正弦波发生电路doc.docx

正弦波发生电路doc.docx

《正弦波发生电路doc.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《正弦波发生电路doc.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

正弦波发生电路doc

正弦波发生电路

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。

11.1产生正弦波的条件

11.1.1正弦波发生电路的组成

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。

正弦波发生电路的组成

放大电路

正反馈网络

选频网络

稳幅电路

11.1.2产生正弦波的条件

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11.01振荡器的方框图                      

比较图11.01（a）和（b）就可以明显地看出负反馈放大电路和正反馈振荡电路的区别了。

由于振荡电路的输入信号

=0，所以

=

。

由于正、负号的改变，有反馈的放大倍数为：

振荡条件是

=1

幅度平衡条件

=1

相位平衡条件AF=A+F=2n

（动画11-1）

11.1.3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

＞1

这称为起振条件。

既然

＞1，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。

11.2RC正弦波振荡电路

11.2.1RC网络的频率响应

RC串并联网络的电路如图11.02所示。

RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的

图11.02RC串并联网络

阻抗用Z2表示。

其频率响应如下

谐振频率为

f0= 

当R1=R2，C1=C2时，谐振角频率和谐振频率分别为：

，

幅频特性 

相频特性

当f=f0时的反馈系数

，且与频率f0的大小无关，此时的相角F=0。

即调节谐振频率不会影响反馈系数和相角，在调节频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。

11.2.2RC文氏桥振荡电路

（1）RC文氏桥振荡电路的构成

RC文氏桥振荡器的电路如图11.03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。

图11.03RC文氏桥振荡器

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。

当C1=C2、R1=R2时

F=0

f0=

为满足振荡的幅度条件

=1，所以Af≥3。

加入R3R4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。

若热敏电阻是负温度系数，应放置在R3的位置，如图11.03。

采用反并联二极管的稳幅电路如图11.04所示。

电路的电压增益为

式中R”p是电位器上半部的电阻值，R’p是电位器下半部的电阻值。

R’3=R3//RD，RD是并联二极管的等效平均电阻值。

当Vo大时，二极管支路的交流电流较大，RD较小，Avf较小，于是Vo下降。

由图（b）可看出，二极管工作在C、D点所对应的等效电阻，小于工作在A、B点所对应的等效电阻，所以输出幅度小。

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。

（a）稳幅电路（b）稳幅原理图

图11.04反并联二极管的稳幅电路（动画11-2）

例1

11.3LC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，正反馈网络因不同类型的LC正弦波振荡电路而有所不同。

11.3.1LC并联谐振电路的频率响应

LC并联谐振电路如图11.05（a）所示。

显然输出电压是频率的函数

输入信号频率过高，电容的旁路作用加强，输出减小；反之频率太低，电感将短路输出。

并联谐振曲线如图11.05（b）所示。

（a）LC并联谐振电路（b）并联谐振曲线

                                          图11.05并联谐振电路及其谐振曲线

谐振时

谐振频率

                                      图11.06有损耗的谐振电路

考虑电感支路的损耗，用R表示，如图

11.06所示。

谐振时，电感支路电流或电容支路

电流与总电流之比，称为并联谐振电路的品

质因数

对于图11.05（b）的谐振曲线，Q值大的曲线较陡较窄，图中Q1＞Q2。

并联谐振电路的谐振阻抗      

                           谐振时，LC并联谐振电路相当一个电阻。

11.3.2变压器反馈LC震荡电路

变压器反馈LC振荡电路如图11.07所示。

LC并联谐振电路作为三极管的负载，反馈线圈Ｌ2与电感线圈Ｌ相耦合，将反馈信号送入三极管的输入回路。

交换反馈线圈的两个线头，可改变反馈的极性。

调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，以使正反馈的幅度条件得以满足。

有关同名端的极性请参阅图11.08。

图11.07变压器反馈LC振荡电路图11.08同名端的极性

变压器反馈LC振荡电路的振荡频率与并联LC谐振电路相同，为

11.3.3电感三点式LC震荡电路

图11.09为电感三点式LC振荡电路。

电感线圈L1和L2是一个线圈，2点是中间抽头。

如果设某个瞬间集电极电流减小，线圈上的瞬时极性如图所示。

反馈到发射极的极性对地为正，图中三极管是共基极接法，所以使发射结的净输入减小，集电极电流减小，符合正反馈的相位条件。

图11.10是另一个电感三点式LC振荡电路

             图11.09电感三点式LC振荡电路（CB）图11.10电感三点式LC振荡电路（CE）

图11.11三点式振荡电路

分析三点式LC振荡电路常用如下方法，将谐振回路的阻抗折算到三极管的各个电极之间，有Zbe、Zce、Zcb，如图11.11所示。

对于图11.09Zbe是L2、Zce是L1、Zcb是C。

可以证明，若满足相位平衡条件，Zbe和Zce必须同性质，即同为电容或同为电感，且与Zcb性质相反。

11.3.4电容三点式LC振荡电路

与电感三点式LC振荡电路类似的有电容三点式LC振荡电路，见图11.12

                     （a）CB组态（b）CE组态

                       图11.12电容三点式LC振荡电路

例11.1：

图11.13为三点式振荡电路试判断是否满足相位平衡条件。

          （a）（b）

图11.13例题11.1的电路图

     图（a）为电感三点式LC振荡器，图（b）为电容三点式LC振荡器。

他们都满足振荡器结构条件。

11.3.5石英晶体LC振荡电路

利用石英晶体高品质因数的特点，构成LC振荡电路，如图11.14所示

                          （a）串联型f0=fs（b）并联型fs

图11.14石英晶体振荡电路

石英晶体的阻抗频率特性曲线见图11.15,它有一个串联谐振频率fs,一个并联谐振频率fp，二者十分接近。

对于图11.14（a）的电路与电感三点式振荡电路相似。

要使反馈信号能传递到发射极，为此石英晶体应处于串联谐振点，此时晶体的阻抗接近为零。

对于图11.14（b）的电路，满足正反馈的条件，为此，石英晶体必须呈电感性才能形成LC并联谐振回路，产生振荡。

由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性

                   图11.15石英晶体的电抗曲线

例11.2：

分析图11.16的振荡电路能否产生振荡，若产生振荡石英晶体处于何种状态？

                            （a）（b）

                                       图11.16例11.2电路图

   图（a）为并联型晶体振荡器，晶体相当于电容三点式中的电感；图（b）为串联型晶体振荡器，

在晶体的串联谐振频率上，晶体相当于短路线，接通了正反馈通路。