡器的过渡。 振荡器维持振荡的条件 它具体包含以下两方面的内容： ⑴相位平衡条件：电路必须引入正反馈，以保证反馈信号与原输入信号相位相同。即 φA+φF=2nπ (n=0,±1,±2…) ⑵幅度平衡条件：应使AF=1，以保证反馈信号的大小与原输入信号相等。 2.自激振荡与稳幅 实际上，振荡器并不存在前面所假设的初始输入信号，它最初的输入信号是振荡器合上电源的瞬间在其内部产生的一个微小的电冲击。由于振荡器是一个闭合的回路，在其内部任何地方产生的电冲击都可以反映到放大器的输入端，这就是上述的最初输入信号。 由于此信号非常微弱，如果电路仅满足维持振荡的条件，则电路无法保持正常输出。因此，在振荡初期，必须保证每次反馈到输入端的信号都要大于前一次的输入信号， 这样放大器的输出信号才会逐渐增加，整个电路才会自激振荡。所以，振荡器能产生自激振荡的条件是AF1。 当输出幅值增加到一定数值时，放大器将从线性放大区进入非线性放大区，此时放大倍数下降，逐渐由大于1降到等于1，使得输出信号稳定在一个幅度上。这个过程称为稳幅。为避免放大器进入非线性放大区，振荡器通常还应有稳幅环节。 3. 正弦振荡器的组成 综上所述，正弦振荡器一般应包括以下几个基本环节： ⑴放大电路：完成信号放大功能。其中包括保证放大器正常放大的负反馈电路； ⑵反馈网络：这里特指构成振荡的正反馈电路； ⑶选频网络：要输出单一频率的正弦波信号，必须要选择满足相位平衡条件的频率为振荡器的振荡频率。选频网络通常与反馈网络为一体； ⑷稳幅环节：在输出信号变化或温度变化时，使放大器放大倍数或反馈网络反馈系数变化，以保证输出信号稳定。 在判断正弦振荡器能否正常工作时，除了看其组成是否包含以上几环节外，还要注意放大器的静态工作点是否合适，最好具体判断是否引入的正反馈，有时还要考虑是否满足幅度平衡条件。 8.1.2 RC正弦振荡器 RC正弦振荡器用于产生低频正弦信号，常见的RC正弦振荡器有文氏电桥振荡器。 1.文氏电桥的选频特性 Z1和Z2分别称为电桥的两臂，其中 当ω=1/RC=ω0即f=1/2πRC时，F达最大值1/3，且φ=0，输出电压与输入电压同相。 2. 工作原理 仍然将a点选在引入正反馈的同相输入端。 电源合闸后产生的最初电压信号ui由此引入，电路的电压放大倍数为A=1+RF/R1。 放大后的输出电压中只有ω=ω0的输出电压uo才会使反馈到同相输入端的信号uf满足振荡的相位平衡条件；且反馈系数达最大值F=1/3，只要运放的放大倍数A＞3，就满足振荡的幅度平衡条件，产生f=f0的正弦波自激振荡。 其余频率的谐波因不能构成正反馈和反馈量太小而受到抑制，电路起振后输出频率为f0的正弦电压。 3. 电路参数的确定 由维持振荡的条件决定电阻R1、RF的参数: AF=(1+RF/R1)/3=1 RF=2R1 频率参数关系为 f0=1/(2πRC) 改变文氏电桥参数R、C，即可改变振荡频率f0。为保证电路可靠起振，应使RF略大于2R1。 文氏电桥RC正弦振荡器调节频率比较方便，常用于频率可调的音频振荡电路中。但是由于减小R和C的数值，会使电路负载加重，因此由集成运放组成的RC正弦振荡器的振荡频率较低，一般不超过1MHz。 4. 稳幅措施 为了保证既有较好的输出波形，又能可靠起振，常采用稳幅措施。 图为二极管稳幅的文氏电桥振荡器。 起振时，二极管D1和D2均工作在死区，相当于断路； 起振后，随着uo幅值增大，不论在uo的正半周还是在负半周，D1 与D2中总有一个处于正向导通状态，正向电阻为rd此时的放大倍数A=1+(RF//rd)/R1； 随着Uo↑→正向电阻rd ↓ → A↓ →AF↓，直到降到满足维持振荡的条件(AF=1)为止。 8.1.3.?????? LC型正弦波信号发生器 LC型正弦波信号发生器主要用于产生高频信号。由于集成运放的频带较窄，所以，LC型正弦波振荡电路一般用分立元件组成。 ? 根据采用的反馈环节不同，LC正弦振荡器可分为变压器反馈式、电感三点式、电容三点式等不同类型。其共同特点是以LC并联谐振回路做选频网络。 LC并联谐振回路中，当RωL 时 谐振频率 谐振回路相当于一个很大的电阻 1. 变压器反馈式LC正弦振荡器 ⑴