文档介绍：第6章波形产生电路
正弦波振荡器
非正弦波产生电路
集成函数发生器8038简介
实训:正弦波及非正弦波发生电路Multisim仿真实例
波形产生电路通常也称为振荡器。它与放大器的区别在于没有外加激励的情况下,电路能自行产生一定频率和幅度的交流振荡信号。按产生的交流信号波形的不同,可将波形产生电路分为两大类,即正弦波振荡器和非正弦波振荡器。
本章主要讨论作为信号源的振荡器。将首先研究正弦波振荡器的工作原理;然后讨论几种典型正弦波振荡器和非正弦波产生电路,最后简要介绍集成函数发生器8038。
正弦波振荡器可分为两大类:一类是依靠外加正反馈而得到自激振荡的反馈式振荡器;另一类是负阻式振荡器,它是利用接在谐振回路中的负阻器件的负电阻效应,
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去抵消谐振回路中的损耗而产生的等幅自由振荡,这类振荡器主要工作在微波波段。本节仅讨论反馈式正弦波振荡器。
正弦波振荡器的工作原理
在放大电路中,采用负反馈来改善放大电路的性能;而在波形产生电路中,是利用正反馈来实现振荡信号的输出。利用正反馈的方法来获得等幅的正弦振荡,是反馈式正弦波振荡器的基本原理。反馈式正弦波振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路,如图6-1所示。图6-1中, 分别是反馈电压、输入电压和放大器输出电压,均代表复数。
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要想使一个没有外加激励的放大器能产生一定频率和幅度的正弦输出信号,就要求自激振荡只能在某一个频率上产生,因此在图6-1所示的闭合环路中必须含有选频网络,选频网络可以包含在放大器内,也可在反馈网络内。
而任何一个具有正反馈的放大器都必须满足一定的条件才能自激振荡。下面我们就分析正弦波振荡器的起振条件(保证接通电源后能逐步建立起振荡)和平衡条件(保证进入维持等幅持续振荡的平衡状态)。
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1. 起振过程与起振条件
在刚接通电源时,振荡环路中存在各种微弱的电扰动(如接通电源瞬间在电路中产生很窄的脉冲,放大器内部的热噪声等),这些电扰动噪声中包含各种频率分量,都可作为放大器的初始输入信号。由于选频网络是由LC并联谐振回路组成,则其中只有角频率为LC回路谐振角频率ω0的分量才能通过反馈网络产生较大的反馈电压,反馈到放大器的输入端,而其他频率的信号被抑制。如果在谐振频率ω0处,反馈到输入端的与原输入电压同相,并且具有更大的振幅,则再经过线性放大和反馈的不断循环,振荡电压振幅就会不断增大,得到如图6-2的ab段所示的起振波形。
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就这样利用正反馈使输出振荡信号从无到有地建立起来,所以,要使振荡器起振的条件是
2. 平衡过程与平衡条件
振荡器起振后,振荡幅度不可能无止境地增长下去,因为放大器的线性范围是有限的。随着振幅的增大,放大器逐渐由放大区进入非线性区域,其增益逐渐下降。当放大器增益下降而导致环路增益下降到1,即反馈电压正好等于原输入电压时,振幅的增长过程将停止,振荡器的输出电压不再变化,振荡器达到平衡状态,如图6-2的bc段所示。所以,振荡器的平衡条件为:
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振荡器进入平衡状态以后,直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。
综上所述,要使振荡器能够振荡,把放大器接成正反馈是产生振荡的首要条件。其次,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,振荡电路的输出达到一定幅度时,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。一般为了使输出的正弦信号幅度保持稳定,还要加入稳幅环节。
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3. 正弦波振荡器的基本组成
为了产生稳定的正弦波振荡,正弦波振荡器一般应包括以下几个基本组成部分:
(1) 放大器。
(2) 正反馈网络。
(3) 选频网络。
(4) 稳幅环节。
其中放大器是能量转换装置,从能量观点看,振荡的本质是直流能量向交流能量转换的过程。放大器和正反馈网络共同满足。
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选频网络的作用是实现单一频率的正弦波振荡。稳幅环节的作用是使振荡幅度达到稳定,通常可以利用放大元件的非线性来实现,可以利用晶体管、场效应管等器件的非线性,也可以外接非线性器件,前者称为内稳幅,后者称为外稳幅。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振荡器,LC振荡器和石英晶体振荡器。
RC正弦波振荡器
由RC选频网络构成的振荡器称为RC振荡器,RC振荡器结构简单,性能可靠,它适用于低频振荡,常用的RC振荡