RC正弦波振荡器课件.ppt

RC正弦波振荡器,RC正弦波振荡器,本 节 学 习 要 点,RC串并式正弦波振荡器,桥式(文氏)振荡电路的工作过程,RC正弦波振荡电路的组成及振荡原理,正弦波振荡电路的介绍,本 节 学 习 要 点 RC串并式正弦波振荡器桥式(文氏),图为正弦波振荡电路的方框图，它由放大电路A和反馈网络F组成。假设开始时，放大电路输入端接一正弦信号 ，经放大后，在输出端得到正弦电压 ， 经反馈后，在2端得到一个同频率的正弦信号 ，如果与 大小相等，相位相同，即 ，那么当开关S从1例向2后，放大电路的输入信号保持不变，从而使输出电压 保持不变，即电路“无中生有”地产生了一个正弦信号。由于 ，所以，产生正弦波振荡的条件是 写成模和辐角的形式，即为,式(10.1.2)称为幅度平衡条件，式(10.1.3)称为相位平衡条件。,图为正弦波振荡电路的方框图，它由放大电路A和反馈网络F组成。,2、RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件,由于一般来说， 或 是频率的函数，因此为了得到单一频率的正弦波，在放大电路或反馈网络中就必须包含一个由动态元件组成的选频网络，若选频网络由RC元件组成，则称振荡电路为RC振荡电路； RC振荡电路一般用来产生1MHz以下的中低频信号，,2、RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件由于一般来说，,式(10.1.2)所表示的幅度平衡条件是指电路已进入稳态后而言的。要使电路能自行建立振荡，在电路进入稳态前还必须满足 即环路放大倍数大于1，反馈网络引人的反馈是正反馈。这样，电路噪声中满足相位平衡条件的微弱的正弦信号才能不断循环放大，达到一定的幅值。,RC正弦波振荡器课件,为使环路放大倍数 能随着输出电压的增大由大于1变为等于1，在放大电路或反馈电路中应包含有稳幅电路，电路从 到的过程，就是正弦振荡的建立过程。,RC正弦波振荡器课件,总结,正弦波振荡电路是一个具有正反馈的放大电路，电路中包含选频网络和稳幅电路，选频网络决定了电路的振荡频率0. 稳幅电路可以控制放大倍数 或反馈系数 的大小，从而可以控制输出信号的幅值。,总结 正弦波振荡电路是一个具有正反馈的放大电路，电路中包含,一、RC桥式振荡电路1.电路原理图,一、RC桥式振荡电路,RC串并式正弦波振荡器,继续,本页完,1、电路原理图,振荡电路的四个基本组成部分： 1.由运放A组成基本放大器； 2.由两节RC回路组成了正反馈网络及选频网络。 3.由热敏电阻Rf (负反馈电阻)组成稳幅环节。,为书写方便,本课件凡是相量均用红色字体表示而不在字上加点“”。,对选频反馈网络来说是同相放大电路,正反馈及选频网络,Vi =Vf,一、RC桥式振荡电路1.电路原理图一、RC桥式振荡电路RC,两个串并联RC组成的网络可等效 看成由两个容性元件Z1、Z2组成。,振荡电路的四个基本组成部分： 1.由运放A组成基本放大器； 2.由两节RC回路组成了正反馈网络及选频网络。 3.由热敏电阻Rf (负反馈电阻)组成稳幅环节。,RC串并式正弦波振荡器,桥式名称的来由,一、RC桥式振荡电路,继续,本页完,对选频反馈网络来说是同相放大电路,正反馈及选频网络,Z1,Z2,1、电路原理图,Vi =Vf,由于放大器 A的两个输入端分别与Z1、Z2、Rf、R1的组成如电桥的形式，所以称为桥式振荡电路。,两个串并联RC组成的网络可等效 看成由两个容性元件Z,RC串并式正弦波振荡器,2、RC串并联选频网络的选频特性 RC选频网络等效阻抗的推导,一、RC桥式振荡电路,继续,本页完,Z1由RC串联而成，所以,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,Z1= R+XC,Z2由RC并联而成，所以,Z2= ,由图可以看出Vf (Vi )可近似由Z1、Z2对Vo分压得出。,(1),(2),选频网络的反馈系数FV由分压原理得出,正反馈及选频网络,本电路关键是分析两个串并联RC网络的特性，即两个RC网络对不同频率的正弦波的阻抗和相位关系，从而得出电路是如何选频和振荡的。,RC串并式正弦波振荡器2、RC串并联选频网络的选频特性,RC串并式正弦波振荡器,反馈系数表达式的推导,继续,本页完,FV= = ,Vf,Vo,(3),其中XC=1/(jC),(4),联立四式解得分压系数FV,一、RC桥式振荡电路,Z1由RC串联而成，所以,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,Z1= R+XC,Z2由RC并联而成，所以,Z2= ,(1),(2),正反馈及选频网络,由图可以看出Vf (Vi )可近似由Z1、Z2对Vo分压得出。,选频网络的反馈系数FV由分压原理得出,RC串并式正弦波振荡器 反馈系数表达式的推导继续本页完FV,RC串并式正弦波振荡器,过度,继续,正反馈及选频网络,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,联立四式解得分压系数FV,RC串并式正弦波振荡器 过度继续正反馈及选频网络一、RC桥,RC串并式正弦波振荡器,反馈系数的幅频表达式和相频表达式,继续,本页完,FV= ,令0=1/RC,FV= ,1,则,FV的幅值FV是(幅频特性),FV= ,1,FV的相频特性,f= - arc tg ,3,正反馈及选频网络,联立四式解得分压系数FV,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,注意：式中的f是反馈信号Vf与输出信号Vo的相位差。,分压系数FV的大小反映出选频网络对什么频率 的正弦信号反馈量大，什么频率的正弦信号反馈量小。FV的相位反映了选频网络输出的反馈信号哪个频率是属于正反馈。,RC串并式正弦波振荡器 反馈系数的幅频表达式和相频表达式继,RC串并式正弦波振荡器,过度,继续,正反馈及选频网络,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,FV的幅值FV是(幅频特性),FV= ,1,FV的相频特性,f= - arc tg ,3,RC串并式正弦波振荡器 过度继续正反馈及选频网络一、RC桥,RC串并式正弦波振荡器,相频表达式的意义,继续,本页完,讨论FV的相频特性f知：,正反馈及选频网络,当外来频率=0时，f=0，其意义为：在输入的各种频率中只有0这个频率的Vf与Vo是同相的。,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,FV的幅值FV是(幅频特性),FV= ,1,FV的相频特性,f= - arc tg ,3,0=1/(RC)是一个由选频网络本身特性决定的频率，与外来频率无关。它对外来频率相当于起到一个门的作用，外来频率与这个频率相同，选频网络的门就打开让其通过，其它频率则受到衰减。,在=0时，Vf与Vo同相，而同相放大电路中Vo与Vi同相，所以Vf与Vi同相，符合正反馈的相位条件，其它频率都不同相，不符合正反馈相位条件。,RC串并式正弦波振荡器 相频表达式的意义继续本页完讨论FV,正反馈频率的确定,RC串并式正弦波振荡器,继续,本页完,当=0，f =0，正反馈。,把=0代入幅频特性式,得 FV =1/ 3,由反馈系数的定义知：频率为0的正反馈电压Vf(Vi)是输出电压Vo的1/3。由式知这是各频率的反馈电压中最大的一种。,正反馈及选频网络,FV=Vf /Vo,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,由幅频特性计算式知，大于或小于0的其它频率的反馈系数都小于1/3，所以说0频率的正弦信号的反馈电压是最大的。,FV的幅值FV是(幅频特性),FV= ,1,FV的相频特性,f= - arc tg ,3,正反馈频率的确定RC+RfCR+Vi =VfVo+-,RC串并式正弦波振荡器,过度,继续,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,FV的幅值FV是(幅频特性),FV= ,1,FV的相频特性,f= - arc tg ,3,正反馈及选频网络,当=0，f =0，正反馈。,把=0代入幅频特性式,得 FV =1/ 3,由反馈系数的定义知：频率为0的正反馈电压Vf(Vi)是输出电压Vo的1/3。由式知这是各频率的反馈电压中最大的一种。,RC串并式正弦波振荡器 过度继续一、RC桥式振荡电路,FV的幅值FV是(幅频特性),FV= ,1,FV的相频特性,f= - arc tg ,3,RC串并式正弦波振荡器,幅频特性曲线和相频特性曲线,继续,本页完,幅频特性曲线,相频特性曲线,FV =Vf / Vo,1/3,当=0时，反馈信号的电压Vf是最大的。,当=0时，反馈信号相移为0，即是正反馈。,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,正反馈及选频网络,当=0，f =0，正反馈。,把=0代入幅频特性式,得 FV =1/ 3,由反馈系数的定义知：频率(0 )的正反馈电压Vf (Vi )是输出电压Vo的1/3。由式知这是各频率的反馈电压中最大的一种。,FV的幅值FV是(幅频特性)FV= 1FV的,接通电源瞬间，阶跃电压产生了各种频率的正弦信号，其中也包括了与选频网络固有频率0相同的正弦信号，当然这个信号很微弱，必须进行放大。,3、振荡的建立与稳定,0,0 =1/RC,0,0,0,0,各种频率的信号通过选频网络后，只有与选频网络0相同的频率的信号才能通过(理想情况)。,0,继续,本页完,AV=1+(Rf/R1),RC串并式正弦波振荡器,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,3、振荡的建立与稳定 起振及稳定过程和图解,0的信号通过放大后，反馈回输入端的信号比上一次的信号要大一些，输出信号亦随之增大。,如此循环，输出幅度越来越大，最后稳幅电路把输出电压的幅度稳定下来。,接通电源瞬间，阶跃电压产生了各种频率的正弦信号，其中,3、振荡的建立与稳定,0,0,继续,本页完,因为要维持振荡，振幅关系必须符合AF=1。现在串并联网络的反馈系数F=1/3，那么放大器的增益只需A=3，振荡就能维持，这是很容易达到的。当然振荡刚开始时应该有A略大于3。,电路的电压放大倍数由同相放大电路的电压增益表达式AV=1+(Rf/R1) 决定。,RC串并式正弦波振荡器,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,0 =1/RC,AV=1+(Rf/R1),振荡电路电压放大倍数的确定,0的信号通过放大后，反馈回输入端的信号比上一次的信号要大一些，输出信号亦随之增大。,如此循环，输出幅度越来越大，最后稳幅电路把输出电压的幅度稳定下来。,3、振荡的建立与稳定10200继续本页完,3、振荡的建立与稳定,由振荡建立与稳定过程分析得，电路的选频网络只通过0，电路最后输出的信号的频率也是0，所以RC桥式振荡电路的振荡频率也就是0了。,继续,本页完,4、振荡频率和振荡波形,振荡频率 0=1/(RC),或 f0=1/(2RC),RC串并式正弦波振荡器,一、RC桥式振荡电路,2、RC串并联选频网络的选频特性,1、电路原理图,0,0,AV=1+(Rf/R1),0 =1/RC,4、振荡频率与振荡波形,在实际应用中要注意 ：当AV 略大于3时 ，输出是正弦波，但 AV远大于3 时，放大器进入非线性区，则输出就不是正弦波了。,3、振荡的建立与稳定 由振荡建立与稳定过程分析,AV=1+(Rf/R1),5、稳幅措施 指示Rf,3、振荡的建立与稳定,0,继续,4、振荡频率和振荡波形,放大器的AV 由刚开始振荡时略大于3，变成维持振荡时的等于3，在这里主要是依靠 负温度系数 的热敏电阻Rf来实现的。,5、稳幅措施,由同相放大器的电压增益计算式可知，只要使Rf减少，就能使电压增益降下来的。,RC串并式正弦波振荡器,一、RC桥式振荡电路,1、电路原理图,2、RC串并联选频网络的选频特性,0,0,0 =1/RC,AV=1+(Rf/R1) 102RC+-+ARfR1V,RC串并式正弦波振荡器,3、振荡的建立与稳定,0,0,0,0,4、振荡频率和振荡波形,5、稳幅措施,负温度系数热敏电阻是随温度升高电阻值减少的元件。,一、RC桥式振荡电路,1、电路原理图,放大器的AV 由刚开始振荡时略大于3，变成维持振荡时的等于3，在这里主要是依靠 负温度系数 的热敏电阻Rf来实现的。,2、RC串并联选频网络的选频特性,AV=1+(Rf/R1),0 =1/RC,Rf的工作原理及电路稳幅过程,继续,本页完,图中标出反馈电流的走向，当输出电压增大时，流过Rf 的电流随之增大，Rf温度升高，阻值减少，电压增益下降。当下降至电压增益AV =3时，电路反馈的电流不再增大，Rf 的温度不再升高，Rf的阻值也就稳定下来，AV也不变了。,由同相放大器的电压增益计算式可知，只要使Rf减少，就能使电压增益降下来的。,RC串并式正弦波振荡器 3、振荡的建立与稳定10,RC串并式正弦波振荡器,3、振荡的建立与稳定,0,0,0,0,4、振荡频率和振荡波形,5、稳幅措施,一、RC桥式振荡电路,1、电路原理图,放大器的AV 由刚开始振荡时略大于3，变成维持振荡时的等于3，在这里主要是依靠 负温度系数 的热敏电阻Rf来实现的。,2、RC串并联选频网络的选频特性,AV=1+(Rf/R1),0 =1/RC,本节结束页,继续,本页完,图中标出反馈电流的走向，当输出电压增大时，流过Rf 的电流随之增大，Rf温度升高，阻值减少，电压增益下降。当下降至电压增益AV =3时，电路反馈的电流不再增大，Rf 的温度不再升高，Rf的阻值也就稳定下来，AV也不变了。,由同相放大器的电压增益计算式可知，只要使Rf减少，就能使电压增益降下来的。,负温度系数热敏电阻是随温度升高电阻值减少的元件。,RC串并式正弦波振荡器 3、振荡的建立与稳定10,再见,再见,再见再见,