4.1正弦波產生電路

4.1.1產生正弦波振蕩的條件如圖4.1所示,正弦波振蕩器的基本結構由引入正反饋的反饋網絡和基本放大電路組成。放大電路引入反饋后,在一定的條件下能產生自激振蕩,使電路不能正常工作,因此必須設法消除振蕩。但是在另一些情況下,人們又利用這種自激振蕩現象,使放大器變成振蕩器,產生高頻或低頻的正弦波信號。在圖4.1中,假設開關S接在信號源輸入端,并在放大電路的輸入端1加上一定頻率、一定幅度的正弦波信號經過基本放大電路和反饋網絡后,在反饋輸出端2得到一個與頻率相同、大小相等、相位一致的反饋信號。那么,若將S扳向反饋輸出端,放大電路的輸出信號仍將與原來完全相同,沒有任何改變。下一頁返回4.1正弦波產生電路

注意到此時電路未加入任何輸入信號,但在輸出端卻得到一個正弦波信號。也就是說,放大電路產生了正弦振蕩。由此可知,電路產生振蕩信號需滿足又因為=所以產生正弦波振蕩的條件是上一頁下一頁返回4.1正弦波產生電路

式(4.1)可以分別用幅度平衡條件和相位平衡條件來表示,即上一頁下一頁返回4.1正弦波產生電路

4.1.2正弦波振蕩器的組成及分析方法正弦波振蕩電路一般由四部分組成:基本放大電路、反饋網絡、選頻網絡和穩(wěn)幅電路。選頻網絡是為了獲得單一頻率的正弦波振蕩,穩(wěn)幅電路是為了使振蕩信號幅值穩(wěn)定。正弦波振蕩電路的選頻網絡若由R、C元件組成,稱為RC正弦波振蕩電路;若由L、C元件組成,則稱為LC正弦波振蕩電路。后者可產生頻率高達1000MHz以上的正弦波信號,而前者的振蕩頻率一般為幾赫茲到幾百千赫茲的低頻信號。本章主要介紹RC正弦波振蕩電路。通常采用下面的方法來分析判斷電路能否產生振蕩:上一頁下一頁返回4.1正弦波產生電路

(1)檢查電路是否具備正弦波振蕩器的組成部分,即是否具有放大電路、反饋網絡、選頻網絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié);(2)檢查放大電路的靜態(tài)工作點是否能保證放大電路正常工作;(3)分析電路是否滿足振蕩條件。4.1.3RC橋式正弦波振蕩電路RC橋式正弦波振蕩電路是使用較廣泛的RC振蕩電路之一,它的選頻網絡是一個由R、C元件組成的串并聯網絡。振蕩電路的原理圖如圖4.2所示,它由兩部分組成,即放大電路Au和選頻網絡Fu。下面首先分析RC串并聯網絡的選頻特性,并由相位平衡條件和幅度平衡條件求得電路的振蕩頻率和起振條件。然后介紹如何引入負反饋以改善振蕩波形及振幅的穩(wěn)定問題。上一頁下一頁返回4.1正弦波產生電路

1.RC串并聯網絡的選頻特性RC串并聯網絡由電阻R1與電容C1相串聯、電阻R2與電容C2相并聯組成,如圖4.3所示。先定性分析它的頻率特性,然后進行定量分析。2.振蕩頻率與起振條件1)振蕩頻率為了滿足振蕩的相位平衡條件,要求φα+φf=2nπ。以上分析說明了當f=fo時,串并聯網絡的φf=0,則如果在此頻率下能使φα=2nπ,即放大電路的輸出電壓與輸入電壓同相,就能達到相位要求。在圖4.2所示的RC橋式正弦波振蕩電路中,放大部分Au采用集成運放所組成的電壓串聯負反饋電路,即為同相比例放大電路,φα=2π。上一頁下一頁返回4.1正弦波產生電路

因此,電路在fo時,φα+φf=2nπ,而對于其他任何頻率,則不滿足振蕩的相位平衡條件,所以電路的振蕩頻率fo=1/(2πRC)。2)起振條件上一頁下一頁返回4.1正弦波產生電路

3.穩(wěn)幅措施當調整負反饋的強弱,的值略大于3時,其輸出波形為正弦波,如的值遠大于3,則因振幅的增長,致使放大器件工作到非線性區(qū)域,波形將產生嚴重的非線性失真。為了進一步改善輸出電壓幅度的穩(wěn)定性,可以在放大電路的負反饋回路里采用非線性元件來自動調整反饋的強弱以維持輸出電壓恒定。例如,在圖4.2中,Rf可用一溫度系數為負的熱敏電阻代替,熱敏電阻的阻值隨著溫度的升高而減小,不是一個常數,因而將它作為反饋電阻時,反饋系數F也不是常數。因此,當輸出電壓增大時,流過熱敏電阻的電流隨之增大,由于發(fā)熱增加,其阻值相應減小,則負反饋作用增強,放大電路的增益下降,使輸出電壓基本保持穩(wěn)定,反之亦然。上一頁下一頁返回4.1正弦波產生電路

4.1.4LC正弦波振蕩電路LC振蕩器應用很廣,如應用于加熱金屬工件的中頻或高頻感應爐,用于金屬材料探傷的超聲波發(fā)生器,以及無線電通信的發(fā)射機和接收機等。與RC振蕩器一樣,LC振蕩器包括三個部分:基本放大電路、正反饋電路和選頻網絡。LC振蕩器自激振蕩的條件也和RC振蕩器一樣,必須同時滿足相位平衡條件φ=2nπ(n=0,1,2,…)和幅度平衡條件AF=1。上一頁返回4.2非正弦波產生電路在許多電子儀器和設備(如計算機、雷達、示波器等)中,還需要應用矩形波、三角波、鋸齒波等非正弦信號。由于這些信號中包含了豐富的諧波成分,因此又稱這一類非正弦信號發(fā)生器為多諧振蕩器。矩形波、三角波、鋸齒波等非正弦波實質是脈沖波形。產生這些波形一般是利用惰性元件電容C和電感L的充放電來實現的,由于電容使用起來方便,所以實際中主要用電容。4.2.1脈沖波產生電路1.電路結構R、C串聯組成的脈沖波產生電路,如圖4.8所示。下一頁返回4.2非正弦波產生電路

2.工作原理如果開關S在位置1且穩(wěn)定,突然將開關S扳向位置2,則電源UCC通過R對電容C充電,將產生暫態(tài)過程式中,τ為時間常數,大小反映了過渡過程(暫態(tài)過程)的進展速度。τ越大,過渡過程的進展越慢。τ近似地反映了充放電的時間。其中uC(0+)為響應的初始值,uC∞為響應的穩(wěn)態(tài)值。對于充電,三要素的值分別為上一頁下一頁返回4.2非正弦波產生電路

穩(wěn)定后,再將開關S由位置2扳向位置1,則電容器將通過電阻放電,這又是一個暫態(tài)過程,其中三要素為改變充放電時間,可得到不同的波形,如圖4.9所示。上一頁下一頁返回4.2非正弦波產生電路

4.2.2矩形波產生電路矩形波是指具有高、低兩種電平,且做周期變化的波形。如果波形處于高電平和低電平的時間相等,則稱為方波。方波發(fā)生器是非正弦波發(fā)生器中應用最廣的電路,數字電路和微機電路中的時鐘信號就是由方波發(fā)生器提供的。1.基本原理利用積分電路(RC電路充放電時的電容器的電壓)產生三角波,用滯回電壓比較器(作為開關)將其轉換為矩形波。2.工作原理矩形波產生電路如圖4.10所示。上一頁下一頁返回4.2非正弦波產生電路

上一頁下一頁返回式中,UTH1和UTH2分別為比較器的上門限電壓和下門限電壓。其波形如圖4.11所示。4.2非正弦波產生電路

3.振蕩周期的計算振蕩周期為式中,T1為圖4.11中0~T/2時間段;T2為T/2~T時間段。矩形波的占空比為上一頁下一頁返回4.2非正弦波產生電路

4.2.3三角波產生電路1.電路組成三角波產生電路由滯回比較器和積分電路兩部分組成。從矩形波產生電路中電容器上的輸出電壓可得到一個近似的三角波信號。2.工作原理設運放電路通電時t=0,Uo1=+UZ,電容器恒流充電;Uo=-UC線性下降,當下降到一定程度,使A1的U+≤U-=0時,Uo1從+UZ跳變?yōu)?UZ后,電容器恒流放電,則輸出電壓線性上升。上一頁下一頁返回4.2非正弦波產生電路

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