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正弦交流信号的特点：频率、振幅和相位

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：图6-1 正弦交流信号的波形在正弦交流信号中，随时间按正弦规律做周期变化的量称为正弦量。提示说明振幅值：正弦交流电瞬时值中最大的数值叫做最大值或振幅值。振幅值决定正弦量的大小，通常用Um、Im表示。由于RC正弦波振荡电路主要用于低频振荡，因此要想产生更高频率的正弦信号，应采用LC正弦波振荡电路，振荡频率为，而石英振荡器的特点是其振荡频率特别稳定，因此常用于振荡频率高度稳定的场合。

1.正弦交流信号的特点

图解演示

正弦交流信号是按照正弦规律变化的信号。交流电就是一种典型的正弦交流信号。正弦交流信号的波形如图6-1所示。

图6-1 正弦交流信号的波形

在正弦交流信号中，随时间按正弦规律做周期变化的量称为正弦量。正弦量的振幅值、瞬时值、频率（或角频率）、周期和相位称为正弦量的主要参数。

提示说明

•振幅值：正弦交流电瞬时值中最大的数值叫做最大值或振幅值。振幅值决定正弦量的大小，通常用U_m、I_m表示。

•瞬时值：瞬时值通常用小写字母（如u、i）表示，瞬时值的概念中含有大小和方向，而最大值只有大小之分，不含方向。值得注意的是，瞬时值是随时间t而周期性变化的（i=I_msinωt），而最大值却是一定的。

•周期：正弦量变化一次所需的时间（s），用T表示。

•频率：正弦量在单位时间内变化的次数，用f表示，单位为赫兹，简称赫，用Hz表示。频率决定正弦量变化的快慢，频率是周期的倒数，其关系为f=1/T。

•角频率：正弦量单位时间内变化的弧度，用ω表示，单位为弧度/秒，用rad/s表示，角频率和频率的关系表示为ω=2π/T=2πf。

•相位、初相位和相位差：相位反映正弦量变化的进程。正弦量是随时间而变化的，要确定一个正弦量还必须从计时起点（t=0）上看。所取的时间起点不同，正弦量的初始值（t=0）就不同，到达最大值或某一特定值所需的时间也就不同。

2.正弦交流信号的相关电路

（1）产生正弦交流信号的条件

正弦交流信号产生电路的功能就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，一般是在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。

正弦波产生电路的基本结构是引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中，形成正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件。产生振荡必须满足幅度条件，要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性，同时它还应具有稳幅特性。因此，正弦波产生电路一般包括放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅电路4个部分。

（2）RC正弦波振荡电路

按选频网络的元件类型分类，可以把正弦振荡电路分为RC正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路、石英晶体正弦波振荡电路。

图解演示

常见的RC正弦波振荡电路如图6-2所示。

图6-2 RC正弦波振荡电路

该电路是RC串并联式正弦波振荡电路，它又被称为文氏桥正弦波振荡电路。串并联网络在此作为选频和反馈网络。

提示说明

它的起振条件为R_f>2R，它的振荡频率为。由于RC正弦波振荡电路主要用于低频振荡，因此要想产生更高频率的正弦信号，应采用LC正弦波振荡电路，振荡频率为，而石英振荡器的特点是其振荡频率特别稳定，因此常用于振荡频率高度稳定的场合。