電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

第八章正弦波振蕩電路8.1概述8.2RC橋式振蕩電路8.3工程實例8.4電路仿真8.5本章小結(jié)1、集成運算放大電路的內(nèi)部組成是怎樣的？2、集成運放工作在線性區(qū)與非線性區(qū)各自有什么特點？3、如何運用“虛短”、“虛斷”的特點實現(xiàn)比例運算、加減運算、積分運算？本章需解決的問題1、什么是正弦波振蕩電路的起振和平衡條件？2、正弦波振蕩電路的組成有哪些？3、怎么分析RC橋式振蕩電路？4、RC橋式振蕩電路有什么作用？5、怎么用仿真軟件驗證RC橋式振蕩電路的起振和平衡條件？本章需解決的問題第八章正弦波振蕩電路右圖中的儀器是什么？萬用表函數(shù)信號發(fā)生器示波器交流毫伏表ABCD提交正弦波振蕩電路在沒有外加輸入的情況下，依靠電路自激振蕩能夠產(chǎn)生單一頻率、幅值穩(wěn)定的正弦波信號，因此通常被稱為正弦波發(fā)生電路。

單選題1分8.1.1正弦波振蕩電路的組成8.1概述正弦波振蕩的組成框圖（1）放大電路。放大電路由集成運放或分立元件構(gòu)成，具有一定電壓放大倍數(shù)，使電路獲得一定幅值的輸出量。（2）選頻網(wǎng)絡(luò)。選出滿足振蕩條件的單一正弦頻率信號，確定電路的振蕩頻率。（3）正反饋網(wǎng)絡(luò)。將輸出信號通過正反饋引入到輸入端。（4）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。用于穩(wěn)定輸出信號幅值，使振蕩電路能夠自動由起振條件過渡到平衡條件，最終使電路達到等幅振蕩。

在實際電路中，常將選頻網(wǎng)絡(luò)與正反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一。對于分立元件放大電路，也不再另外增加穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，而是依靠晶體管的非線性特性來達到穩(wěn)幅作用。

正弦波振蕩電路一般由放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四部分組成。正弦波振蕩電路的組成

正弦波振蕩電路一般由放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)組成。（1）放大電路。放大電路由集成運放或分立元件構(gòu)成，具有電壓放大倍數(shù)。（2）選頻網(wǎng)絡(luò)。選出滿足振蕩條件的單一正弦頻率信號，確定電路振蕩頻率。（3）正反饋網(wǎng)絡(luò)。將輸出信號通過正反饋引入到輸入端。（4）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。用于穩(wěn)定輸出信號幅值，使電路從起振過渡到平衡，最終達到等幅振蕩。

實際電路中，常將選頻網(wǎng)絡(luò)與正反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一。8.1.2產(chǎn)生正弦波振蕩的條件8.1概述在圖示電路中，假設(shè)先將開關(guān)S接在1端，接入一個正弦電壓，

經(jīng)放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)后，在2端將得到一個同樣頻率、幅值放大后的正弦波反饋電壓uf。然后將開關(guān)S接到2端，使反饋電壓取代輸入信號，如果>，此時電路即使沒有外加的也能輸出正弦信號，即開始了自激振蕩。正弦波產(chǎn)生的過程如下：即輸出電壓

的增大使反饋電壓

增大。開關(guān)S接到2端后，放大電路的輸入電壓

就是反饋電壓

，故將進一步增大。8.1.2產(chǎn)生正弦波振蕩的條件8.1概述1.正弦波振蕩的條件無外加信號，輸出一定頻率一定幅值的信號。在正弦波振蕩電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。8.1.2產(chǎn)生正弦波振蕩的條件8.1概述輸出電壓在開關(guān)合閘后應(yīng)該有一個從小到大直至平衡的過程，因此起振條件為反饋型振蕩原理圖10要使電路維持振蕩，必須有幅值平衡條件相位平衡條件1.正弦波振蕩的平衡條件8.1.2產(chǎn)生正弦波振蕩的條件8.1概述德國物理學家MaxWien（1866-1938）1891年，德國物理學家MaxWien發(fā)明了文氏電橋正弦波振蕩器，但由于沒有研究出獲得電路增益的方法，因此無法制造出可實際使用的振蕩器。1939年，WilliamRedingtonHewlett在其碩士論文中進行了完善。根據(jù)發(fā)明者的姓名,這個電路被命名為Wienbridge，也就是文氏電橋。8.2RC文氏橋式振蕩電路8.2.1電路組成8.2RC橋式振蕩電路RC正弦波振蕩電路主要用于產(chǎn)生1Hz~1MHz低頻正弦信號

RC橋式振蕩電路圖8.2RC橋式振蕩電路a)RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)b)放大電路RC橋式振蕩電路的分解單元8.2.2RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)8.2RC橋式振蕩電路a)RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)

當R1=R2=R，C1=C2=C時，令反饋系數(shù)為幅頻特性為相頻特性為8.2.2RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)1.RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)分析15令

，即8.2RC橋式振蕩電路8.2.2RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)161、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)f=f0時，幅值最大，相移為零8.2RC橋式振蕩電路當

=

0時，有

根據(jù)

0的設(shè)置，得到振蕩頻率稱為RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的固有頻率，反饋系數(shù)的頻率特性也是RC橋式正弦波的頻率。8.2.2RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)18電路可以輸出頻率為的正弦波因此，放大電路的電壓增益為振蕩電路振幅平衡條件?所以，當

時，

當交流信號頻率繼續(xù)調(diào)高時，輸出電壓開始減小。根據(jù)上述情況可知，如果給RC串并聯(lián)電路輸入各種頻率的信號，只有頻率為的信號才有較大的電壓輸出，也就是說，RC串并聯(lián)電路能從眾多的信號中選出頻率為的信號，達到選頻的效果。8.2RC橋式振蕩電路8.2.2RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)2.實驗方法分析頻率特性RC串并聯(lián)電路測試

給電路輸入一個電壓幅值不變而頻率可調(diào)的交流信號，在電路輸出端用電壓表測量輸出電壓

將輸入交流信號頻率從0Hz開始慢慢調(diào)高，同時觀察電壓表指示，會發(fā)現(xiàn)電壓表指示的電壓值慢慢由小變大，當交流信號頻率

輸出電壓uf達到最大值，即8.2RC橋式振蕩電路8.2.3RC橋式振蕩電路b)放大電路起振條件當f=f0

時由幅值條件，運算放大器的增益應(yīng)大于3。同相比例運放的電壓放大倍數(shù):即要求

同相比例放大電路

，滿足相位起振條件21采用非線性元件穩(wěn)幅措施熱敏元件熱敏電阻即熱敏電阻的作用起振時，Rf溫度↑8.2RC橋式振蕩電路8.2.4穩(wěn)幅措施熱敏電阻穩(wěn)幅電路1.熱敏電阻穩(wěn)幅若R1

為熱敏電阻，應(yīng)具有正溫度系數(shù)還是負溫度系數(shù)？正溫度系數(shù)穩(wěn)幅原理：負溫度系數(shù)8.2RC橋式振蕩電路8.2.4穩(wěn)幅措施2.二極管穩(wěn)幅

二極管D1、D2作為反饋支路元件，利用二極管非線性特性自動改變放大倍數(shù)。

起振時輸出信號uo幅度小，二極管等效電阻rd大，Auf大；隨著輸出電壓uo幅值增加，電流增大,rd減小，Auf下降，從而實現(xiàn)自動穩(wěn)幅。24【例】電路如圖所示，已知R=10kΩ,C=0.01μF。(1)試求振蕩器的振蕩頻率f0。(2)為保證電路起振，Rf與R1應(yīng)有何種關(guān)系？(3)若用熱敏電阻來穩(wěn)幅，Rf應(yīng)具有何種溫度系數(shù)？解：Rf>2R1負8.2RC橋式振蕩電路8.2.4穩(wěn)幅措施解正弦波振蕩電路如圖8-2-6所示，已知，R=10kΩ，C=0.01μF，R1=2kΩ，R3=4.5kΩ

,設(shè)A是理想集成運放，輸出穩(wěn)定后二極管的動態(tài)電阻rd=500Ω。試求電路穩(wěn)定輸出時R2的阻值及電路的振蕩頻率。例8-1

根據(jù)已知條件，電路振蕩頻率如下基本放大電路的電壓增益表達式為

8.3

工程實例8.3.1頻率可調(diào)的音頻發(fā)生電路

圖示是一種常見的調(diào)節(jié)振蕩頻率的方法。在RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，利用同軸波段開關(guān)換接不同容量的電容對頻率進行粗調(diào)，利用同軸電位器RW對振蕩頻率進行細調(diào)。采用這種方法可以很方便地在一個比較寬泛的范圍內(nèi)對振蕩頻率進行連續(xù)調(diào)節(jié)。將開關(guān)放在“×1”位置時，調(diào)節(jié)電位器RW，可調(diào)節(jié)的振蕩頻率范圍為

以此類推，電路可實現(xiàn)的三檔頻率的調(diào)節(jié)范圍分別為：19HZ-212HZ，190HZ-2.12KHZ，1.9KHZ-21.2KHZ。這三檔調(diào)節(jié)頻率均在音頻范圍之內(nèi)，且相鄰檔有部分重合調(diào)節(jié)范圍，保障了從19HZ到21.2KHZ，全部音頻頻率范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，這實際上是一臺頻率可調(diào)的音頻信號發(fā)生器。8.3

工程實例8.3.2電子琴電路利用RC橋式正弦波振蕩電路可以實現(xiàn)電子琴電路。將RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)中的R2用一組電阻和開關(guān)代替，按下不同的開關(guān)（琴鍵），對應(yīng)的R2不同，產(chǎn)生的振蕩頻率不同，即可輸出不同音階的音頻信號。再經(jīng)后級功率放大，就可在喇叭中產(chǎn)生相應(yīng)的聲音。設(shè)計電路時，可根據(jù)不同的音調(diào)選擇R2的值。C調(diào)時音階對應(yīng)的頻率C調(diào)1234567if/Hz2642973303523964404955288.3

工程實例8.3.2電子琴電路實際調(diào)試電子琴電路時，可先按下高音i鍵，用示波器觀測輸出波形，調(diào)節(jié)Rf使電路輸出期望的振蕩。然后，再按下1鍵，如果波形失真，可再微調(diào)Rf，使波形改善。注意，應(yīng)再反過來按下i鍵，復(fù)查能否起振。如果能起振，則調(diào)試完畢