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《模拟电子技术基础》教案 第八章 波形的发生与信号的转换高教版
第八章 波形的发生与信号的转换(6学时)
主要内容:
8.1 正弦波振荡电路的振荡条件
8.2 RC正弦波振荡电路
8.3 LC正弦波振荡电路
基本要求:
8.1 掌握正弦波振荡的相位平衡条件、幅度平衡条件
8.2 掌握RC正弦波振荡电路的工作原理、起振条件、稳幅原理及振荡频率的计算
8.3 掌握LC正弦波振荡电路的工作原理、起振条件、稳幅原理及振荡频率的计算
教学要点:
介绍正弦波振荡电路的振荡条件,重点介绍RC、LC正弦波振荡电路
讲义摘要:
8.1正弦波振荡电路的振荡条件
引 言
正弦波发生电路能产生正弦波输出,它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的,它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。
一、正弦波产生条件
1. 正弦波振荡电路
为了产生正弦波,必须在放大电路里加入正反馈,因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是,这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波,这是由于很难控制正反馈的量。
如果正反馈量大,则增幅,输出幅度越来越大,最后由三极管的非线性限幅,这必然产生非线性失真。反之,如果正反馈量不足,则减幅,可能停振,为此振荡电路要有一个稳幅电路。
为了获得单一频率的正弦波输出,应该有选频网络,选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。
因此,正弦波振荡电路由放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅电路组成。
2. 振荡平衡条件
产生正弦波的条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。只不过负反馈放大电路中是由于信号频率达到了通频带的两端,产生了足够的附加相移,从而使负反馈变成了正反馈。在振荡电路中加的就是正反馈,振荡建立后只是一种频率的信号,无所谓附加相移。
(a) 负反馈放大电路 (b) 正反馈振荡电路
图8.1.1负反馈放大电路和正反馈振荡电路框图比较
正反馈一般表达式:
振荡条件为:
包括振幅平衡条件: ,相位平衡条件:( AF = (A+( F= (2n(
3. 起振条件和稳幅原理
振荡器在刚刚起振时,为了克服电路中的损耗,需要正反馈强一些,即要求
。既然 ,起振后就要产生增幅振荡,需要靠三极管大信号运用时的非线性特性去限制幅度的增加,这样电路必然产生失真。这就要靠选频网络的作用,选出失真波形的基波分量作为输出信号,以获得正弦波输出。
也可以在反馈网络中加入非线性稳幅环节,用以调节放大电路的增益,从而达到稳幅的目的。这在下面具体的振荡电路中加以介绍。
二、RC正弦波振荡电路
1. RC网络的频率响应
1) RC串并联网络的电路
如图8.2.1 所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示,RC并联臂的阻抗用Z2表示。
其频率响应如下:
图8.2.1 RC串并联网络
2)频率特性
(1) 幅频特性表达式:
(2):
频率特性曲线如图图8.2.2
(a) 幅频特性曲线
(b) 相频特性曲线
图8.2.2 频率特性曲线
振荡频率为 时 ,幅频值最大为1/3,相位(F=0(
因此该网络有选频特性。
2. RC文氏桥振荡器
(1) RC文氏桥振荡电路的构成
RC文氏桥振荡电路如图8.2.3所示,RC 串并联网络是正反馈网络,另外还增加了R3和R4负反馈网络。C1、R1和C2、R2正反馈支路与R3、R4负反馈支路
正好构成一个桥路,称为文氏桥。 如下图8.2.3 文氏桥式振荡电路
图8.2.3
图8.2.3
可导出:
图8.2.3 文氏桥式振荡电路
为满足振荡的幅度条件 ( (=1,所以Af≥3。加入R3、R4支路,构成串联电压负反馈。
(2) RC文氏桥振荡电路的稳幅过程
RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R4实现的。R4是正温度系数热敏电阻,当输出电压升高,R4上所加的电压升高,即温度升高,R4的阻值增加,负反馈增强,输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数,应放置在R3的位置。
采用反并联二极管的稳幅电路如图8.2.4所示:二极管工作在A、B点,电路的增益较大,引起增幅过程。当输出幅度大到一定程度,增益下降,最后达到稳定幅度的目的。
图8.2.4 反并联二极管的稳幅电路
三、LC正弦波振荡电路
LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似,包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。这里的选频网络是由LC并联谐振电路构成,正
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