模电_第七章_正弦波振荡电路

基础

组成

正弦波振荡电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈形成的。

为了获得单一频率的正弦波输出，还应该有选频网络：

1. 选频网络往往和正反馈网络或放大电路合二为一；
2. 选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成；
3. 正弦波振荡器的名称一般由选频网络命名。

正反馈量难以控制，如果反馈过大，容易产生非线性失真，如果反馈过小，易导致停振。所以，必须要有一个稳幅电路。

综上所述，正弦波振荡电路由以下四个基本部分组成：

1. 放大电路
2. 正反馈网络
3. 选频网络
4. 稳幅电路

产生条件

关键点：自己振起来，不需要持续的外部输入。

关于上述表示，需要补充的是：

欧拉公式:$e^{j\varphi }=\cos \varphi +j\sin \varphi$，那么$\dot{F}=F_m\angle \varphi =F_m{e}^{j\varphi }$。

起振条件和稳幅原理

稳幅措施

1. 被动稳幅：既然环路增益大于1，起振后就要产生增幅振荡，需要靠三极管大信号运用时的非线性特性去限制幅度的增加，这样电路必然产生失真。这就要靠选频网络的作用，选出失真波形的基波分量作为输出信号，以获得正弦波输出。
2. 主动稳幅：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益。

RC正弦波振荡电路

RC串并联网络的选频特性

RC桥式振荡器的工作原理

RC振荡电路在取反馈系数的最大值时，开环增益与反馈系数同相。此外，为了满足稳幅条件，还需要设置合适的电阻。

信号分别交给反馈网络和选频+稳幅网络，输出放大后的正弦波信号。

在这里，输入信号和净输入信号应该是一回事，所以可以用前面闭环增益的公式。

模拟比较器

概述

功能：讲一个模拟电压信号与一参考电压相比较，输出一定的高低电平。

原理：运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系$v_o=f(v_i)$是非线性函数。

分析要点：运放的非线性状态：电路开环或者引入了正反馈；虚断可以用，虚短不可以用。

关键参数：

1. 输出电压的高低电平；
2. 门限电压；
3. 跃变过程。

单门限比较器

同相单门限比较器。

反相单门限比较器如图所示。

过零比较器

应用1:正弦波转换为方波

应用2:限幅电路

通常而言，高低电平的大小选择由集成运放输出端的稳压管所决定，具体的电路如图所示。

单门限比较器的输出一定是大于等于稳压管的稳压值的。无论是高电平还是低电平，都至少有一个稳压管是处于工作状态的。

该电路引入了深度负反馈，使得运放的反向输入端和同相输入端电位相等 $u_{-}=u_{+}=U_{REF}$，所以，比较器的输出电压为$u_o=\pm U_Z+U_{REF}$。

集成运放工作在线性区，提高了输出电压的跃变速度；同时，集成运放的净输入电压近似为0，对运放的输入级起到了保护作用。

迟滞比较器

单门限比较器存在的问题

抗干扰能力差。以同相单门限比较器为例，微小的波动会造成输出的剧烈变化。

工作原理

电路中存在由$R_1$和$R_2$构成的正反馈通路，两个输入端分别接入被比较的输入电压和参考电压。

滞回特性曲线

反相输入为顺时针，同相输入为逆时针。

也可理解为，反相输入中，对大于零的输入，一旦超过参考电压，其会骤降至负数。

方波发生电路

电路结构

由滞回比较器和RC定时电路构成。

下图是负相滞回比较器。

正弦波振荡电路是：反馈在负相端，选频网络与正相端相连。

而方波发生电路中：反馈在正相端，定时电路与负相端相连。

所以说，在该笔记的两个电路图中，输入给到的不是一个端。

工作原理

周期公式务必记住！系数与RC定时发生电路有关，ln内与正反馈电路有关。

三角波发生电路

基于波形变换

真的是一个元件也没变得直接相连！两个电路毫无关系，直接分开计算即可。

非波形变换

随着电容充电，输入端电压增大，由于是反相输入，输出端电压自然减小。

输出峰值与两个反馈电阻的比值相关。

需要补充的公式有：

同相输入端电压为$$V_P=\frac{R_1}{R_1+R_2}{v}_{o1}+\frac{R_2}{R_1+R_2}{v}_o$$

门限电压为$$\pm V_T=\mp \frac{R_1}{R_2}{V}_Z$$

最后，分析曲线时，一般从稳态且输入端为0开始。