9信号产生电路 9.2.1电路如图题9.2.1所示,试用相位平衡条件判断哪个电路可能振荡,哪个不能,并简 述理由。 图题9.2.1 解图题9.2.1a所示电路不能振荡。用瞬时(变化)极性法分析可知,从T1栅极断开,加一 (+)”信号,则从T2射极输出为“(-)”,即g.=180°。考虑到RC串并联网络在a==1/RC 时,g=0°,因此反馈回T栅极的信号为“(-)”,即g+g≠360°,不满足相位平衡条件。 图题9.2.1b所示电路能振荡。当从运放同相端断开并加一“(+)”信号,则v。为“(+)”, 即g.=0°或360°。因在a=a=1/RC时,g=0°,经RC串并联网络反馈到同相端的信号也为 “(+)",即有gn+g=0或360°,满足相位平衡条件。 。9,22电路如图题9.2.2所示。(1)试从相位平衡条件分析电路能否产生正弦波振荡;(2) 振荡,R1和R的值应有何关系?振荡频率是多少?为了稳幅,电路中哪个电阻可采用热 敏电阻,其温度系数如何? 解(1)从T1栅极断开加一“(+)”信号,则经T2集电极输出为“(+)”;因a==1RC 时,g1=0°,反馈到T1栅极的信号也为“(+)”,满足g+1=360°,可振荡。 (2)当R1>2Ra(但接近2Ra)时可能振荡,其振荡频率f。=1/2xRC≈58.5Hz (3)Ra采用正温度系数或R1采用负温度系数热敏电阻。 9.23一节RC高通或低通电路的最大相移绝对值小于90°,试从相位平衡条件出发,判断 图题9.2.3所示电路哪个可能振荡,哪个不能,并简述理由。 解图题9.2.3a所示电路有gn=180°,且三节RC移相网络的最大相移可接近270°,因此 总有f满足g+p;=360°,可能振荡。 160
是A三a.E, 步个两 中 k 图题 图题9.2.3b所示电路虽g。仍为180°,但因只有两节RC移相网络,其最大移相角小于 180°,即g+g<360°,不能振荡。 92,4在图题9,2,1b所示电路中,设运放是理想 器件,运放的最大输出电压为±10V。试问由于某种 原因使R2断开时,其输出电压的波形是什么(正弦波 近似方波或停振)?输出波形的峰一峰值为多少? 解当R2断开时,相当于同相放大器的电压增益 R Av=1+2→∞,vo近似为方波,其峰一峰值为20V。 9.2.5正弦波振荡电路如图题9.2.5所示,已知 R1=2k2,R2=4.5k0,R在0-5k2范围内可调,设 运放A是理想的,振幅稳定后二极管的动态电阻近似0ka 为rd=5000,求R的阻值。 解由A1=1 Rp+(r。R2)
R。=2R1-(ra‖R2) =2×2kn、(0.5×4s=3.55k0 4.5+0.5 9.2.6设运放A是理想的,试分析图题9.2.6所示正弦波振荡电路:(1)为满足振荡条件 试在图中用+、一标出运放A的同相端和反相端:(2)为能起振,R。和R2两个电阻之和应大于 0 图题9.2.6 何值;(3)此电路的振荡频率∫。=?(4)试证明稳定振荡时输出电压的峰值为 3R1 2R1=R 解(1)利用瞬时极性法分析可知,为满足相位平衡条件,运放A的输入端应为上“+"下 (2)为能起振,要求A1=14R,+R>3,即 R 阳的ARn+R2>2R1=10.2k0 (3)振荡频率 f=1(2xRC)=1/(2x×0.01F×10×10×102)≈1591.5H (4)求V。m表达式 当 V。时,有 (9.2.6-1) 和 V。 (9.2.6-2 考虑到通过R1与R的电流相等,有 RI (9.2.6-3 将式(9.2.6-1)代入式(9.2.6-3)得1 (9.2.6-4) 将式(9.2.6-4)代入式(9.2.6-2)得 162
V R Va+ 整理后得 3R 2R,R,Va 9.2.7由一阶全通滤波器组成的可调的移相式正弦波发生器电路如图题9.2.7所示。(1) R,10k0 图题9.2.7 试证明电路的振荡频率fn=1(2xC√R4R3);(2)根据全通滤波器的工作特点,可分别求出V 相对于Va的相移和V。相对于Va的相移,同时在f=f0时V与V之间的相位差为-x,试 证明在R4=R时,Va、V,间的相位差为90°,即Va若为正弦波,则V。就为余弦波。 提示:A、A2分别组成一阶全通滤波器,A3为反相器。对于A、A2分别有 A, (jw)= t joR, C A, (jo)=1+joR, C A1、A2只要各产生90°相移,就可满足相位平衡条件,并产生正弦波振荡。 解(1)求f A1和A2分别为一阶移相滤波器,反相器A3为反馈网络。其频率特性表达式分别为 A, (jo)=1+joR.C A, jo) 1 +joRs C R 163
A1、A2的总频率特性为 joC(R,+Rs) A(o)=A, (ja)A2 (jo)= +joC(R, +Rs) 式中 on=1/(C√R4R3)的 R 时 (2)V相对于Va的相移g1=-x-2 arct(R4Ca) V。相对于Va的相移 2 arct(R3Cu)。 在f时,V。和Va之间的相位差 △g=-x-2 actg(R3C) /R3R4 V。和Va之间的相位差为-x时,Va和V。之间的相位差为 A=2 arct(R, w, C)=2 arctgR, C.I C√R4R5 RARS 当R4=R5时 即Va若为正弦波,则V。为余弦波,构成正交正弦波发生器。 9.3.1电路如图题9.3.1所示,试用相位平衡条件判断哪个能振荡,哪个不能,说明理由。 解用瞬时极性法判断。 图题9.3.1a所示为共射电路,设从基极断开,并加入“(+)”信号,则经变压器反馈回来的为 “(-)”信号,即g。+g(=180°,不满足相位平衡条件,不能振荡。 图题9.3.b为共基极电路,设从射极断开,并加入“(+)”信号,则经变压器反馈回来的为 “(+)”信号,即g,+g(=360°,满足相位平衡条件,可能振荡。 图题9.3.1c为共基极电路,设从射极断开,并加入“(+)”信号,则经L1反馈回来的信号为 “(-)”,即g,+g1=180°,不满足相位平衡条件,不能振荡。 图题9.3.1d为共射电路,设基极断开,并加入“(+)”信号,经变压器反馈到L1的信号为 (+)”,即g+g1=360°,满足相位平衡条件,可能振荡。 9.3.2对图题9.3.2所示的各三点式振荡器的交流通路(或电路),试用相位平衡条件判断 哪个可能振荡,哪个不能,指出可能振荡的电路属于什么类型。 解用瞬时极性法判断 164
R R 图题9.3.1 图题9.3.2a所示电路不能振荡。例如,设从反相端加入“(+)”信号,则由L1得到的反馈 信号为“(-)”,即9,+q1=180,不满足相位平衡条件。 图题9.3.2b所示电路可能振荡。当石英晶体呈感性时,构成电容三点式振荡电路。例如, 当从栅极加入“(+)信号,。为“(-)”,经与栅极相连的电容获得的反馈信号为“(+)”,即 +g=360°,满足相位平衡条件 图题9.3.2c所示电路不能振荡。例如,设从反相输入端加入“(+)“信号,则由C获得的反 馈信号为“(-)”,即g。+9(=180°,不满足相位平衡条件。 9.3.3两种改进型电容三点式振荡电路如图题9.3.3a、b所示,试回答下列问题 (1)画出图a的交流通路,若C很大,C1>C3,C2>C3,求振荡频率的近似表达式 (2)画出图b的交流通路,若C很大,C1≥C3,C2≥C3,求振荡频率的近似表达式 (3)定性说明杂散电容对两种电路振荡频率的影响 解(1)图题9.3.3a的交流通路如图解9.3.3a所示。其振荡频率为 a2r√LC)2r√LC
4 C 晶体□ (b) 图题9.3.2 R Rbi R 图题9.3.3 CCc 式中 C=cC,+C,C1+C,C≈C3 (2)图题9.3.3b的交流通路如图解9.3.3b所示。其振荡频率为 =2xLC2x(c1+C,)~2xL(C,+C,5 式中 CC?C3 3C2C3+C1C3+c≈C3 166
(3)图题9.3.3a、b两电路都给定C1≥C3和C2>C3的条件,且谐振频率f。基本与C1、C2 无关,而杂散电容,如三极管的输入输出电容是与C1、C2并联的,故对振荡频率影响很小 回 (b) 图解9.3.3 9.3.4两种石英晶体振荡器原理电路如图题9.3.4a、b所示。试说明它们属于哪种类型的 晶体振荡电路,为什么说这种电路结构有利于提高频率稳定度? 图题9.3.4 解图题9.3.4a是电感三点式晶振电路 图题9.3,4b是电容三点式晶振电路。 由于石英晶体的品质因数Q值很高,因而这种电路的频率稳定度很高,当它工作于串联谐 振方式时,振荡频率的稳定度可以更高。为了不降低品质因数Q,外电路的串联电阻和石英晶 的阻尼电阻R相比,要尽可能小,图题9.3.4a、b两电路符合上述要求。 9.3.5RC文氏电桥振荡电路如图题9.3.5所示。(1)试说明石英晶体的作用:在电路产生 正弦波振荡时,石英晶体是在串联还是并联谐振下工作。(2)电路中采用了什么稳幅措施,它是 167
如何工作的?限 解(1)石英晶体在串联谐振下工作,呈纯阻性质,只要选择适当的RC,满足f于 1/(2πRC),就能保证振荡频率等于石英晶体的谐振频率 (2)电路采用了场效应管稳幅措施 负反馈回路电阻利用场效应管T串联电阻R4与R5并联构成(可减小rs的非线性影响)。 当v0增大时,r自动加大以增强负反馈,当v。减小时,自动减小以削弱负反馈,这个作用由 自动稳幅电路完成。它由稳压管D2、整流二极管D滤波电路R1、R2和C1及场效应管T构成。 反映输出振幅大小的电压经二极管整流滤波后控制场效应管的栅极,以便调节rms及 (R4+rs)‖Rs 的大小 太 亚D2 图题9 图题9.3.6 9.3.6试分析图题9.3.6所示正弦波振荡电路是否有错误,如有错误,请改正。 解图题9.3.6所示电路的V通过L直接加到T的射极,使得V为负,三极管T无法 正常工作。解决办法:在2端与e点间加一隔直电容。这样改正后,图题9.3.6就成为可振荡的 电感三点式振荡电路 9.4.1电路如图题9.4.1所示,A1、A2为理想运放,二极管D也是理想器件,R1=51k 5.1k,BJT的B=50,Vs≈0,≈0,试求:(1)当v1V时,vo2(2)当v1=3V 时,vo=?(3)当v=5 sinal(V)时,试画出v1、vc和vo的波形。 解(1)当v1=1V时,vo=1V,≈12,D导通,此时的基极电流为只步的 1n≈12V=12V 来 下R51k=235.3mA2E 英
+12V 图题9.4.1 而BT管饱和导通所需的临界基极电流为 6V is R B 6 V 5.1k0×50 ≈23.5mA 由于实际的IB>Is,所以BJT管饱和导通,v0≈0V。 169