第五章振荡与调制
第五章 振荡与调制
在一个电子线路中，不加输入信号就有信号输 出，这种现象称为自激振荡(oscillation),实现振荡 的电路称为振荡器(oscillator)。 振荡器在医学中的应用非常广泛，如超声波诊 断仪、各种电疗机等都应用了振荡器。利用振荡可以 产生不同波形和不同频率的交变电压，常见的振荡器 有两类，一类是正弦波振荡器，另一类是非正弦波振 荡器。 调制(nodulation)是一种频率较高的波形携 带低频信息的过程，而解调(demodulation)则是从 已调波中恢复原低频信息的过程，它在生物医学上用 于各种生理参数的检测和遥测
在一个电子线路中，不加输入信号就有信号输 出，这种现象称为自激振荡(oscillation)，实现振荡 的电路称为振荡器(oscillator)。 振荡器在医学中的应用非常广泛，如超声波诊 断仪、各种电疗机等都应用了振荡器。利用振荡可以 产生不同波形和不同频率的交变电压，常见的振荡器 有两类，一类是正弦波振荡器，另一类是非正弦波振 荡器。 调制(modulation)是一种频率较高的波形携 带低频信息的过程，而解调(demodulation)则是从 已调波中恢复原低频信息的过程，它在生物医学上用 于各种生理参数的检测和遥测
主要内容 第一节RC正弦波振荡器 第二节LC正弦波振荡器 第三节晶体正弦波振荡器 第四节调幅与检波 第五节调频与鉴频
主要内容 第一节 RC正弦波振荡器 第二节 LC正弦波振荡器 第三节 晶体正弦波振荡器 第四节 调幅与检波 第五节 调频与鉴频
第一节RC正弦波振荡器 一.自激振荡的基本原理 1.自激振荡的基本条件 在前面提到，当放大电路中引入正反馈 后，往往会产生自激，从而破了放大器的 正常工作。这说明正反馈放大器有可能形成 振荡。那么要满足什么条件，才能使正反馈 放大器成为一个自激振荡器呢？
第一节 RC正弦波振荡器 一.自激振荡的基本原理 1. 自激振荡的基本条件 在前面提到，当放大电路中引入正反馈 后，往往会产生自激，从而破坏了放大器的 正常工作。这说明正反馈放大器有可能形成 振荡。那么要满足什么条件，才能使正反馈 放大器成为一个自激振荡器呢?
自激振荡器包括两部分，一是 基本放大器，放大倍数为K；二是 反馈电路，反馈系数为F。 假设在基本放大器的输入端加 Ko 输入信号u,经过放大后的输出信 基本放大器 号为u。=K,然后经反馈电路，将 输出信号u。的一部分即反馈信号 u=Fu回送到输入端。如果反馈信 正反馈电路 号u与输入信号u同相位，则构成正 F 反馈回路，结果将加强原输入信号。 图5-1自激振荡器方框图 如果此反馈信号的幅度又足够大， 即满足u≥u,那么即使将输入信号 拿掉，电路也能维持有信号输出， 这样就形成了振荡
自激振荡器包括两部分，一是 基本放大器，放大倍数为K0；二是 反馈电路，反馈系数为F。 假设在基本放大器的输入端加 输入信号ui，经过放大后的输出信 号为uo=K0ui，然后经反馈电路，将 输出信号uo的一部分即反馈信号 uf=Fuo回送到输入端。如果反馈信 号uf与输入信号ui同相位，则构成正 反馈回路，结果将加强原输入信号。 如果此反馈信号的幅度又足够大， 即满足uf≥ui，那么即使将输入信号 拿掉，电路也能维持有信号输出， 这样就形成了振荡
由此可见，要产生自激振荡，必须具备 两个基本条件： (1)相位条件 反馈信号u与输入信号u同相位，即u与 u的相位差为Φ=2n兀(n=0,1,2…) (2)幅度条件 反馈信号u应大于或等于输入信号u, 即u2u。因u=Fuo3而u。=Kou,所以 u=FKou,故本条件可改写为：FK之1 只有满足了以上两个基本条件，电路才 能形成自激振荡
由此可见，要产生自激振荡，必须具备 两个基本条件： (1)相位条件 反馈信号uf与输入信号ui同相位，即uf与 ui的相位差为Φ=2nπ(n=0,1,2…) (2)幅度条件 反馈信号uf应大于或等于输入信号ui， 即ui≥uf。因uf=Fuo，而uo=K0ui，所以 uf=FK0ui，故本条件可改写为：FK0≥1 只有满足了以上两个基本条件，电路才 能形成自激振荡
2.正弦波振荡器的基本组成 虽然具备了上述两个条件的正反馈放大器 能够产生自激振荡，但如果同时有许多频率的 信号（而不是一种频率）都满足这些条件，那么 输出端获得的振荡信号将不是单一频率的正弦 波，而是一个包含有多种频率信号合成的非正 弦波或矩形波。为了获得单一频率的正弦波， 振荡电路还必须具有选频作用，具有这种特性 的电路称选频电路。多频率的信号通过选频电 路后，只有某一频率才满足振荡的两个基本条 件，从而得到单一频率的正弦波信号
2. 正弦波振荡器的基本组成 虽然具备了上述两个条件的正反馈放大器 能够产生自激振荡，但如果同时有许多频率的 信号(而不是一种频率)都满足这些条件，那么 输出端获得的振荡信号将不是单一频率的正弦 波，而是一个包含有多种频率信号合成的非正 弦波或矩形波。为了获得单一频率的正弦波， 振荡电路还必须具有选频作用，具有这种特性 的电路称选频电路。多频率的信号通过选频电 路后，只有某一频率才满足振荡的两个基本条 件，从而得到单一频率的正弦波信号
选频电路，可以由R、C元件组成，也可 用L、C元件组成，还可以由石英晶体组成。 在实际的振荡电路中，选频电路可以作 为一个独立的部分，也可以包含在反馈电路 中或基本放大器中。 从原理上讲，一个自激正弦波振荡器必 须由以下三部分组成：基本放大器、正反馈 电路、选频电路
选频电路，可以由R、C元件组成，也可 用L、C元件组成，还可以由石英晶体组成。 在实际的振荡电路中，选频电路可以作 为一个独立的部分，也可以包含在反馈电路 中或基本放大器中。 从原理上讲，一个自激正弦波振荡器必 须由以下三部分组成：基本放大器、正反馈 电路、选频电路
3.振荡的建立和稳定 如上所述，反馈振荡器是把反馈电压u作 为输入电压，以维持一定的输出电压。 这里就有一个问题，既然输出电压是由输 入电压放大得到的，而输入电压又是通过反馈 电路由输出电压供给的，那么最初的输入电压 又是怎样得到的呢？
3.振荡的建立和稳定 如上所述，反馈振荡器是把反馈电压uf作 为输入电压，以维持一定的输出电压。 这里就有一个问题，既然输出电压是由输 入电压放大得到的，而输入电压又是通过反馈 电路由输出电压供给的，那么最初的输入电压 又是怎样得到的呢?
在振荡电路中不可避免地含有微小的电扰动，如 接通直流电源的一瞬间所产生的电脉冲，以及电路的 热噪声等 。 由于振荡电路是一个闭合的正反馈系统，因此不 管电扰动发生在电路的哪一部分，最终总要传送到基 本放大器的输入端，成为最初的输入电压。这些电扰 动一般都包含有丰富的频率成分，但在选频电路的作 用下，只有某一频率分量可以顺利的通过，其余频率 成分均被抑制。被选出的频率分量放大后，经反馈电 路又回送到基本放大器的输入端，形成一个循环。在 第一循环结束时，第二循环即开始，如此循环往复继 续下去
在振荡电路中不可避免地含有微小的电扰动，如 接通直流电源的一瞬间所产生的电脉冲，以及电路的 热噪声等。 由于振荡电路是一个闭合的正反馈系统，因此不 管电扰动发生在电路的哪一部分，最终总要传送到基 本放大器的输入端，成为最初的输入电压。这些电扰 动一般都包含有丰富的频率成分，但在选频电路的作 用下，只有某一频率分量可以顺利的通过，其余频率 成分均被抑制。被选出的频率分量放大后，经反馈电 路又回送到基本放大器的输入端，形成一个循环。在 第一循环结束时，第二循环即开始，如此循环往复继 续下去