RC正弦波振荡器课件

1、 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

2、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

3、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、R

4、C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 =VfRC+-+ARfR1VoCR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

5、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Z1Z21、电路原理图+-+ARfR1VoZ1Z2Vi =VfRfR1Z1Z2RC+-+ARfR1VoCR+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ZRC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

6、频网络的选频特性1、电路原理图Z1= R+XCZ2由RC并联而成，所以Z2= RXCR+XCRC+RfCR+Vi =VfVo 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。 +-+ARfR1VoZ1Z2Vi =VfRC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= = VfVoZ2Z1 +Z2(3)其中XC=1/(jC)(4

7、)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+XCZ2由RC并联而成，所以Z2= RXCR+XC(1)(2)正反馈及选频网络RC+RfCR+Vi =VfVo+-+ARfR1VoZ1Z2Vi =Vf 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FVRC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RC+RfCR+Vi =VfVo+-+ARf

8、R1VoZ1Z2Vi =Vf联立四式解得分压系数FVRC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= jRC(1-2R2C2)+ j3RC 令0=1/RCFV= 13+ j( ）00则FV的幅值FV是(幅频特性)FV= 1FV的相频特性f= - arc tg ( ）003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RC+RfCR+Vi =VfVo+-+ARfR1VoZ1Z2Vi =Vf 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

9、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。32 + ( )200RC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RC+RfCR+Vi =VfVo+-+ARfR1VoZ1Z2Vi =VfFV的幅值FV是(幅频特性)FV= 1FV的相频特性f= - arc tg ( ）00332 + ( )200RC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

10、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RC+RfCR+Vi =VfVo+-+ARfR1VoZ1Z2Vi =VfFV的幅值FV是(幅频特性)FV= 1FV的相频特性f= - arc tg ( ）00332 + ( )200 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

11、，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+RfCR+Vi =VfVo+-+ARfR1VoZ1Z2Vi =VfRC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

12、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= 1FV的相频特性f= - arc tg ( ）0032 + ( )2003 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RC+RfCR+Vi =VfVoFV的幅值FV是(幅频特性)FV= 1FV的相频特性f= - arc tg ( ）0032 + ( )2003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

13、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= 1FV的相频特性f= - arc tg ( ）0032 + ( )2003RC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 / Vo1/3 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。RCCR+Ii =VfVO /00.10100.10.20.30.4FV1 /00.101030f6090-30-60-901

14、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1021020 0 =1/RC0000 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

15、继续本页完AV=1+(Rf/R1) RC+-+ARfR1VoCRRC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10200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

16、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+-+ARfR1VoCRRC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/RCAV=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

17、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10200RC+-+ARfR1VoCRAV=1+(Rf/R1) 0 =1/RC4、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) 102RC+-+ARfR1VoCR5、稳幅措施 指示Rf 3、振荡的建立与稳定0继续 4、振荡频率

18、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00 0 =1/RCAV=1+(Rf/R1) 102RC+-+ARfR1VRC串并式正弦波振荡器 3、振荡的建立与稳定1021020000 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RC+-+ARfR1VoCRAV