第09章 信号产生电路 27页

康华光模电(第五版)

9章 信号处理与信 号产生电路

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信号产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。 正弦波振荡电路的振荡条件

RC正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路 石英晶体振荡电路

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正弦波振荡电路的振荡条件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。

Xa = Xi + X f

Xf

X0 X f = =1 Xa Xa X0

→ Xa = X f →

振荡条件 幅度平衡条件

&& AF = 1

A F = A F∠ a + f = 1 →动画

& F = A F = 1 相位平衡条件 A&

AF = a+ f= 2nπn = 0,1,2...

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动画11-1

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振荡电路的振荡频率f0振荡频率f0由相位平衡条件决定。正弦波振荡电路只在一个频率下(f0)满足相位平

衡条件。

选频网络可设在 A 中或 F 中。 选频网络由RC元件或LC元件组成。低频 1HZ ~1MHZ 高频 1MHZ以上

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RC正弦波振荡电路 RC正弦波振荡电路电路原理(1) 电路的构成RC 串并联网络是 正反馈网络，Rf 和R1 为负反馈网络。 RC串并联网络与Rf、R1负反馈支路正好构成一个桥 路，称为桥式。

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(2)RC串并联选频网络的选频特性 串并联选频网络的选频特性Z1 = R + (1 / jω C )

Z 2 = R //(1 / jω C ) R = 1 + jω RC & Vf Z2 & = FV = & V Z +Zo 1

2

R / 1 R ( + jω RC) = = R + (1 / jω C ) + [R / (1 + jω RC )] [R + (1 + jω C )](1 + jω RC ) + R= 1 1 3 + j ω RC ω RC

令ω0=1/RC

& FV =

1 ω ω0 3 + j ω ω 0

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反馈系数& FV = 1 ω ω0 3 + j ω ω 0

当C1 =C2、R1 =R2时: ω=ω0=1/RC 或 f = f0 =1/2πRC FVmax=1/3

f =0

当 f=f0 时的反馈系 数 与频率f0无关。此时 的相角 f =0°。即改变 频率不会影响反馈系数 和相角，在调节谐振频 率的过程中，不会停振， 也不会使输出幅度改变。RC串并联网络的频率特性曲线

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(3)振荡的建立与稳定为满足振荡的幅度条件 | A F |=1, & & 所以Af≥3。加入Rf、R1支路，构成串 联电压负反馈。

Af = 1 +

Rf R1

≥3

当电路达到稳定平衡状态时：

AV = 3

& Vf 1 FV = = & Vo 3

1 f = f0 = 2π RC

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(4) 电路的稳幅过程振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R1实现的。R1是正 温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R1上所加的电压 升高，即温度升高，R1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Rf 的位置。

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例 1 :⑴.试分析D1、D2自动稳幅原理；⑵.估算输出电压V0m;(VD=0.6V) ⑶.试画出若R2短路时，输出电压V0的波形； ⑷.试画出若R2开路时，输出电压V0的波形；

解：⑴.稳幅原理当v0幅值很小时， D1、D2 接近开路，R’3=2.7K。

AV = R2 + R3' + R1 / R1 ≈ 3.3

当v0幅值较大时， D1或D2 导通，R’3减小，AV下降。

(

)

V0 幅值趋与稳定。 幅值趋与稳定。

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⑵.估算输出电压V0m (VD=0.6V)稳幅时： AV = 9.1K + R3' + 5.1K / 5.1K ≈ 3' ∴ R3 = 1.1K

(

)

I

0.6V I= 1.1K V0 m = 1.1K + 5.1K + 9.1K ∴V0 m 15.3K × 0.6V = 1.1K + 5.1K + 9.1K

≈ 8.35V

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⑶.若R2短路时 Q AV = (R2 + R3' + R1 ) / R1AV<3,电路停振， 输出电压V0的波形为

(4). 若R2开路时，输出电压V0的波形

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动画11-2

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LC正弦波振荡电路 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。 LC并联谐振回路通常RωL1 Z≈ 1 jω C ( jω L ) + R + jω L = L C 1 ) R + j (ω L ωC

jω C

谐振时：

ω0 L

1 =0 ω 0C

1 Z= 1

jω C jω C

( R + jω L ) + R + jω L

1 谐振频率： f 0 = 2π LC

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品质因素 并联谐振时总电流与电感支路电流或电容 支路电流之比。

Q = I L /I = I C / I = ω 0 L / R = 1 / ω 0 CR谐振曲线Q值越大，曲线较陡较窄。 并联谐振电路的谐振阻抗 L Q = Qω 0 L = Z0 = RC ω 0C 谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。 输入电流 IS 和 IL 或 IC 的关系

V0 = I S Z 0 = I S Q / ω 0C

I C = ω 0CV0 = QI S通常Q1,所以 IC≈IL IS