电子学基础第五章.ppt

第五章 振荡与调制 在一个电子线路中，不加输入信号就有信号输出，这种现象称为自激振荡(oscillation)，实现振荡的电路称为振荡器(oscillator)。 振荡器在医学中的应用非常广泛，如超声波诊断仪、各种电疗机等都应用了振荡器。利用振荡可以产生不同波形和不同频率的交变电压，常见的振荡器有两类，一类是正弦波振荡器，另一类是非正弦波振荡器。 调制(modulation)是一种频率较高的波形携带低频信息的过程，而解调(demodulation)则是从已调波中恢复原低频信息的过程，它在生物医学上用于各种生理参数的检测和遥测。 主要内容 第一节 RC正弦波振荡器 第二节 LC正弦波振荡器 第三节 晶体正弦波振荡器 第四节 调幅与检波 第五节 调频与鉴频 第一节 RC正弦波振荡器 自激振荡的基本原理 1. 自激振荡的基本条件 在前面提到，当放大电路中引入正反馈后，往往会产生自激，从而破坏了放大器的正常工作。这说明正反馈放大器有可能形成振荡。那么要满足什么条件，才能使正反馈放大器成为一个自激振荡器呢? 自激振荡器包括两部分，一是基本放大器，放大倍数为K0；二是反馈电路，反馈系数为F。 假设在基本放大器的输入端加输入信号ui，经过放大后的输出信号为uo=K0ui，然后经反馈电路，将输出信号uo的一部分即反馈信号uf=Fuo回送到输入端。如果反馈信号uf与输入信号ui同相位，则构成正反馈回路，结果将加强原输入信号。如果此反馈信号的幅度又足够大，即满足uf≥ui，那么即使将输入信号拿掉，电路也能维持有信号输出，这样就形成了振荡。 由此可见，要产生自激振荡，必须具备两个基本条件： (1)相位条件 反馈信号uf与输入信号ui同相位，即uf与ui的相位差为Φ=2nπ(n=0,1,2…) (2)幅度条件 反馈信号uf应大于或等于输入信号ui，即ui≥uf。因uf=Fuo，而uo=K0ui，所以uf=FK0ui，故本条件可改写为：FK0≥1 只有满足了以上两个基本条件，电路才能形成自激振荡。 2. 正弦波振荡器的基本组成 虽然具备了上述两个条件的正反馈放大器能够产生自激振荡，但如果同时有许多频率的信号(而不是一种频率)都满足这些条件，那么输出端获得的振荡信号将不是单一频率的正弦波，而是一个包含有多种频率信号合成的非正弦波或矩形波。为了获得单一频率的正弦波，振荡电路还必须具有选频作用，具有这种特性的电路称选频电路。多频率的信号通过选频电路后，只有某一频率才满足振荡的两个基本条件，从而得到单一频率的正弦波信号。 选频电路，可以由R、C元件组成，也可用L、C元件组成，还可以由石英晶体组成。 在实际的振荡电路中，选频电路可以作为一个独立的部分，也可以包含在反馈电路中或基本放大器中。 从原理上讲，一个自激正弦波振荡器必须由以下三部分组成：基本放大器、正反馈电路、选频电路。 3.振荡的建立和稳定 如上所述，反馈振荡器是把反馈电压uf作为输入电压，以维持一定的输出电压。 这里就有一个问题，既然输出电压是由输入电压放大得到的，而输入电压又是通过反馈电路由输出电压供给的，那么最初的输入电压又是怎样得到的呢? 在振荡电路中不可避免地含有微小的电扰动，如接通直流电源的一瞬间所产生的电脉冲，以及电路的热噪声等。 由于振荡电路是一个闭合的正反馈系统，因此不管电扰动发生在电路的哪一部分，最终总要传送到基本放大器的输入端，成为最初的输入电压。这些电扰动一般都包含有丰富的频率成分，但在选频电路的作用下，只有某一频率分量可以顺利的通过，其余频率成分均被抑制。被选出的频率分量放大后，经反馈电路又回送到基本放大器的输入端，形成一个循环。在第一循环结束时，第二循环即开始，如此循环往复继续下去。 如果在每次循环中，被选频率分量的反馈电压与循环开始时的输入电压相比较，不仅相位相同，而且振幅也增大，那么经过上述放大—正反馈—再放大—再正反馈的循环过程，被选频率分量的振荡将迅速增大，这样自激振荡就建立起来了。 上述的振荡信号会不会无止境地增长下去呢? 不会。因为随着振荡的增长，反馈信号愈来愈大，必将导致晶体三极管进入非线性工作状态，放大器的放大倍数反而降低，使信号幅度有减少的趋势。因此正反馈使整个电路的振幅不断增长，而放大器的非线性则使之减小，最后达到一个相对稳定的幅度，从而获得一定幅度的等幅振荡。 二. RC串并联选频电路 RC串并联