章教案-共3份電子技術(shù)課件

17.3

振蕩電路中的正反饋17.3.1

自激振蕩

放大電路在無輸入信號的情況下，就能輸出一定頻率和幅值的交流信號的現(xiàn)象。

開關(guān)合在“1”為無反饋放大電路。開關(guān)合在“2”為有反饋放大電路

開關(guān)合在“2”時,去掉ui

仍有穩(wěn)定的輸出。反饋信號代替了放大電路的輸入信號。1SA2F自激振蕩狀態(tài)

自激振蕩的條件(1)幅度條件：(2)相位條件：n是整數(shù)

相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋；

幅度條件表明反饋放大器要產(chǎn)生自激振蕩，還必須有足夠的反饋量(可以通過調(diào)整放大倍數(shù)A或反饋系數(shù)F達(dá)到)。自激振蕩的條件17.3.2

正弦波振蕩電路

正弦波振蕩電路用來產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦交流信號。它的頻率范圍很廣，可以從一赫以下到幾百兆以上；輸出功率可以從幾毫瓦到幾十千瓦；輸出的交流電能是從電源的直流電能轉(zhuǎn)換而來的。常用的正弦波振蕩器LC振蕩電路:輸出功率大、頻率高。RC振蕩電路:輸出功率小、頻率低。石英晶體振蕩電路：頻率穩(wěn)定度高。

應(yīng)用：無線電通訊、廣播電視，工業(yè)上的高頻感應(yīng)爐、超聲波發(fā)生器、正弦波信號發(fā)生器、半導(dǎo)體接近開關(guān)等。正弦波振蕩電路的組成(1)放大電路:放大信號(2)反饋網(wǎng)絡(luò):必須是正反饋，反饋信號即是

放大電路的輸入信號(3)選頻網(wǎng)絡(luò):

保證輸出為單一頻率的正弦波

即使電路只在某一特定頻率下滿足

自激振蕩條件(4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié):

使電路能從AuF

>1，過渡到

AuF

=1，從而達(dá)到穩(wěn)幅振蕩。1.RC正弦波振蕩電路RC選頻網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路

用正反饋信號uf作為輸入信號

選出單一頻率的信號(1)電路結(jié)構(gòu)uf–+同相比例電路選頻網(wǎng)絡(luò)(2)RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性反饋系數(shù)：式中

：

分析可知：僅當(dāng)

=o時,U2U1=13達(dá)最大值，且u2與u1同相,即網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性,fO

決定于RC。幅頻特性13ffO相頻特性fO(f)u1u2u2與u1波形u1,u2(3)工作原理

輸出電壓

uO

經(jīng)正反饋(兼選頻)網(wǎng)絡(luò)分壓后，取uf

作為同相比例電路的輸入信號ui

。1)起振過程2)穩(wěn)定振蕩

A

=

0，僅在f

0處F

=

0,滿足相位平衡條件，所以振蕩頻率f

0=12RC。改變R、C可改變振蕩頻率

由運(yùn)算放大器構(gòu)成的RC振蕩電路的振蕩頻率一般不超過1MHz。3)振蕩頻率

振蕩頻率由相位平衡條件決定。振蕩頻率的調(diào)整

改變開關(guān)K的位置可改變選頻網(wǎng)絡(luò)的電阻，實(shí)現(xiàn)頻率粗調(diào)；改變電容C的大小可實(shí)現(xiàn)頻率的細(xì)調(diào)。振蕩頻率4)起振及穩(wěn)定振蕩的條件穩(wěn)定振蕩條件AuF

=1，|F|=1/3，則起振條件AuF

>1，因?yàn)閨F|=1/3，則

考慮到起振條件AuF

>1,一般應(yīng)選取RF略大2R1。如果這個比值取得過大，會引起振蕩波形嚴(yán)重失真。

由運(yùn)放構(gòu)成的RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路不是靠運(yùn)放內(nèi)部的晶體管進(jìn)入非線性區(qū)穩(wěn)幅，而是通過在外部引入負(fù)反饋來達(dá)到穩(wěn)幅的目的。帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(1)

熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，利用它的非線性可以自動穩(wěn)幅。

在起振時，由于uO

很小，流過RF的電流也很小，于是發(fā)熱少，阻值高，使RF>2R1；即AuF>1。隨著振蕩幅度的不斷加強(qiáng)，uO增大，流過RF

的電流也增大，RF受熱而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2R1時，穩(wěn)定于AuF=1，

振蕩穩(wěn)定。半導(dǎo)體熱敏電阻帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(1)

熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，利用它的非線性可以自動穩(wěn)幅。

穩(wěn)幅過程：

思考：

若熱敏電阻具有正溫度系數(shù)，應(yīng)接在何處？uOtRFAu半導(dǎo)體熱敏電阻IDUD帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(2)振蕩幅度較小時正向電阻大振蕩幅度較大時正向電阻小

利用二極管的正向伏安特性的非線性自動穩(wěn)幅。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(2)

圖示電路中，RF分為兩部分。在RF1上正反并聯(lián)兩個二極管，它們在輸出電壓uO的正負(fù)半周內(nèi)分別導(dǎo)通。在起振之初，由于uO幅值很小，尚不足以使二極管導(dǎo)通，正向二極管近于開路,此時，RF>2R1。而后，隨著振蕩幅度的增大，正向二極管導(dǎo)通，其正向電阻逐漸減小，直到RF=2R1，振蕩穩(wěn)定。2.LC正弦波振蕩電路

LC振蕩電路的選頻電路由電感和電容構(gòu)成，可以產(chǎn)生高頻振蕩(幾百千赫以上)。由于高頻運(yùn)放價格較高，所以一般用分離元件組成放大電路。本節(jié)只對

LC振蕩電路的結(jié)構(gòu)和工作原理作簡單介紹。變壓器反饋式LC振蕩電路(1)電路結(jié)構(gòu)正反饋(2)

振蕩頻率

即LC并聯(lián)電路的諧振頻率－－放大電路選頻電路反饋網(wǎng)絡(luò)uf+–三點(diǎn)式LC振蕩電路(1)電感三點(diǎn)式振蕩電路正反饋放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)－－振蕩頻率

通常改變電容C來調(diào)節(jié)振蕩頻率。反饋電壓取自L2振蕩頻率一般在幾十MHz以下。選頻電路(2)電容三點(diǎn)式振蕩電路正反饋放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)－－振蕩頻率

通常再與線圈串聯(lián)一個較小的可變電容來調(diào)節(jié)振蕩頻率。反饋電壓取自C2反相

振蕩頻率可達(dá)100MHz以上。選頻電路正反饋

注意：用瞬時極性法判斷反饋的極性時，耦合電容、旁路電容兩端的極性相同，屬于選頻網(wǎng)絡(luò)的電容，其兩端的極性相反。

例1：試用相位平衡條件判斷下圖電路能否產(chǎn)生自激振蕩－－－例2：

圖示電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩,如果不能振蕩,加以改正。

解：直流電路合理。

旁路電容CE將反饋信號旁路，即電路中不存在反饋，所以電路不能振蕩。將CE開路，則電路可能產(chǎn)生振蕩。反饋電壓取自C1－－－正反饋例3：半導(dǎo)體接近開關(guān)LC振蕩器開關(guān)電路射極輸出器繼電器

半導(dǎo)體接近開關(guān)是一種無觸點(diǎn)開關(guān)，具有反映速度快、定位準(zhǔn)確、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。它在行程控制、定位控制、自動計數(shù)以及各種報警電路中得到了廣泛應(yīng)用。例3：半導(dǎo)體接近開關(guān)

變壓器反饋式振蕩器是接近開關(guān)的核心部分，L1、L2及L3繞在右圖所示的的磁芯上(又稱感應(yīng)頭)。L2L3L1移動的金屬體感應(yīng)頭例3：半導(dǎo)體接近開關(guān)

當(dāng)某金屬被測物體移近感應(yīng)頭時，金屬體內(nèi)感應(yīng)出渦流，由于渦流的消磁作用，破壞了線圈之間的磁耦合，使L1上的反饋電壓顯著降低，破壞了自激振蕩的幅值條件，振蕩器停振，使L3上輸出交流電壓為零。L2L3L1移動的金屬體感應(yīng)頭

當(dāng)L3上輸出交流電壓為零時，二極管的整流輸出電壓也為零,因此T2截止,T3飽和導(dǎo)通,繼電器KA通電。繼電器KA的常閉觸點(diǎn)接在電動機(jī)的控制回路內(nèi)，可在被測金屬體接近危險位置時，立即斷電使電動機(jī)停轉(zhuǎn)；也可將KA的常開觸點(diǎn)接在報警電路上，同時發(fā)出聲光報警。