《模拟电子技术》教案 第八章信号产生电路 本章教学目标： 1、理解正弦波振荡电路的基本原理 2、掌握LC振荡电路 3、掌握RC振荡电路 4、了解调谐放大器的工作原理 本章重点： LC振荡电路；RC振荡电路 本章重点： 振荡电路的选频特性 8.1调谐放大器 调谐放大器：具有选频放大能力的放大电路。 电路特点：LC谐振回路作负载。 应用：无线电发射和接收设备。 8.1.1.调谐放大器的工作原理 信号源 一、LC并联电路 图8.1.1所示。R为并联电路损耗电阻。 图8.1.1LC并联电路 1.阻抗频率特性 图6.1.2()所示。它表示了LC并联电路的阻抗Z与信号频率f之间的变化 关系。当f=时，C并联电路发生谐振，阻抗最大。当f<或f>时，电路 失谐，阻抗很小。因此，称为谐振频率，又称固有频率，即 f6= 2π√L0 纯阻性 可见，元件L、C取定值时，谐振频率 感性容性 6是一个常数。 +90 2.相位频率特性 -901 图8.1.2(b)所示。它表示了LC并联 (a)阻抗频率特性 (b)相位频率特性 电路两端电压ⅴ和流进并联电路电流 图8.1.2LC并联电路的频率特性 之间的相位角之差0与信号频率∫之间
《模拟电子技术》教案 1 第八章 信号产生电路 本章教学目标： 1、理解正弦波振荡电路的基本原理 2、掌握 LC 振荡电路 3、掌握 RC 振荡电路 4、了解调谐放大器的工作原理 本章重点： LC 振荡电路；RC 振荡电路 本章重点： 振荡电路的选频特性 8.1 调谐放大器 调谐放大器：具有选频放大能力的放大电路。 电路特点：LC 谐振回路作负载。 应用：无线电发射和接收设备。 8.1.1.调谐放大器的工作原理 一、LC 并联电路 图 8.1.1 所示。R 为并联电路损耗电阻。 1．阻抗频率特性 图 6.1.2(a)所示。它表示了 LC 并联电路的阻抗 Z 与信号频率 f 之间的变化 关系。当 f = f0 时，LC 并联电路发生谐振，阻抗最大。当 f f0 或 f f0 时，电路 失谐，阻抗很小。因此，f0 称为谐振频率，又称固有频率，即 LC f = 2 1 0 可见，元件 L、C 取定值时，谐振频率 f0 是一个常数。 2．相位频率特性 图 8.1.2(b)所示。它表示了 LC 并联 电路两端电压 v 和流进并联电路电流 i 之间的相位角之差 与信号频率 f 之间 图 8.1.1 LC 并联电路 图 8.1.2 LC 并联电路的频率特性
电路与模拟电子技术教案 的变化关系。 当∫=6时，0=0，电路呈纯阻性：当f<6时，p>0,电路呈感性；当f>6 时，0<0，电路呈容性： 可见，LC并联电路随信号频率的变化呈现不同的性质。 3.选频特性 阻频特性和相频特性统称为LC并联电路的频 01>2> 率特性。它说明了LC并联电路具有区别不同频率 信号的能力，即具有选频特性。如图8.1.3所示。 品质因数为Q==,L-264 R 图8.1.3阻频特性与Q值关系 它表征了LC并联电路选频特性的好坏。 实验和理论证明： R越小，Q值越大，曲线越尖锐，电路选频能力越强： R越大，Q值越小，曲线越平坦，电路选频能力越差。 LC并联电路的Q值，一般在几十到一二百之间。 4.选频放大器 图8.1.4(a)所示。电路特点是利用LC并联电路作为负载，因此放大电路具 有选频放大能力。 工作原理：当信号频率等于谐振频率时，即=，放大器输出电压最大： 放大倍数Avo最大。如图8.1.4(b)所示。这种表示选频放大器的放大倍数与信号 频率关系的曲线，称为调谐放大器的谐振曲线。 RbI C- (a)电路 (b)谐振曲线 图8.1.4选频放大器原理 图8.1.5单回路调谐放大器 8.1.2两种基本的调谐放大电路 一、单回路调谐放大器 2
电路与模拟电子技术教案 2 的变化关系。 当 f = f0 时， = 0，电路呈纯阻性；当 f f0 时， 0，电路呈感性；当 f f0 时， 0，电路呈容性； 可见，LC 并联电路随信号频率的变化呈现不同的性质。 3．选频特性 阻频特性和相频特性统称为 LC 并联电路的频 率特性。它说明了 LC 并联电路具有区别不同频率 信号的能力，即具有选频特性。如图 8.1.3 所示。 品质因数为 R f L R L R X Q L 0 2 0 = = = 它表征了 LC 并联电路选频特性的好坏。 实验和理论证明： R 越小，Q 值越大，曲线越尖锐，电路选频能力越强； R 越大，Q 值越小，曲线越平坦，电路选频能力越差。 LC 并联电路的 Q 值，一般在几十到一二百之间。 4．选频放大器 图 8.1.4(a)所示。电路特点是利用 LC 并联电路作为负载，因此放大电路具 有选频放大能力。 工作原理：当信号频率等于谐振频率时，即 f = f0，放大器输出电压最大； 放大倍数 AVO 最大。如图 8.1.4(b)所示。这种表示选频放大器的放大倍数与信号 频率关系的曲线，称为调谐放大器的谐振曲线。 图 8.1.4 选频放大器原理 图 8.1.5 单回路调谐放大器 8.1.2 两种基本的调谐放大电路 一、单回路调谐放大器 图 8.1.3 阻频特性与 Q 值关系
《模拟电子技术》教案 单回路调谐放大器如图8.1.5所示。 工作原理：输入信号经T通过C和C送到晶体管的b、e极之间，放大 后的信号经LC谐振电路选频由T2耦合输出。 电感抽头和变压器的作用是减少外界对谐振回路的影响，保证有高的Q值。 单回路调谐放大器的通频带和选择性取决于图8.1.4(b)谐振曲线，它与理想 的矩形谐振曲线比相差甚远，因此这种电路只能用于通频带和选择性要求不高的 场合。 电路优点：调整方便、工作稳定；缺点：失真大。 二、双回路调谐放大器 图8.1.6所示。电路特点是集电极负载采用两个谐振回路，利用它们之间的 耦合强弱来改善通频带和选择性。 1.互感耦合 图8.1.6(a)所示。电路特点是双调谐回路依靠互感实现耦合。调节L1、L2 之间的距离或磁芯的位置，改变耦合程度，从而改善通频带和选择性。 工作原理：假定L1C和2C2调谐在信号频率上，输入信号通过T送到V 时，集电极信号电流经L1C产生并联谐振。此时，由于互感耦合，L1中的电流 在L2C2回路电感的抽头处产生很大的输出电压o。 2.电容耦合 图8.1.6(b)所示。电路特点是通过外接电容Ck实现两个调谐回路之间的耦 合，改变Ck的大小就可改变耦合程度，从而改善通频带和选择性。 (a互感耦合 (b)电容耦合 图8.1.6双回路调谐放大器 3
《模拟电子技术》教案 3 单回路调谐放大器如图 8.1.5 所示。 工作原理：输入信号 vi 经 T1 通过 Cb 和 Ce 送到晶体管的 b、e 极之间，放大 后的信号经 LC 谐振电路选频由 T2 耦合输出。 电感抽头和变压器的作用是减少外界对谐振回路的影响，保证有高的 Q 值。 单回路调谐放大器的通频带和选择性取决于图 8.1.4(b)谐振曲线，它与理想 的矩形谐振曲线比相差甚远，因此这种电路只能用于通频带和选择性要求不高的 场合。 电路优点：调整方便、工作稳定；缺点：失真大。 二、双回路调谐放大器 图 8.1.6 所示。电路特点是集电极负载采用两个谐振回路，利用它们之间的 耦合强弱来改善通频带和选择性。 1．互感耦合 图 8.1.6(a)所示。电路特点是双调谐回路依靠互感实现耦合。调节 L1、L2 之间的距离或磁芯的位置，改变耦合程度，从而改善通频带和选择性。 工作原理：假定 L1C1 和 L2C2 调谐在信号频率上，输入信号 vi 通过 T1 送到 V 时，集电极信号电流经 L1C1 产生并联谐振。此时，由于互感耦合，L1 中的电流 在 L2C2 回路电感的抽头处产生很大的输出电压 vo。 2．电容耦合 图 8.1.6(b)所示。电路特点是通过外接电容 Ck 实现两个调谐回路之间的耦 合，改变 Ck 的大小就可改变耦合程度，从而改善通频带和选择性。 图 8.1.6 双回路调谐放大器
电路与模拟电子技术教案 AAM (a)耦合较弱 b)耦合适当（©）耦合较强 图81.7双回路调谐的谐振曲线 3.选择性和通频带与耦合程度的关系： 如图8.1.7(a)所示。 (1)弱耦合时，谐振曲线出现单峰； (2)强耦合时，谐振曲线出现双峰，中心频率处下凹的程度与耦合强度成 正比： (3)临界耦合时，谐振曲线也呈单峰，但中心频率处曲线较平坦。 可见，谐振曲线在临界耦合时，与理想的矩形谐振曲线很接近。 结论，双回路调谐放大器有较好的通频带和选择性，所以应用广泛。 8.2正弦波振荡器 正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出不同频率正弦信号的自激 振荡电路。 8.2.1自激振荡的工作原理 一、LC回路中的自由振荡 如图8.2.1(a)所示。 自由振荡一一电容通过电感充放电，电路进行电能和磁能的转换过程。 阻尼振荡一一因损耗等效电阻R将电能转换成热能而消耗的减幅振荡。图 8.2.1(b)所示。 等幅振荡一一利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程，图 8.2.1(c)所示。这种等幅正弦波振荡的频率称为C回路的固有频率，即 fo2LC
电路与模拟电子技术教案 4 图 8.1.7 双回路调谐的谐振曲线 3．选择性和通频带与耦合程度的关系： 如图 8.1.7(a)所示。 (1) 弱耦合时，谐振曲线出现单峰； (2) 强耦合时，谐振曲线出现双峰，中心频率 f0 处下凹的程度与耦合强度成 正比； (3) 临界耦合时，谐振曲线也呈单峰，但中心频率 f0 处曲线较平坦。 可见，谐振曲线在临界耦合时，与理想的矩形谐振曲线很接近。 结论，双回路调谐放大器有较好的通频带和选择性，所以应用广泛。 8.2 正弦波振荡器 正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出不同频率正弦信号的自激 振荡电路。 8.2.1 自激振荡的工作原理 一、LC 回路中的自由振荡 如图 8.2.1(a)所示。 自由振荡——电容通过电感充放电，电路进行电能和磁能的转换过程。 阻尼振荡——因损耗等效电阻 R 将电能转换成热能而消耗的减幅振荡。图 8.2.1(b)所示。 等幅振荡——利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程，图 8.2.1(c)所示。这种等幅正弦波振荡的频率称为 LC 回路的固有频率，即 LC f = 2 1 0
《模拟电子技术》教案 (a原理图 (b)阻尼振荡波形 (©)等幅振荡波形 图8.2.1LC回路中的电振荡 二、自激振荡的条件 振荡电路如图8.2.2所示。 振荡条件：相位平衡条件和振幅平衡条件。 1.相位平衡条件 反馈信号的相位与输入信号相位相同，即为正反馈，相位差是180°的偶数倍， 即 0=2π 其中，p为r与的相位差，n是整数。、o、r的相互关系参见图82.3。 2.振幅平衡条件 反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。即 AvF=1 放大器 A 反馈电路 F 图8.2.2变调谐放大器为振荡器 图8.2.3自激振荡器方框图 三、自激振荡建立过程 自激振荡器：在图82.2中，去掉信号源，把开关S和点“2”相连所组成的 电路。 自激振荡建立过程：电路接通电源瞬间，输入端产生瞬间扰动信号，振荡 管V产生集电极电流C,因ic具有跳变性，它包含着丰富的交流谐波。经LC并 联电路选出频率为6的信号，由输出端输出。，同时通过反馈电路回送到输入端， 经过放大、选频、正反馈、再放大不断地循环过程，将振荡由弱到强的建立起来。 5
《模拟电子技术》教案 5 图 8.2.1 LC 回路中的电振荡 二、自激振荡的条件 振荡电路如图 8.2.2 所示。 振荡条件：相位平衡条件和振幅平衡条件。 1．相位平衡条件 反馈信号的相位与输入信号相位相同，即为正反馈，相位差是 180 的偶数倍， 即 = 2n 其中， 为 vf 与 vi 的相位差，n 是整数。vi、vo、vf 的相互关系参见图 8.2.3。 2.振幅平衡条件 反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。即 AVF = 1 图 8.2.2 变调谐放大器为振荡器 图 8.2.3 自激振荡器方框图 三、自激振荡建立过程 自激振荡器：在图 8.2.2 中，去掉信号源，把开关 S 和点“2”相连所组成的 电路。 自激振荡建立过程：电路接通电源瞬间，输入端产生瞬间扰动信号 vi，振荡 管 V 产生集电极电流 iC，因 iC 具有跳变性，它包含着丰富的交流谐波。经 LC 并 联电路选出频率为 f0 的信号，由输出端输出 vo，同时通过反馈电路回送到输入端， 经过放大、选频、正反馈、再放大不断地循环过程，将振荡由弱到强的建立起来