振荡电路分析及应用

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1、第7章波形发生电路7.1正弦波振荡电路7.2非正弦信号发生器7.3集成函数发生器8083简介7.4压控振荡器7.1正弦波振荡电路7.1.1正弦波振荡电路的基础知识1.自激振荡现象扩音系统在使用中有时会发出刺耳的啸叫声,其形成的过程如图7.1所示。图7.1自激振荡现象2.自激振荡形成的条件可以借助图７.２所示的方框图来分析正弦波振荡形成的条件。图7.2振荡电路的方框图由此可见,自激振荡形成的基本条件是反馈信号与输入信号大小相等、相位相同,即,而可得(7.1)这包含着两层含义:（１）反馈信号与输入信号大小相等,表示即（２）反馈信号与输入信号相位相同,表示输入信号经过放大电路产生的

2、相移φA和反馈网络的相移φF之和为0,2π,4π,…,2nπ,即（7.2）φA+φF=2nπ(n=0,1,2,3,…)（7.3）称为相位平衡条件。图7.3自激振荡的起振波形３.正弦波振荡的形成过程放大电路在接通电源的瞬间,随着电源电压由零开始的突然增大,电路受到扰动,在放大器的输入端产生一个微弱的扰动电压ui,经放大器放大、正反馈,再放大、再反馈……,如此反复循环,输出信号的幅度很快增加。这个扰动电压包括从低频到甚高频的各种频率的谐波成分。为了能得到我们所需要频率的正弦波信号,必须增加选频网络,只有在选频网络中心频率上的信号能通过,其他频率的信号被抑制,在输出端就会得到如

3、图7.3的ab段所示的起振波形。那么,振荡电路在起振以后,振荡幅度会不会无休止地增长下去了呢？这就需要增加稳幅环节,当振荡电路的输出达到一定幅度后,稳幅环节就会使输出减小,维持一个相对稳定的稳幅振荡,如图7.3的bc段所示。也就是说,在振荡建立的初期,必须使反馈信号大于原输入信号,反馈信号一次比一次大,才能使振荡幅度逐渐增大;当振荡建立后,还必须使反馈信号等于原输入信号,才能使建立的振荡得以维持下去。由上述分析可知,起振条件应为稳幅后的幅度平衡条件为（7.4）４.振荡电路的组成要形成振荡,电路中必须包含以下组成部分:①放大器;②正反馈网络;③选频网络;④稳幅环节。

4、根据选频网络组成元件的不同,正弦波振荡电路通常分为ＲＣ振荡电路,ＬＣ振荡电路和石英晶体振荡电路。7.1.2RC正弦波振荡电路RC正弦波振荡电路结构简单,性能可靠,用来产生几兆赫兹以下的低频信号,常用的RC振荡电路有RC桥式振荡电路和移相式振荡电路。1.RC桥式振荡电路1）RC串并联网络的选频特性RC串并联网络由R2和C2并联后与R1和C1串联组成,如图7.4所示。图7.4RC串并联网络设R1、C1的串联阻抗用Z1表示,R2和C2的并联阻抗用Z2表示,那么输出电压与输入电压之比为RC串并联网络传输系数,记为,则在实际电路中取C1=C2=C,R1=R2=R,则上式可简化为

5、其模值相角将f0的表达式代入模值和相角的表达式,并将角频率ω变换为由频率f表示,则令即根据上式可作出RC串并联网络频率特性如图7.5所示。图7.5RC串并联网络的频率特性当f=f0时,电压传输系数最大,其值为:F=1/3,相角为零,即φF=0。此时,输出电压与输入电压同相位。当f≠f0时,F<1/3,且φF≠0,此时输出电压的相位滞后或超前于输入电压。由以上分析可知:RC串并联网络只在f=f0=1/2πRC时,输出幅度最大,而且输出电压与输入电压同相,即相位移为零。所以,RC串并联网络具有选频特性。2）RC桥式振荡电路RC桥式振荡电路如图7.６所示。图7.6RC桥式正弦波

6、振荡电路在图7.6中,集成运放组成一个同相放大器,它的输出电压uo作为RC串并联网络的输入电压,而将RC串并联网络的输出电压作为放大器的输入电压,当f=f0时,RC串并联网络的相位移为零,放大器是同相放大器,电路的总相位移是零,满足相位平衡条件,而对于其他频率的信号,RC串并联网络的相位移不为零,不满足相位平衡条件。由于RC串并联网络在f=f0时的传输系数F＝1/3,因此要求放大器的总电压增益Au应大于3,这对于集成运放组成的同相放大器来说是很容易满足的。由R1、Rf、V1、V2及R2构成负反馈支路,它与集成运放形成了同相输入比例运算放大器只要适当选择Rf与R1的比值,就能实

7、现Au>3的要求。其中,Ｖ1、Ｖ2和R2是实现自动稳幅的限幅电路。（7.5）2．RC移相式振荡电路电路如图7.7所示,图中反馈网络由三节RC移相电路构成。图7.7RC超前型移相式振荡电路由于集成运算放大器的相移为180°,为满足振荡的相位平衡条件,要求反馈网络对某一频率的信号再移相180°,图7.7中RC构成超前相移网络。正如所知,一节RC电路的最大相移为90°,不能满足振荡的相位条件;二节RC电路的最大相移可以达到180°,但当相移等于180°时,输出电压已接近于零,故不能满足起振的幅度条件。为此