第9章 信号产生电路研究.ppt

第9章　信号产生电路 9　信号产生电路 引　言 在实践中，信号产生电路可分为正弦波和非正弦波两大类。 在通信、广播、电视系统中，需要高频载波－高频振荡电路。 在工、农、生、医等领域需要不同的振荡电路。 9.1　正弦振荡电路的振荡条件 如图9.1.1‘所示，从结构上来看，正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。 图9.1.1‘所示，表示当开关S置于1时，正弦信号　 输入到放大电路的输入端,经放大电路放大后,输出信号　 再经反馈网络　反馈到放大电路的输入端， 由于 　，若适当选取电路参数，使 ,此时，将开关迅速置于2端，以　 代替 　，则放大电路仍可维持原来输出信号　 的大小，显然，此时的放大电路已经不需要外加输入信号的激励而仍有输出信号输出，即放大电路已经变成了振荡电路。 图9.1.1‘可用图9.1.1(a)表示。图9.1.1(a)改画如图9.1.1(b)所示。 图中 1.　正弦振荡的平衡条件 即或： 上式也可以写成： 式(9.1.2)称为振幅平衡条件，而式(9.1.3)称为相位平衡条件，这是正弦振荡电路维持正弦振荡的两个平衡条件。 振荡电路的振荡频率f0是有式(9.1.3)的相位平衡条件决定的。 一个正弦振荡电路只在一个频率下满足相位平衡条件，这个频率就是f0。 所以，在图(9.1.1)的环路中，一定包含有一个具有选频特性的网络，简称为选频网络。 它可设置在放大电路中，也可设置在反馈网络中； 它可用R、C元件组成，也可用L、C元件组成。 用R、C元件组成选频网络的振荡电路称为RC振荡电路，一般用来产生1Hz～1MHz范围内的低频信号； 用L、C元件组成选频网络的振荡电路称为LC振荡电路,一般用来产生1MHz以上的高频信号。 2.　起振条件 9.2　RC正弦振荡电路 RC正弦振荡电路有桥式振荡电路、双T网络式和移相式振荡电路等类型，此处重点介绍桥式振荡电路。 1.　电路原理 如图9.1.2所示，由于Z1、Z2和R1、Rf正好构成一个四臂电桥，电桥的对角线顶点接到了放大电路的两个输入端，所以这种电路称为桥式振荡电路，又称为文氏电桥振荡电路。 2.　串并联选频网络的选频特性 如图9.1.2所示，反馈网络反馈系数FV(s)为： 由此可得RC串并联选频网络的幅频特性(响应)及相频特性(响应)为 由式(9.2.3)及(9.2.4)可知，当 时，幅频特性(响应)的幅值最大，即 而相频特性(响应)的相位移为零，即 也就是说，当ω＝ω０＝1/RC时，输出电压的幅值最大(输入电压幅值一定，频率可调时)，且输出电压是输入电压的1/3。 同时输出电压与输入电压同相位。 根据式(9.2.3)、(9.2.4)可画出串并联选频网络的频率特性，如图(9.2.2)所示。 图(a)为幅频特性； 图(b)为相频特性。 3.　振荡的建立与稳定 (1)　振荡的可能　由图(9.2.1)可知，在ω＝ω０＝1/RC时，经选频网络传输到运放同相端的电压 　　 　同相，即有　　　　　　　　　　。这样放大电路和由Z1、Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，满足式(9.1.3)的相位平衡条件，因而有可能产生振荡。 (2)　振荡的建立 由于电路存在噪声以及电源接通瞬间的扰动(频谱很广)，都包含有ω＝ω0＝1/RC这一频率成分。这一微弱的信号，经过放大、正反馈(选频)、再放大等过程之后，输出幅度逐渐增大。 (3)　振荡的稳定　利用电路中非线性元件的非线性，可以使振荡幅度自动的稳定向来。由于振荡幅度的增强，将使晶体管工作在非线性区时，放大电路的放大倍数将会下降，最终达到AF＝1，从而可得到幅度稳定的正弦振荡。 另外，也可以在振荡电路中加入负反馈网络来达到稳幅的目的。 4.　振荡频率与振荡波形 由前所述可知，f＝1/(2πRC)。适当调整负反馈的强弱，使AV的值略大于3时，其输出波形即为正弦波，如AV的远略大于3，由于振幅的增大，致使放大器件工作在非线性区，输出波形将产生严重的非线性失真，即输出波形不为正弦波而可能是矩形波。 5.　稳幅措施 (1)　非线性元件的稳幅　为了进一步改善输出电压幅度的稳定，可以在放大电路的负反馈网络中把Rf用一负温度系数的热敏电阻(温度升高，阻值减小)来代替，其稳幅过程如下： 当Vo If 负反馈 AV Vo 输出电压Vo基本恒定不变。 (2)　利用JFET的稳幅　利用JFET工作在可变电阻区进行稳幅。 由第四章的讨论可知，当JFET的vDS较小时，它的RDS可通过vGS来改变，因此，可利用JFET进行稳幅，图(9.2.3)(下页)为一这样的振荡电路。 图中负反馈网络Rp3、R3和JFET的漏源电阻RDS组成。正常工作时，输出电压经二极管D整流和R