RC正弦波振蕩器課件

1、 RC正弦波振蕩器 RC正弦波振蕩器本 節(jié) 學(xué) 習(xí) 要 點(diǎn) RC串并式正弦波振蕩器橋式(文氏)振蕩電路的工作過程RC正弦波振蕩電路的組成及振蕩原理正弦波振蕩電路的介紹 本 節(jié) 學(xué) 習(xí) 要 點(diǎn) RC串并式正弦波振蕩器橋式(文氏)圖為正弦波振蕩電路的方框圖，它由放大電路A和反饋網(wǎng)絡(luò)F組成。假設(shè)開始時(shí)，放大電路輸入端接一正弦信號(hào) ，經(jīng)放大后，在輸出端得到正弦電壓 ， 經(jīng)反饋后，在2端得到一個(gè)同頻率的正弦信號(hào) ，如果與 大小相等，相位相同，即 ，那么當(dāng)開關(guān)S從1例向2后，放大電路的輸入信號(hào)保持不變，從而使輸出電壓 保持不變，即電路“無中生有”地產(chǎn)生了一個(gè)正弦信號(hào)。由于 ，所以，產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是

2、寫成模和輻角的形式，即為 式(10.1.2)稱為幅度平衡條件，式(10.1.3)稱為相位平衡條件。圖為正弦波振蕩電路的方框圖，它由放大電路A和反饋網(wǎng)絡(luò)F組成。2、RC正弦波振蕩器的組成及其振蕩條件由于一般來說， 或 是頻率的函數(shù)，因此為了得到單一頻率的正弦波，在放大電路或反饋網(wǎng)絡(luò)中就必須包含一個(gè)由動(dòng)態(tài)元件組成的選頻網(wǎng)絡(luò)，若選頻網(wǎng)絡(luò)由RC元件組成，則稱振蕩電路為RC振蕩電路； RC振蕩電路一般用來產(chǎn)生1MHz以下的中低頻信號(hào)，2、RC正弦波振蕩器的組成及其振蕩條件由于一般來說， 式(10.1.2)所表示的幅度平衡條件是指電路已進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后而言的。要使電路能自行建立振蕩，在電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)前還必須滿足

3、即環(huán)路放大倍數(shù)大于1，反饋網(wǎng)絡(luò)引人的反饋是正反饋。這樣，電路噪聲中滿足相位平衡條件的微弱的正弦信號(hào)才能不斷循環(huán)放大，達(dá)到一定的幅值。RC正弦波振蕩器課件 為使環(huán)路放大倍數(shù) 能隨著輸出電壓的增大由大于1變?yōu)榈扔?，在放大電路或反饋電路中應(yīng)包含有穩(wěn)幅電路，電路從 到的過程，就是正弦振蕩的建立過程。 RC正弦波振蕩器課件總結(jié) 正弦波振蕩電路是一個(gè)具有正反饋的放大電路，電路中包含選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路，選頻網(wǎng)絡(luò)決定了電路的振蕩頻率0. 穩(wěn)幅電路可以控制放大倍數(shù) 或反饋系數(shù) 的大小，從而可以控制輸出信號(hào)的幅值?？偨Y(jié) 正弦波振蕩電路是一個(gè)具有正反饋的放大電路，電路中包含一、RC橋式振蕩電路1.電路原理圖一、R

4、C橋式振蕩電路RC串并式正弦波振蕩器繼續(xù)本頁完1、電路原理圖 振蕩電路的四個(gè)基本組成部分： 1.由運(yùn)放A組成基本放大器； 2.由兩節(jié)RC回路組成了正反饋網(wǎng)絡(luò)及選頻網(wǎng)絡(luò)。 3.由熱敏電阻Rf (負(fù)反饋電阻)組成穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。 為書寫方便,本課件凡是相量均用紅色字體表示而不在字上加點(diǎn)“”。對(duì)選頻反饋網(wǎng)絡(luò)來說是同相放大電路正反饋及選頻網(wǎng)絡(luò)+Vi =VfRC+-+ARfR1VoCR一、RC橋式振蕩電路1.電路原理圖一、RC橋式振蕩電路RC 兩個(gè)串并聯(lián)RC組成的網(wǎng)絡(luò)可等效 看成由兩個(gè)容性元件Z1、Z2組成。 振蕩電路的四個(gè)基本組成部分： 1.由運(yùn)放A組成基本放大器； 2.由兩節(jié)RC回路組成了正反饋網(wǎng)絡(luò)及選頻

5、網(wǎng)絡(luò)。 3.由熱敏電阻Rf (負(fù)反饋電阻)組成穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。 RC串并式正弦波振蕩器 橋式名稱的來由一、RC橋式振蕩電路繼續(xù)本頁完對(duì)選頻反饋網(wǎng)絡(luò)來說是同相放大電路正反饋及選頻網(wǎng)絡(luò)Z1Z21、電路原理圖+-+ARfR1VoZ1Z2Vi =VfRfR1Z1Z2RC+-+ARfR1VoCR+Vi =Vf 由于放大器 A的兩個(gè)輸入端分別與Z1、Z2、Rf、R1的組成如電橋的形式，所以稱為橋式振蕩電路。 兩個(gè)串并聯(lián)RC組成的網(wǎng)絡(luò)可等效 看成由兩個(gè)容性元件ZRC串并式正弦波振蕩器2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性 RC選頻網(wǎng)絡(luò)等效阻抗的推導(dǎo)一、RC橋式振蕩電路繼續(xù)本頁完Z1由RC串聯(lián)而成，所以 2、RC串并聯(lián)選

6、頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性1、電路原理圖Z1= R+XCZ2由RC并聯(lián)而成，所以Z2= RXCR+XCRC+RfCR+Vi =VfVo 由圖可以看出Vf (Vi )可近似由Z1、Z2對(duì)Vo分壓得出。(1)(2) 選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)FV由分壓原理得出正反饋及選頻網(wǎng)絡(luò) 本電路關(guān)鍵是分析兩個(gè)串并聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)的特性，即兩個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同頻率的正弦波的阻抗和相位關(guān)系，從而得出電路是如何選頻和振蕩的。 +-+ARfR1VoZ1Z2Vi =VfRC串并式正弦波振蕩器2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性 RC串并式正弦波振蕩器 反饋系數(shù)表達(dá)式的推導(dǎo)繼續(xù)本頁完FV= = VfVoZ2Z1 +Z2(3)其中XC=1/(jC)(4

7、)聯(lián)立四式解得分壓系數(shù)FV一、RC橋式振蕩電路Z1由RC串聯(lián)而成，所以 2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性1、電路原理圖Z1= R+XCZ2由RC并聯(lián)而成，所以Z2= RXCR+XC(1)(2)正反饋及選頻網(wǎng)絡(luò)RC+RfCR+Vi =VfVo+-+ARfR1VoZ1Z2Vi =Vf 由圖可以看出Vf (Vi )可近似由Z1、Z2對(duì)Vo分壓得出。 選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)FV由分壓原理得出RC串并式正弦波振蕩器 反饋系數(shù)表達(dá)式的推導(dǎo)繼續(xù)本頁完FVRC串并式正弦波振蕩器 過度繼續(xù)正反饋及選頻網(wǎng)絡(luò)一、RC橋式振蕩電路 2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性1、電路原理圖RC+RfCR+Vi =VfVo+-+ARf

8、R1VoZ1Z2Vi =Vf聯(lián)立四式解得分壓系數(shù)FVRC串并式正弦波振蕩器 過度繼續(xù)正反饋及選頻網(wǎng)絡(luò)一、RC橋RC串并式正弦波振蕩器 反饋系數(shù)的幅頻表達(dá)式和相頻表達(dá)式繼續(xù)本頁完FV= jRC(1-2R2C2)+ j3RC 令0=1/RCFV= 13+ j( ）00則FV的幅值FV是(幅頻特性)FV= 1FV的相頻特性f= - arc tg ( ）003正反饋及選頻網(wǎng)絡(luò) 聯(lián)立四式解得分壓系數(shù)FV一、RC橋式振蕩電路 2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性1、電路原理圖RC+RfCR+Vi =VfVo+-+ARfR1VoZ1Z2Vi =Vf 注意：式中的f是反饋信號(hào)Vf與輸出信號(hào)Vo的相位差。 分壓系數(shù)

9、FV的大小反映出選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)什么頻率 的正弦信號(hào)反饋量大，什么頻率的正弦信號(hào)反饋量小。FV的相位反映了選頻網(wǎng)絡(luò)輸出的反饋信號(hào)哪個(gè)頻率是屬于正反饋。32 + ( )200RC串并式正弦波振蕩器 反饋系數(shù)的幅頻表達(dá)式和相頻表達(dá)式繼RC串并式正弦波振蕩器 過度繼續(xù)正反饋及選頻網(wǎng)絡(luò)一、RC橋式振蕩電路 2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性1、電路原理圖RC+RfCR+Vi =VfVo+-+ARfR1VoZ1Z2Vi =VfFV的幅值FV是(幅頻特性)FV= 1FV的相頻特性f= - arc tg ( ）00332 + ( )200RC串并式正弦波振蕩器 過度繼續(xù)正反饋及選頻網(wǎng)絡(luò)一、RC橋RC串并式正弦波振蕩

10、器 相頻表達(dá)式的意義繼續(xù)本頁完討論FV的相頻特性f知：正反饋及選頻網(wǎng)絡(luò) 當(dāng)外來頻率=0時(shí)，f=0，其意義為：在輸入的各種頻率中只有0這個(gè)頻率的Vf與Vo是同相的。一、RC橋式振蕩電路 2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性1、電路原理圖RC+RfCR+Vi =VfVo+-+ARfR1VoZ1Z2Vi =VfFV的幅值FV是(幅頻特性)FV= 1FV的相頻特性f= - arc tg ( ）00332 + ( )200 0=1/(RC)是一個(gè)由選頻網(wǎng)絡(luò)本身特性決定的頻率，與外來頻率無關(guān)。它對(duì)外來頻率相當(dāng)于起到一個(gè)門的作用，外來頻率與這個(gè)頻率相同，選頻網(wǎng)絡(luò)的門就打開讓其通過，其它頻率則受到衰減。 在=0時(shí)

11、，Vf與Vo同相，而同相放大電路中Vo與Vi同相，所以Vf與Vi同相，符合正反饋的相位條件，其它頻率都不同相，不符合正反饋相位條件。RC串并式正弦波振蕩器 相頻表達(dá)式的意義繼續(xù)本頁完討論FV 正反饋頻率的確定RC+RfCR+Vi =VfVo+-+ARfR1VoZ1Z2Vi =VfRC串并式正弦波振蕩器繼續(xù)本頁完當(dāng)=0，f =0，正反饋。把=0代入幅頻特性式得 FV =1/ 3 由反饋系數(shù)的定義知：頻率為0的正反饋電壓Vf(Vi)是輸出電壓Vo的1/3。由式知這是各頻率的反饋電壓中最大的一種。正反饋及選頻網(wǎng)絡(luò)FV=Vf /Vo一、RC橋式振蕩電路 2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性1、電路原理圖

12、由幅頻特性計(jì)算式知，大于或小于0的其它頻率的反饋系數(shù)都小于1/3，所以說0頻率的正弦信號(hào)的反饋電壓是最大的。FV的幅值FV是(幅頻特性)FV= 1FV的相頻特性f= - arc tg ( ）0032 + ( )2003 正反饋頻率的確定RC+RfCR+Vi =VfVo+-RC串并式正弦波振蕩器 過度繼續(xù)一、RC橋式振蕩電路 2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性1、電路原理圖RC+RfCR+Vi =VfVoFV的幅值FV是(幅頻特性)FV= 1FV的相頻特性f= - arc tg ( ）0032 + ( )2003正反饋及選頻網(wǎng)絡(luò)當(dāng)=0，f =0，正反饋。把=0代入幅頻特性式得 FV =1/ 3 由

13、反饋系數(shù)的定義知：頻率為0的正反饋電壓Vf(Vi)是輸出電壓Vo的1/3。由式知這是各頻率的反饋電壓中最大的一種。RC串并式正弦波振蕩器 過度繼續(xù)一、RC橋式振蕩電路 FV的幅值FV是(幅頻特性)FV= 1FV的相頻特性f= - arc tg ( ）0032 + ( )2003RC串并式正弦波振蕩器 幅頻特性曲線和相頻特性曲線繼續(xù)本頁完幅頻特性曲線相頻特性曲線 FV =Vf / Vo1/3 當(dāng)=0時(shí)，反饋信號(hào)的電壓Vf是最大的。 當(dāng)=0時(shí)，反饋信號(hào)相移為0，即是正反饋。RCCR+Ii =VfVO /00.10100.10.20.30.4FV1 /00.101030f6090-30-60-901

14、一、RC橋式振蕩電路 2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性1、電路原理圖正反饋及選頻網(wǎng)絡(luò)當(dāng)=0，f =0，正反饋。把=0代入幅頻特性式得 FV =1/ 3 由反饋系數(shù)的定義知：頻率(0 )的正反饋電壓Vf (Vi )是輸出電壓Vo的1/3。由式知這是各頻率的反饋電壓中最大的一種。FV的幅值FV是(幅頻特性)FV= 1FV的 接通電源瞬間，階躍電壓產(chǎn)生了各種頻率的正弦信號(hào)，其中也包括了與選頻網(wǎng)絡(luò)固有頻率0相同的正弦信號(hào)，當(dāng)然這個(gè)信號(hào)很微弱，必須進(jìn)行放大。 3、振蕩的建立與穩(wěn)定1021020 0 =1/RC0000 各種頻率的信號(hào)通過選頻網(wǎng)絡(luò)后，只有與選頻網(wǎng)絡(luò)0相同的頻率的信號(hào)才能通過(理想情況)。0

15、繼續(xù)本頁完AV=1+(Rf/R1) RC+-+ARfR1VoCRRC串并式正弦波振蕩器一、RC橋式振蕩電路 2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性1、電路原理圖3、振蕩的建立與穩(wěn)定 起振及穩(wěn)定過程和圖解 0的信號(hào)通過放大后，反饋回輸入端的信號(hào)比上一次的信號(hào)要大一些，輸出信號(hào)亦隨之增大。 如此循環(huán)，輸出幅度越來越大，最后穩(wěn)幅電路把輸出電壓的幅度穩(wěn)定下來。 接通電源瞬間，階躍電壓產(chǎn)生了各種頻率的正弦信號(hào)，其中 3、振蕩的建立與穩(wěn)定10200繼續(xù)本頁完 因?yàn)橐S持振蕩，振幅關(guān)系必須符合AF=1?，F(xiàn)在串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)F=1/3，那么放大器的增益只需A=3，振蕩就能維持，這是很容易達(dá)到的。當(dāng)然振蕩剛開始時(shí)

16、應(yīng)該有A略大于3。 電路的電壓放大倍數(shù)由同相放大電路的電壓增益表達(dá)式AV=1+(Rf/R1) 決定。RC+-+ARfR1VoCRRC串并式正弦波振蕩器一、RC橋式振蕩電路 2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性1、電路原理圖 0 =1/RCAV=1+(Rf/R1) 振蕩電路電壓放大倍數(shù)的確定 0的信號(hào)通過放大后，反饋回輸入端的信號(hào)比上一次的信號(hào)要大一些，輸出信號(hào)亦隨之增大。 如此循環(huán)，輸出幅度越來越大，最后穩(wěn)幅電路把輸出電壓的幅度穩(wěn)定下來。 3、振蕩的建立與穩(wěn)定10200繼續(xù)本頁完 3、振蕩的建立與穩(wěn)定 由振蕩建立與穩(wěn)定過程分析得，電路的選頻網(wǎng)絡(luò)只通過0，電路最后輸出的信號(hào)的頻率也是0，所以RC橋式

17、振蕩電路的振蕩頻率也就是0了。繼續(xù)本頁完 4、振蕩頻率和振蕩波形振蕩頻率 0=1/(RC)或 f0=1/(2RC)RC串并式正弦波振蕩器一、RC橋式振蕩電路 2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性1、電路原理圖10200RC+-+ARfR1VoCRAV=1+(Rf/R1) 0 =1/RC4、振蕩頻率與振蕩波形 在實(shí)際應(yīng)用中要注意 ：當(dāng)AV 略大于3時(shí) ，輸出是正弦波，但 AV遠(yuǎn)大于3 時(shí)，放大器進(jìn)入非線性區(qū)，則輸出就不是正弦波了。 3、振蕩的建立與穩(wěn)定 由振蕩建立與穩(wěn)定過程分析AV=1+(Rf/R1) 102RC+-+ARfR1VoCR5、穩(wěn)幅措施 指示Rf 3、振蕩的建立與穩(wěn)定0繼續(xù) 4、振蕩頻率

18、和振蕩波形 放大器的AV 由剛開始振蕩時(shí)略大于3，變成維持振蕩時(shí)的等于3，在這里主要是依靠 負(fù)溫度系數(shù) 的熱敏電阻Rf來實(shí)現(xiàn)的。 5、穩(wěn)幅措施 由同相放大器的電壓增益計(jì)算式可知，只要使Rf減少，就能使電壓增益降下來的。RC串并式正弦波振蕩器一、RC橋式振蕩電路1、電路原理圖 2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性00 0 =1/RCAV=1+(Rf/R1) 102RC+-+ARfR1VRC串并式正弦波振蕩器 3、振蕩的建立與穩(wěn)定1021020000 4、振蕩頻率和振蕩波形 5、穩(wěn)幅措施 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是隨溫度升高電阻值減少的元件。一、RC橋式振蕩電路1、電路原理圖 放大器的AV 由剛開始振蕩時(shí)略大于3，變成維持振蕩時(shí)的等于3，在這里主要是依靠 負(fù)溫度系數(shù) 的熱敏電阻Rf來實(shí)現(xiàn)的。 2、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性RC+-+ARfR1VoCRAV