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1、7.3 有 源 濾 波 電 路 一 般 情 況 濾 波 電 路 均 處 于 主 系 統(tǒng) 的 前 級(jí) ， 用 它 來(lái) 作信 號(hào) 處 理 、 抑 制 干 擾 等 。 按 所 處 理 的 信 號(hào) 是 連 續(xù) 變 化 還是 離 散 的 ， 可 分 為 模 擬 濾 波 電 路 和 數(shù) 字 濾 波 電 路 。 由 有 源 器 件 和 RC濾 波 網(wǎng) 絡(luò) 組 成 的 有 源 濾 波 電 路 。 與無(wú) 源 濾 波 器 相 比 較 ， 有 源 濾 波 器 有 許 多 優(yōu) 點(diǎn) 。 它 不 使 用 電 感 元 件 ， 故 體 積 小 ， 質(zhì) 量 小 ， 也 不 必 磁 屏 蔽 。 有 源 濾 波 電 路 中 的 集

2、 成 運(yùn) 放 可 加 電 壓 串 聯(lián) 深 度 負(fù) 反 饋 ，電 路 的 輸 入 阻 抗 高 ， 輸 出 阻 抗 低 ， 輸 入 與 輸 出 之 間 具 有良 好 的 隔 離 。 除 了 濾 波 作 用 外 ， 還 可 以 放 大 信 號(hào) ， 而 且 ， 調(diào) 節(jié) 電 壓 放大 倍 數(shù) 不 影 響 濾 波 特 性 。 有 源 濾 波 電 路 的 缺 點(diǎn) 主 要 是 ， 因 為 通 用 型 集 成 運(yùn) 放的 帶 寬 較 窄 ， 故 有 源 濾 波 電 路 不 宜 用 于 高 頻 范 圍 ， 一 般使 用 頻 率 在 幾 十 千 赫 茲 以 下 ， 也 不 適 合 在 高 壓 或 大 電 流 條 件

3、下 應(yīng) 用 。 一 、 濾 波 電 路 的 基 本 概 念 濾 波 器 是 一 種 選 頻 電 路 。 它 能 使 指 定 頻 率 范 圍 內(nèi) 的 信號(hào) 順 利 通 過(guò) ； 而 對(duì) 其 他 頻 率 的 信 號(hào) 加 以 抑 制 ， 使 其 衰 減很 大 。 濾 波 電 路 通 常 根 據(jù) 信 號(hào) 通 過(guò) 的 頻 帶 來(lái) 命 名 。低 通 濾 波 電 路 (LPF)允 許 低 頻 信 號(hào) 通 過(guò) ， 將 高 頻 信 號(hào)衰 減 ；高 通 濾 波 電 路 (HPF)允 許 高 頻 信 號(hào) 通 過(guò) ， 將 低 頻 信 號(hào)衰 減 ；帶 通 濾 波 電 路 (BPF)允 許 某 一 頻 段 內(nèi) 的 信 號(hào)

4、通 過(guò) ， 將此 頻 段 之 外 的 信 號(hào) 衰 減 ；帶 阻 濾 波 電 路 (BEF)阻 止 某 一 頻 段 內(nèi) 的 信 號(hào) 通 過(guò) ， 而允 許 此 頻 段 之 外 的 信 號(hào) 通 過(guò) ；全 通 濾 波 電 路 (APF)沒(méi) 有 阻 帶 ， 信 號(hào) 全 通 ， 但 相 位 變化 。 它 們 的 理 想 幅 頻 特 性 如 圖 7-43所 示 。 圖 7-43 五 種 濾 波 電 路 的 理 想 幅 頻 特 性(a)LPF; (b)HPF; (c)BPF; (d)BEF; (e)APF 對(duì) 于 幅 頻 響 應(yīng) ， 通 常 把 能 夠 通 過(guò) 的 信 號(hào) 頻 率 范 圍定 義 為 通 帶 ，

5、 而 把 受 阻 或 衰 減 的 信 號(hào) 頻 率 范 圍 稱(chēng) 為 阻帶 ， 通 帶 和 阻 帶 的 界 限 頻 率 叫 做 截 止 頻 率 。 圖 7-44 低 通 濾 波 電 路 的 幅 頻 特 性 以 低 通 濾 波 電 路 為 例 ，濾 波 電 路 的 輸 出 電 壓 與 輸入 電 壓 之 比 稱(chēng) 為 電 壓 傳 遞系 數(shù) ， 即 ou iUA U oUiU 圖 中 ， Aup是 通 帶 電 壓 放 大 倍數(shù) 。 對(duì) 于 低 通 濾 波 電 路 而 言 ，即 為 f = 0時(shí) 輸 出 電 壓 與 輸 入 電壓 之 比 。 當(dāng) 下 降 到 |Aup|的0.707(即 下 降 3dB)時(shí) ，

6、 對(duì) 應(yīng)的 頻 率 fp稱(chēng) 為 通 帶 截 止 頻 率 。 uA 二 、 高 通 濾 波 電 路 HPF與 低 通 濾 波 電 路 LPF的 對(duì) 偶 關(guān) 系 RC低 通 和 高 通 濾 波 電 路 示 于 圖 7-45。 圖 7-45 RC無(wú) 源 濾 波 電 路 及 其 幅 頻 特 性(a)LPF (b)HPF 圖 7-45(a)中 LPF的 傳 遞 函 數(shù) 為1( ) 1( ) 1( ) 1ou iU s sCA s U s sCRR sC 0 01 1 11 1 1ou iUA fj RCU j j f 圖 7-45(b)中 HPF的 傳 遞 函 數(shù) 為( ) 1( ) 1 1( ) 11

7、ou iU s R sCRA s U s SCRR SC sCR 0 01 1 111 1 1ou iUA fU j jj RC f 以 上 兩 式 中 ,0 1RC 0 12f RC 稱(chēng) 為 RC電 路 的 特 征 頻 率 。 通 帶 截 止 頻 率 0 12pf f RC 基 于 上 述 分 析 ， 可 總 結(jié) 出 HPF與 LPF的 對(duì) 偶 關(guān) 系 1. 幅 頻 特 性 對(duì) 偶 性 如 果 圖 7-45中 HPF與 LPF的 R、 C參 數(shù) 相 同 ，則 通 帶 截 止 頻 率 fp相 同 ， 那 么 ， HPF與 LPF的 幅 頻特 性 以 垂 直 線 f = fp為 對(duì) 稱(chēng) ， 兩

8、者 隨 頻 率 的 變 化 是 相反 的 ， 即 在 fp附 近 ， HPF的 | u|隨 頻 率 升 高 而 增 大 ，LPF的 | u|隨 頻 率 升 高 而 減 小 。 2. 傳 遞 函 數(shù) 的 對(duì) 偶 性 如 果 將 LPF傳 遞 函 數(shù) 中 的 s換 成 并 對(duì) 其 系數(shù) 作 一 些 調(diào) 整 ， 則 變 成 了 相 應(yīng) 的 HPF的 傳 遞 函 數(shù) 。 A A 1s 3. 電 路 結(jié) 構(gòu) 上 的 對(duì) 偶 性 將 LPF電 路 中 起 濾 波 作 用 的 C換 成 R， R換 成 C，即 R與 C互 換 位 置 ， 就 轉(zhuǎn) 換 成 了 相 應(yīng) 的 HPF， 其 示 意圖 如 圖 7-4

9、6所 示 。 圖 7-46 HPF與 LPF的 結(jié) 構(gòu) 對(duì) 偶 關(guān) 系 三 、 低 通 有 源 濾 波 電 路 (LPF) (一 ) 一 階 RC有 源 低 通 濾 波 電 路 一 階 有 源 LPF電 路 如 圖 7-47所 示 。 圖 7-47 一 階 LPF電 路 1. 通 帶 電 壓 放 大 倍 數(shù) LPF的 通 帶 電 壓 放 大 倍 數(shù) Aup是 指 f = 0時(shí) 輸 出 電 壓 Uo與 輸入 電 壓 Ui之 比 。 對(duì) 于 直 流 信 號(hào) 而 言 ， 圖 7-47電 路 中 的 電 容 視 為開(kāi) 路 。 因 此 ， Aup就 是 同 相 比 例 電 路 的 電 壓 放 大 倍 數(shù)

10、 Auf， 即 11 fup RA R 它 的 主 要 性 能 分 析 如 下 。2. 電 壓 傳 遞 函 數(shù) ( ) 1( ) ( ) 1o u upiU sA s AU s sCR (7-53) (7-54) 3. 幅 頻 特 性 及 通 帶 截 止 頻 率 將 式 (7-54)中 的 s 換 成 j， 并 令 0=2f0= (f0與 元 件 參數(shù) 有 關(guān) ， 稱(chēng) 為 特 征 頻 率 )， 可 得 011u upA Afj f (7-55) 1RC 第 八 章 信 號(hào) 發(fā) 生 電 路 信 號(hào) 發(fā) 生 電 路 又 稱(chēng) 信 號(hào) 源 或 振 蕩 器 ， 在 生 產(chǎn) 實(shí) 踐 和 科 技 領(lǐng) 域 中

11、 有著 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 例 如 在 通 信 、 廣 播 、 電 視 系 統(tǒng) 中 ， 都 需 要 射 頻 (高 頻 )發(fā) 射 ， 這 里 的 射 頻 波 就 是 載 波 ， 把 音 頻 (低 頻 )、 視 頻 信 號(hào) 或 脈 沖 信 號(hào)運(yùn) 載 出 去 ， 就 需 要 能 夠 產(chǎn) 生 高 頻 信 號(hào) 的 振 蕩 器 。 在 工 業(yè) 、 農(nóng) 業(yè) 、 生 物醫(yī) 學(xué) 等 領(lǐng) 域 內(nèi) ， 如 高 頻 感 應(yīng) 加 熱 、 熔 煉 、 淬 火 、 超 聲 波 焊 接 、 超 聲 診斷 、 核 磁 共 振 成 像 等 ， 都 需 要 功 率 或 大 或 小 、 頻 率 或 高 或 低 的 振 蕩 器 。

12、 振 蕩 電 路 按 波 形 分 為 正 弦 波 和 非 正 弦 波 振 蕩 器 兩 大 類(lèi) 。 非 正 弦 信號(hào) (方 波 、 矩 形 波 、 三 角 波 、 鋸 齒 波 等 )發(fā) 生 器 在 測(cè) 量 設(shè) 備 、 數(shù) 字 系 統(tǒng)及 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 中 有 著 廣 泛 應(yīng) 用 。 本 章 首 先 討 論 正 弦 波 振 蕩 的 條 件 、 組 成 及 分 析 方 法 ， 具 體 分 析 了常 用 的 RC和 LC正 弦 波 振 蕩 器 ； 簡(jiǎn) 單 介 紹 了 石 英 晶 體 振 蕩 器 的 工 作 原 理 和 特 點(diǎn) 。 之 后 ， 又 介 紹 了 常 見(jiàn) 的 方 波 、 矩 形 波

13、、 三 角 波 和 鋸 齒 波 非正 弦 振 蕩 器 。 8.1 概 述一 、 產(chǎn) 生 正 弦 波 振 蕩 的 條 件 一 般 采 用 正 反 饋 方 法 產(chǎn) 生 正 弦 波 振 蕩 ， 其 方 框 圖 如 圖 8-1所 示 。它 由 一 個(gè) 放 大 器 (電 壓 增 益 為 ) 和 一 個(gè) 反 饋 網(wǎng) 絡(luò) (反 饋 系 數(shù) 為 )接在 一 起 構(gòu) 成 。 如 果 開(kāi) 關(guān) K先 接 在 1端 ， 將 正 弦 波 電 壓 輸 入 到 放 大 電路 后 ， 則 輸 出 正 弦 波 電 壓 。 再 立 即 將 開(kāi) 關(guān) K接 到 2端 ， 使 輸入 信 號(hào) 為 反 饋 電 壓 ， 如 果 要 維 持

14、輸 出 電 壓 不 變 ， 則 必須 使 ， 此 時(shí) 即 使 沒(méi) 有 外 加 的 ， 也 能 穩(wěn) 定 地 輸 出 。 A FiUo iU AU f oU FU oUf iU U iU oU圖 8-1 由 放 大 到 振 蕩 的 示 意 框 圖 f iU U 1f oU FU AFU 1AF FA A FF 1A FAF AF 2A F n 因 此 ， 維 持 振 蕩 器 輸 出 等 幅 振 蕩 的 平 衡 條 件 為 由 ， 得 到 (8-1)由 于 放 大 器 電 壓 增 益 ,反 饋 網(wǎng) 絡(luò) 的 反 饋 系 數(shù) ,式 (8-1)可 寫(xiě) 為 (8-2)于 是 ， 可 得 到 產(chǎn) 生 自 激

15、振 蕩 兩 個(gè) 平 衡 條 件 。(一 )相 位 平 衡 條 件 (8-3)式 中 n=0,1,2,。 說(shuō) 明 產(chǎn) 生 振 蕩 時(shí) ， 反 饋 電 壓 的 相 位 與所 需 輸 入 電 壓 的 相 位 相 同 ， 即 形 成 正 反 饋 。 因 此 ， 由相 位 平 衡 條 件 可 確 定 振 蕩 器 的 振 蕩 頻 率 。 (二 )振 幅 平 衡 條 件 (8-4)說(shuō) 明 反 饋 電 壓 的 大 小 與 所 需 的 輸 入 電 壓 相 等 。 滿 足 時(shí)產(chǎn) 生 等 幅 振 蕩 ； 當(dāng) 時(shí) ， 即 ， 振 蕩 輸 出 愈 來(lái) 愈 大 產(chǎn)生 增 幅 振 蕩 ， 若 即 ， 振 蕩 輸 出 愈 來(lái)

16、 愈 小 直 到 最后 停 振 ， 稱(chēng) 為 減 幅 振 蕩 。 (三 )起 振 幅 度 條 件 正 弦 波 振 蕩 從 起 振 到 穩(wěn) 態(tài) 需 要 一 個(gè) 過(guò) 程 。 起 振 開(kāi) 始 瞬 間 ，如 果 反 饋 信 號(hào) 太 小 (或 為 零 )， 則 輸 出 信 號(hào) 也 太 小 (或 為 零 )，容 易 受 到 某 種 干 擾 而 停 振 或 者 干 脆 振 不 起 來(lái) 。只 有 當(dāng) 時(shí) ， 經(jīng) 過(guò) 多 次 循 環(huán) 放 大 ， 輸 出 信 號(hào) 才 會(huì) 從 小到 大 ， 最 后 達(dá) 到 穩(wěn) 幅 狀 態(tài) 。 因 此 ， 起 振 的 幅 度 條 件 是 (8-5) 1AF 1AF 1AF f iU U

17、 1AF f iU U 1AF 1AF 若 起 振 幅 度 條 件 及 相 位 條 件 均 已 滿 足 ， 電 路 就 能 振 蕩 。 那么 ， 起 振 的 原 始 信 號(hào) 是 從 哪 兒 來(lái) 的 呢 ?它 是 來(lái) 源 于 合 閘 時(shí) 引 起PN結(jié) 騷 動(dòng) 及 電 路 中 產(chǎn) 生 的 噪 聲 ， 其 頻 譜 很 寬 ， 總 可 選 出 某 一頻 率 為 f0的 信 號(hào) 作 為 起 振 的 原 始 信 號(hào) 使 電 路 振 蕩 。 所 以 信 號(hào)源 不 需 要 外 加 信 號(hào) ， 靠 自 身 工 作 。 f0稱(chēng) 振 蕩 頻 率 。 起 振 過(guò) 程如 圖 8-2(b)所 示 。二 、 正 弦 波 振

18、 蕩 電 路 的 組 成 和 分 析 方 法(一 )基 本 組 成 部 分 正 弦 波 振 蕩 電 路 一 般 由 四 個(gè) 部 分 組 成 ， 除 了 把 放 大 電 路和 反 饋 網(wǎng) 絡(luò) 接 成 正 反 饋 外 ， 還 包 括 選 頻 網(wǎng) 絡(luò) 和 穩(wěn) 幅 環(huán) 節(jié) 。 放大 電 路 部 分 由 集 成 運(yùn) 放 或 者 分 立 元 件 電 路 構(gòu) 成 。1.放 大 電 路 應(yīng) 有 合 適 的 靜 態(tài) 工 作 點(diǎn) ， 以 保 證 放 大 電 路 有 放 大 作 用 。 2.反 饋 網(wǎng) 絡(luò) 它 的 作 用 是 形 成 正 反 饋 ， 以 滿 足 相 位 平 衡 條 件 。3.選 頻 網(wǎng) 絡(luò) 其 作

19、用 是 使 只 有 一 個(gè) 頻 率 滿 足 振 蕩 條 件 ， 以 產(chǎn) 生 單 一 頻 率 的 正弦 波 。 選 頻 網(wǎng) 絡(luò) 與 反 饋 網(wǎng) 絡(luò) 可 以 單 獨(dú) 構(gòu) 成 ， 也 可 以 合 二 為 一 。當(dāng) 二 者 結(jié) 合 在 一 起 時(shí) ， 同 一 個(gè) 網(wǎng) 絡(luò) 既 起 反 饋 作 用 ， 又 起 選 頻 作 用 。用 RC元 件 組 成 選 頻 網(wǎng) 絡(luò) 的 振 蕩 電 路 稱(chēng) 為 RC正 弦 波 振 蕩 電 路 ； 用LC元 件 組 成 選 頻 網(wǎng) 絡(luò) 的 振 蕩 電 路 稱(chēng) 為 LC正 弦 波 振 蕩 電 路 。4.穩(wěn) 幅 環(huán) 節(jié) 如 果 電 路 滿 足 了 起 振 條 件 ， 那 么 ，

20、 在 接 通 直 流 電 源 后 ， 它 的輸 出 信 號(hào) 將 隨 時(shí) 間 逐 漸 增 大 。 由 于 管 子 具 有 非 線 性 特 性 ， 將 使 輸出 波 形 失 真 。 穩(wěn) 幅 環(huán) 節(jié) 的 作 用 就 是 使 達(dá) 到 的 穩(wěn)定 狀 態(tài) ， 使 輸 出 信 號(hào) 幅 度 穩(wěn) 定 ， 且 波 形 良 好 。 1AF 1AF 用 瞬 時(shí) 極 性 法 來(lái) 判 斷 一 個(gè) 電 路 能 否 起 振 ， 幅 度 條 件 容易 滿 足 ， 關(guān) 鍵 是 看 相 位 條 件 是 否 滿 足 ， 其 分 析 步 驟 如 下 。(二 )分 析 方 法1.分 析 相 位 平 衡 條 件 是 否 滿 足 先 檢 查

21、 放 大 電 路 是 否 正 常 放 大 ， 即 放 大 電 路 、 反 饋網(wǎng) 絡(luò) 及 選 頻 網(wǎng) 絡(luò) 三 個(gè) 組 成 部 分 是 否 均 存 在 ， 而 且 放 大電 路 具 有 合 適 的 靜 態(tài) 工 作 點(diǎn) 。 在 放 大 電 路 具 有 放 大 作 用的 條 件 下 ， 斷 開(kāi) 反 饋 信 號(hào) 到 基 本 放 大 電 路 的 輸 入 端 點(diǎn) 處 ，如 圖 8-2(a)中 的 K點(diǎn) ； 在 斷 開(kāi) 處 對(duì) 地 之 間 加 入 一 個(gè) 輸 入 信號(hào) ； 用 瞬 時(shí) 極 性 法 判 別 反 饋 信 號(hào) 是 否 與 輸 入 信 號(hào) 同 相 位 。 若 二 者 相 位 相 同 ， 說(shuō) 明 已 滿

22、 足 相 位 平 衡 條 件 ，再 繼 續(xù) 檢 查 幅 度 平 衡 條 件 是 否 滿 足 ； 若 二 者 反 相 位 ， 說(shuō)明 不 滿 足 相 位 平 衡 條 件 ， 可 以 斷 定 電 路 不 可 能 振 蕩 ， 無(wú)需 再 檢 查 幅 度 平 衡 條 件 了 。 AF fUiUiU 圖 8-2 振 蕩 電 路 的 方 塊 圖 1AF 1AF 1AF 1AF AF 1AF 2.分 析 幅 度 平 衡 條 件 是 否 滿 足 因 是 頻 率 的 函 數(shù) ， 在 滿 足 相 位 平 衡 條 件 時(shí) ， 將 f =f0代 入 表 達(dá) 式 有 三 種 情 況 (1) 不 可 能 振 蕩 。 (2)

23、能 振 蕩 。 但 需 加 穩(wěn) 幅 環(huán) 節(jié) ， 否 則 輸 出 波 形 嚴(yán)重 失 真 。 (3) 能 振 蕩 。 達(dá) 到 穩(wěn) 幅 后 , 。 若 電 路 不 滿 足 幅 度 平 衡 條 件 時(shí) ， 只 需 調(diào) 節(jié) 電 路 參 數(shù)使 之 滿 足 。 3.求 振 蕩 頻 率 f0和 起 振 條 件 滿 足 相 位 平 衡 條 件 的 頻 率 就 是 振 蕩 頻 率 f0， 也 就 是 選頻 網(wǎng) 絡(luò) 的 固 有 頻 率 。 而 起 振 條 件 由 結(jié) 合 具 體 電 路求 得 ， 通 過(guò) 實(shí) 際 電 路 調(diào) 試 均 可 滿 足 起 振 條 件 ， 一 般 不必 計(jì) 算 。 下 面 結(jié) 合 具 體 電

24、 路 分 析 。 8.2 RC正 弦 波 振 蕩 電 路 常 見(jiàn) 的 RC正 弦 波 振 蕩 電 路 是 RC串 并 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 正 弦 波 振 蕩 電 路 ，又 稱(chēng) 文 氏 橋 正 弦 波 振 蕩 電 路 。 圖 8-3 RC文 氏 橋 振 蕩 電 路一 、 電 路 原 理 圖文 氏 橋 振 蕩 電 路 如 圖8-3所 示 。 它 由 兩 部 分組 成 ： 即 放 大 電 路 和 選 頻 網(wǎng) 絡(luò) 。 由 集成 運(yùn) 放 組 成 的 電 壓 串聯(lián) 負(fù) 反 饋 放 大 電 路 ，取 其 輸 入 電 阻 高 、 輸出 電 阻 低 的 特 點(diǎn) 。 AAFF 由 Z1、 Z2組 成 ， 同 時(shí) 兼 作

25、正 反 饋 網(wǎng) 絡(luò) ， 稱(chēng) 為 RC串 并 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 。 由 圖 8-3可 知 ，Z1、 Z2和 Rf、 R3正 好 構(gòu) 成 一 個(gè) 電 橋 的 四 個(gè) 臂 ， 電 橋 的 對(duì) 角 線 頂 點(diǎn) 接 到 放 大 電路 的 兩 個(gè) 輸 入 端 。 因 此 得 名 文 氏 橋 振 蕩 電 路 。 二 、 RC串 并 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 的 選 頻 特 性 1 1Z R j C 2 11R j CZ R j C 21 2 1 13 ( )foU ZF Z ZU j RC RC 反 饋 系 數(shù) 圖 8-4 RC串 并 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 0 0 12 f RC 0 12f RC 令 （ 8-7）所 以 振 蕩 頻 率

26、 （ 8-8） 將 圖 8-3中 的 RC串 并 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 單 獨(dú) 畫(huà) 于 圖 8-4， 著 重 討 論 它 的 選 頻 特性 。 為 了 便 于 調(diào) 節(jié) 振 蕩 頻 率 ， 常 取 R1=R2=R,C1=C2=C。 設(shè) 2 20013 ( )F fff f 幅 值 （ 8-11）00 13 ( )F j （ 8-9）0013 ( )F ffj f f 或 （ 8-10）將 式 (8-7)代 入 (8-6)得 max 13F F0f f 0F 0F of f of f幅 頻 特 性 當(dāng) 時(shí) ， 為 最 大 ， 且 （ 8-12） 當(dāng) 時(shí) ， ； 當(dāng) 時(shí) ， ； (a)幅 頻 特 性 (b)相

27、 頻 特 性圖 8-5 RC串 并 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 的 頻 率 特 性00( )arctan 3F fff f 000, 0, 90, 90FFFf ff ff f 0f f Fmax 13F 0 12f f RC fU相 頻 特 性 (8-13)當(dāng) 畫(huà) 成 曲 線 如 圖 8-5所 示 。綜 上 分 析 ， 當(dāng) 時(shí) ， 幅 值 最大 ， ,相 移 為 零 ， 即F=0 。這 就 是 說(shuō) ， 當(dāng) 時(shí) ，反 饋 電 壓 幅 值 最 大 ， 并 且 是 輸 入 電壓 的 1/3,同 時(shí) 與 輸 入 電 壓 同 相 位 。 三 、 RC橋 式 正 弦 波 振 蕩 電 路 分 析(一 )相 位 條 件 因

28、 為 為 同 相 輸 入 運(yùn) 放 ， 與 同 相 位 ， 所 以 ；再 由 圖 8-5(b)知 ， 當(dāng) 時(shí) , ； 總 之 ， ， 滿足 相 位 平 衡 條 件 。 (二 )幅 度 條 件由 得 出 。 因 為 , 所 以 。 又 由 穩(wěn) 幅 環(huán) 節(jié) 與R 3構(gòu) 成 電 壓 串 聯(lián) 負(fù) 反 饋 ， 在 深 度 負(fù) 反 饋 條 件下 ， ， 所 以 (8-14)oU fU 0A 0F 0A F 1AF 13F 3A 31 3Fuf RA R 32FR R 0f f FR 由 于 電 阻 值 的 實(shí) 際 值 存 在 誤 差 ， 常 需 通 過(guò) 試 驗(yàn) 調(diào) 整 。需 要 注 意 的 是 ： Auf

29、3是 指 Auf略 大 于 3。 若 Auf遠(yuǎn) 大 于 3， 則因 振 幅 的 增 大 ， 致 使 放 大 器 件 工 作 到 非 線 性 區(qū) ， 輸 出 波 形將 產(chǎn) 生 嚴(yán) 重 的 非 線 性 失 真 。 而 Auf小 于 3時(shí) ， 則 因 不 滿 足 幅值 條 件 而 不 能 振 蕩 。(三 )振 蕩 的 建 立 與 穩(wěn) 定由 于 電 路 中 存 在 噪 聲 (電 阻 的 熱 噪 聲 、 三 極 管 的 噪 聲 等 )，它 的 頻 譜 分 布 很 廣 ， 其 中 包 含 這 樣 的 頻 率 成 分 。這 個(gè) 微 弱 信 號(hào) 經(jīng) 過(guò) 放 大 正 反 饋 選 頻 放 大 ， 開(kāi) 始 時(shí) 由于

30、 ， 輸 出 幅 度 逐 漸 增 大 ， 表 示 電 路 已 經(jīng) 起 振 ， 最后 受 到 放 大 器 件 非 線 性 特 性 的 限 制 ， 振 蕩 幅 度 自 動(dòng) 穩(wěn) 定 下來(lái) ， 達(dá) 到 平 衡 狀 態(tài) ， ， 并 在 頻 率 上 穩(wěn) 定 地 工 作 。 0 12f RC1AF 1AF 0f (四 )估 算 振 蕩 頻 率(五 )穩(wěn) 幅 措 施 oU fIoU oUoUoU 因 為 圖 8-3電 路 中 的 放 大 電 路 是 集 成 運(yùn) 放 組 成 的 ， 它 的輸 出 電 阻 可 視 為 零 ， 輸 入 電 阻 很 大 ， 可 忽 略 對(duì) 選 頻 網(wǎng)絡(luò) 的 影 響 。 因 此 ， 振

31、 蕩 頻 率 即 為 RC串 并 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò)的 。 調(diào) 節(jié) R和 C就 可 以 改 變 振 蕩 頻 率 。 0 12f RC為 了 進(jìn) 一 步 改 善 輸 出 電 壓 幅 度 的 穩(wěn) 定 性 ， 可 以 在 負(fù) 反饋 回 路 中 采 用 非 線 性 元 件 ， 自 動(dòng) 調(diào) 整 反 饋 的 強(qiáng) 弱 ， 以更 好 地 維 持 輸 出 電 壓 幅 度 的 穩(wěn) 定 。 例 如 ， 在 圖 8-3中 用一 個(gè) 溫 度 系 數(shù) 為 負(fù) 的 熱 敏 電 阻 代 替 反 饋 電 阻 Rf。 當(dāng) 輸 出電 壓 增 加 時(shí) ， 通 過(guò) 負(fù) 反 饋 支 路 的 電 流 也 隨 之 增加 ， 結(jié) 果 使 熱 敏 電

32、阻 的 阻 值 減 小 ,負(fù) 反 饋 增 強(qiáng) ,放 大 倍 數(shù)下 降 從 而 使 下 降 。 反 之 ， 當(dāng) 下 降 時(shí) ， 由 于 熱敏 電 阻 的 自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 作 用 ， 將 使 增 大 。 因 此 ， 可 維 持輸 出 電 壓 基 本 穩(wěn) 定 。 非 線 性 電 阻 穩(wěn) 定 輸 出 電 壓 幅 值 的 另 一 種 方 案 是 采用 具 有 正 溫 度 系 數(shù) 的 電 阻 來(lái) 代 替 R3， 其 穩(wěn) 定 過(guò) 程 讀 者可 以 自 行 分 析 。 圖 8-6 例 8-1的 電 路 圖 穩(wěn) 幅 的 方 法 很 多 ， 讀 者 可 以 參 閱 其 他 有 關(guān) 文 獻(xiàn) 。 除 了 RC串 并

33、聯(lián) 橋 式 正 弦 波 振 蕩 電 路 外 ， 還 有 移 相 式和 雙 T網(wǎng) 絡(luò) 式 等 RC正 弦 波 振 蕩 電 路 。 只 要 在 滿 足 相 位 平衡 條 件 的 前 提 下 ， 放 大 電 路 有 足 夠 的 放 大 倍 數(shù) 來(lái) 滿 足 幅度 平 衡 條 件 ， 并 有 適 當(dāng) 的 穩(wěn) 幅 措 施 ， 就 能 產(chǎn) 生 較 好 的 正弦 波 振 蕩 。 因 為 RC正 弦 波 振 蕩 電 路 的 振 蕩 頻 率 f0和 RC乘 積 成 反比 ， 如 果 需 要 較 高 的 振 蕩 頻 率 ， 勢(shì) 必 要 求 R或 C值 較 小 ，這 將 給 電 路 帶 來(lái) 不 利 影 響 。 因 此

34、 ， 這 種 電 路 一 般 用 來(lái) 產(chǎn)生 幾 赫 茲 至 幾 百 千 赫 茲 的 低 頻 信 號(hào) 。 若 需 產(chǎn) 生 更 高 頻 率的 信 號(hào) 時(shí) ， 則 應(yīng) 采 用 LC正 弦 波 振 蕩 電 路 。 LC正 弦 波 振 蕩 電 路 正 弦 振 蕩 電 路 選 頻 網(wǎng) 絡(luò) 由 LC諧 振 元件 組 成 ， 稱(chēng) LC正 弦 波 振 蕩 電 路 。 LC振 蕩電 路 產(chǎn) 生 頻 率 高 于 1MHz的 高 頻 正 弦 信 號(hào) 。根 據(jù) 反 饋 形 式 的 不 同 ， LC正 弦 波 振 蕩 電路 可 分 為 互 感 耦 合 式 (變 壓 器 反 饋 式 )、 電感 三 點(diǎn) 式 、 電 容 三 點(diǎn) 式 等 幾 種 電 路 形 式 。 1. LC并 聯(lián) 諧 振 回 路 在 選 頻 放 大 器 中 ， 經(jīng) 常 用 到 圖 7.5所示 的 LC并 聯(lián) 諧 振 回 路 。 圖 7.5 LC并 聯(lián) 諧 振 回 路 圖 7.6 LC并 聯(lián) 諧 振 回 路 的 諧 振 曲 線 圖 7.7 變 壓 器 反 饋 式 LC振 蕩 電 路 圖 7.9 電 容 三 點(diǎn) 式 電 路 圖 圖 7.10所 示 為 改 進(jìn) 型 電 容 三 點(diǎn) 式 振 蕩 電路 。 圖 7.10 改 進(jìn) 型 電 容 三 點(diǎn) 式 電 路