67-RC正弦波振荡电路在线视频

大家好

本节课我们来讨论RC正弦波振荡

电路

这是一个函数

信号发生器这个函数信号发生器

可以给电路输入各种波形

如果说我把这个盖子打开的话

里面应该有一个电路

这个电路跟我们以往学习的电路

都不一样

它不需要有任何的输入就可以

产生波形输出

正弦波是所有波形当中最基础的

波形

那么如何无中生有产生正弦波呢

我们先来看正弦波

整段电路它应该定性上有哪一些

电路结构

首先第一无中生有产生一定频率

一定幅值的输出

那么这很显然有一个能量的控制

也有一个能量的转换

什么电路可以实现能量的这种

控制和转化

那当然是放大电路了

所以它有放大电路

但是放大电路它必须要有一个

输入信号

这个输入信号从哪里来呢

其实，所谓的无，并不是什么都没有

我们知道即使我们没有特定的

输入信号

但是在我们这个空间当中存在

着各种各样的电磁波

这种电磁波它的频率幅值不确定

也很微弱

但是我们可以对它加以利用

如果说用到我们前面加的放大和

反馈的概念的话

也许能够把这样的一个很微弱的

信号进行放大得到正弦波

那么到底该引入什么样的反馈

我们前面讲到的都是对于负

反馈的应用

那么在正弦波整张电路当中

它是将一个非常微弱的信号

一步步的进行放大

那么很显然负反馈是不合适的

一定是做一个正反馈

那也就是说有第二个电路部分正

反馈

那有了正反馈以后

这个电路就可以把一个很小

很小的信号无中生有

放大到一定的值

但是我们最后输出的波形

频率要单一的幅值

要确定的怎么办

电磁波的频率成分它是很复杂的

我们要选某一个频率进行输出

那么也就是说我们要加一个选频

网络

加一个选频网络

让这个选题网络选出来的F0的

这个信号呢组成一个正反馈

然后正反馈给放大电路放大输出

那么这样一来我们就看到这个

电路呢有一个这样的效果

某一个时刻输出端得到了一个

偶然的很小的一个干扰信号

这个信号经过反馈得到一个XF

XF作为放大电路的输入放大

得到

XO这样的话呢就有XO增大X

F增大XO增大以后更大

那么这样反复的循环

那么就有可能最终输出一个

正弦波来了

那么这个电路呢它选出来一个

频率为F0的一个信号

形成正反馈放大

不断放大不断放大

可是我们的波形呢最后是要输出

稳定的负值

怎么办呢

反馈放大反馈放大

最后要达到一个动态平衡

那么这个电路必须要有一个稳定

的稳幅环节

也就是非线性的一个网络

这样的话呢使得最后的正弦波

频率幅值确定

那具体这个电路怎么构成

我们后面继续来讨论

根据选频网络所用的器件不同

正弦波振荡电路分为三大类

一个是LC正弦波振荡

RC正弦波振荡

还有石英晶体振荡

这三种振荡电路在不同的情形下

我们选用不同的选频网络

RC振荡主要是用于低频

电路的振荡

LC的振荡是高频振荡

比如说我们收音机的振荡

电路

如果说你对于这个振荡的频率

要求非常的稳定的话

那你就选用石英晶体振荡

其中RC的正弦波振荡是一个最

典型最基础的正弦波振荡电路

那我们先来看一下RC怎么样去选频

RC串并联作选频

它的电路输入是整个放大电路的

输出uo

从RC并联端得到反馈电压UF

我们可以求出反馈系数

F他等于UF比上UO令F0

等于2派

RC分之一

那我们就可以表述出这个反馈

系数

那么由此呢就得到了RC串避免

选频网络它的频率特性幅频特性

相频特性

我们从这个图形上可以看出

当信号的频率F等于F0

也就是等于2派RC分之一的

时候

这个电路有一个最大的输出幅值

F等于13

同时输出电压与输入电压之间的

相位差

发F是等于0的

这个就是RC串并连选频网络选

出来的信号

那如果说你的电路输入信号F

小于F0或者是大于F0的话

我们可以看到这个信号会被迅速

的衰减掉

那这样RC选频网络特点是这样

那我应该怎么样给它配合一个

放大电路构成正弦波振荡

呢是不是说我放大电路没有要求

我随便扯一个把它组装起来就

可以

啦当然不可以

为什么

呢因为刚才我们讲了正弦波

从无到有它有两个过程

第一个就是从零开始获得一个很

微弱的信号

不断放大到一定的幅值

这个过程

我们把它称之为是一个启证过程

然后呢它有一个动态平衡稳定的

一个输出

那么这样我们来看一下放大电路

跟你的反馈网络应该如何使得

电路能起正和平衡

我们来看看

刚才我们呢已经分析过

这个电路最早是得到一个干扰

信号反馈得到放大

电路的输入信号放大反馈

再放大

这个电路的输出产生输入

输入又产生输出输入输出信号

相互依存

相互的激励

这样的话就构成一个自激振荡

自激振荡才能够产生正弦波出来

那自己整大一直到最后动态平衡

使输入输出相互维持

那么我们可以求一下

XO是反馈网络的输入

SF是它的输出XF应该等于F

乘以X0

而放大电路呢XF是为输入XO

为输出那XO应该等于A倍的X

F达到动态平衡的时候

整个电路应该就有一个这样的

关系是

那么也就是说正弦波整大他必须

要达到一个平衡条件

啊也就是AF等于1这个电路才

能够得到稳定的复制输出

那我们来解释一下AF等于1

具体有什么条件

第一个条件就是说呢这个放大和

反馈他的幅值乘积必须要等一他

才能维持这个电路的稳定的这种

动态平衡

这是一个

另外一个呢负A加CF等于2N

派

也就是说保证你的反馈一定是正

反馈

要有这么两个条件他才能够振荡

平衡

好了

刚才我们已经知道了IC串并联

选频网络

这是根据我们要的正弦波的领域

所选的所确定的一个选频网络

这个选频网络的选频特性我们

已经知道了

F等于F0这个信号下F等于

13F等于0

那我们相应的根据平衡条件就

可以知道

与之配套的放大电路A应该是

什么样呢

大小等于3发A等于0这样一个

放大电路

符合这个条件的放大电路很多

我们可以呢拿一个最简单的电路

来跟RC选配网络构成正弦波

振荡

这个就是有名的RC桥式振荡电路

这个电路就这样的

我们把这个电路拆开来看一下

这个部分

就是刚才我们所讲的RC的选频

网络

它构成电路的正反馈选频与负反馈

两者合二为一

这边的一个电路就是它的放大

部分

我们看一下同相输入的

一个反馈

那么这就是我们前面所讲的同相

比例放大电路

这是两个电路组成部分

我们就得到了这样

的一个完整电路

这个电路有选频有正反馈

也有合适的放大电路

按说它就可以产生正弦波了

可是我说他不行

也就说如果我给它供电电源的话

它出不来正弦波

为什么呢

因为这个电路我们只是知道了A

它与F合起来是符合振荡平衡

条件的

可是这个电路必须他要有启动

捕捉到一个信号进行放大

然后再稳定输出怎么办

然后自己能起振，还要平衡

起振的过程我们来看一下

意思就是说他这个过程放大倍数

要比较大

要把一个很小的信号不断的放大

它的放大的倍数越大

这个起振过程就越短

那么也就是说起振和平衡是电路

的两种不同状态

起振过程要求是A很大的

那么也就是说AF它的乘积大小

要大于一

那么这样我们就可以把这个

电路做一个改进

把这个固定的电阻部分用这个

电路来替代

我们看这个电脑这个电路R21

它还是等于2倍的

R1

还是等于3。符合振荡平衡条件

但是在起振过程当中

起政过程就是说这个输出电压

uo很小

又很小的时候

这两个二极管谁也不能导通

那这个时候呢它的放大倍数就

应该是1+2

2211+二二

这很明显

这个时候的A是大于三的

uo很小的时候两只二极管都不能导通

电路的放大倍数大于三

所以它能很快的起振企政幼儿

增大到一定的程度以后

呢这两只二极管最少有一支是导

通的

它正半周的时候他到同负半轴的

时候

它导通

至少有一个导通一个二极管导通

就会把R22这样一个电阻给它

逐步的给它短路掉切除掉

那么这样的话呢A开始是很大

慢慢的后面减小到稳定平衡的

时候

AA F等于1

那么这样这个电路呢马上不错

嗯好着

哟很大的时候

那这两个二极管至少有一支是导

通的二极管一导通以后它就会

逐步的把二二这个电阻呢不断地

切除

使得A的放大倍数在减小

那么这样一来正弦波振荡从企证

到平衡的过程当中

这个A先是很大慢慢的减小

一直到稳定平衡的时候

AF正好等于1

那么这样的话电路就能够自行体

症

并且稳伏输出一个啊一定频率

一定幅值的竞选波

我们可以仿真来看一下

在取证的过程当中

我们看到前面的这是一个捕捉到

的一个干扰信号

它的频率成分很多

幅值也不唯一

信号很小

然后呢我们看到起证之后

经过一段时间

它的频率逐渐单一

幅值呢也越来越大

一直到最后我们看到频率幅值

都是稳定的一个输出

今天我们看到了RC桥式正弦波

振荡电路如何从无到有产生一个

正弦波的过程

在这里我想到了一句道德经里面

的话

道生一一生二

二生三

三生万物

可见自然界的规律早就有了

并不是说现代的人比古代人聪明

也不是说现代科学比古代科学

发达

今天就讲到这里

再见