第四章 正弦波振荡电路精选PPT.ppt

第四章 正弦波振荡电路第1页，此课件共43页哦1.什么是反馈什么是反馈 电子电路输出量的一部分或全部通过一定的方式引回到电子电路输出量的一部分或全部通过一定的方式引回到输入回路，影响输入量，称为反馈。输入回路，影响输入量，称为反馈。一、反馈的基本概念要研究哪些问题？要研究哪些问题？怎样引回怎样引回是从输出是从输出电压还是电压还是输出电流输出电流引出反馈引出反馈影响输入电压影响输入电压还是输入电流还是输入电流多少多少怎样引出怎样引出 反馈放大电路可用反馈放大电路可用方框图表示。方框图表示。第2页，此课件共43页哦2.正反馈和负反馈正反馈和负反馈 从反馈的结果来判断，凡反馈的结果使输出量的变从反馈的结果来判断，凡反馈的结果使输出量的变化减小的为负反馈，否则为正反馈；化减小的为负反馈，否则为正反馈；引入反馈后其变化是增引入反馈后其变化是增大？还是减小？大？还是减小？引入反馈后其变化是增大？还引入反馈后其变化是增大？还是减小？是减小？或者，凡反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，或者，凡反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，否则为正反馈。否则为正反馈。第3页，此课件共43页哦3.直流反馈和交流反馈直流反馈和交流反馈 直流通路中存在的反馈称为直流反馈，交流通路中存直流通路中存在的反馈称为直流反馈，交流通路中存在的反馈称为交流反馈。在的反馈称为交流反馈。交流负反馈交流负反馈直流负反馈直流负反馈第4页，此课件共43页哦4.局部反馈和级间反馈局部反馈和级间反馈 只对多级放大电路中某一级起反馈作用的称为局部反只对多级放大电路中某一级起反馈作用的称为局部反馈，将多级放大电路的输出量引回到其输入级的输入回馈，将多级放大电路的输出量引回到其输入级的输入回路的称为级间反馈。路的称为级间反馈。通过通过R3引入的是局部反馈引入的是局部反馈通过通过R4引入的是级间反馈引入的是级间反馈通常，重点研究级间反馈或称总体反馈。通常，重点研究级间反馈或称总体反馈。第5页，此课件共43页哦二、交流负反馈的四种组态 1.电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈 将输出电压的一部分或全部将输出电压的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量引回到输入回路来影响净输入量的为电压反馈，即的为电压反馈，即 将输出电流的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量将输出电流的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量的为电流反馈，即的为电流反馈，即 描述放大电路和反馈网络在输出端的连接方式，即反馈描述放大电路和反馈网络在输出端的连接方式，即反馈网络的取样对象。网络的取样对象。第6页，此课件共43页哦2.串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈 描述放大电路和反馈网络在输入端的连接方式，即输描述放大电路和反馈网络在输入端的连接方式，即输入量、反馈量、净输入量的叠加关系。入量、反馈量、净输入量的叠加关系。-串联负反馈-并联负反馈+_负反馈负反馈第7页，此课件共43页哦3.四种反馈组态：注意量纲四种反馈组态：注意量纲电压串联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈 为什么在并为什么在并联负反馈电路联负反馈电路中不加恒压源中不加恒压源信号？信号？为什么在串联为什么在串联负反馈电路中不负反馈电路中不加恒流源信号？加恒流源信号？第8页，此课件共43页哦三、反馈的判断三、反馈的判断 1.有无反馈的判断有无反馈的判断 “找联系找联系”：找输出回路与输入回路的联系，若有：找输出回路与输入回路的联系，若有则有反馈，否则无反馈。则有反馈，否则无反馈。引入反馈了引入反馈了吗？吗？将输出电压全部将输出电压全部反馈回去反馈回去无反馈无反馈第9页，此课件共43页哦 1.有无反馈的判断有无反馈的判断“找联系找联系”：是找输出回路与输入回路的联系，：是找输出回路与输入回路的联系，不仅是输出端与输入端的联系！不仅是输出端与输入端的联系！既在输入回路又在既在输入回路又在输出回路，因而引输出回路，因而引入了反馈。入了反馈。第10页，此课件共43页哦2.直流反馈和交流反馈的判断直流反馈和交流反馈的判断仅有直流反仅有直流反馈馈仅有交流仅有交流反馈反馈 “看通路看通路”，即看反馈是存在于直流通路还是交，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。流通路。设以下电路中所有电容对交流信号均可视为短路。设以下电路中所有电容对交流信号均可视为短路。第11页，此课件共43页哦2.直流反馈和交流反馈的判断直流反馈和交流反馈的判断交、直交、直流反馈流反馈共存共存仅有直流反仅有直流反馈馈第12页，此课件共43页哦3.正、负反馈（反馈极性）的判断正、负反馈（反馈极性）的判断“看反馈的结果看反馈的结果”，即净输入量是被增大还是被减小。，即净输入量是被增大还是被减小。瞬时极性法：瞬时极性法：给定给定 的瞬时极性，的瞬时极性，并以此为依据分析电路中并以此为依据分析电路中各电流、电位的极性从而各电流、电位的极性从而得到得到 的极性；的极性；的极性的极性 的极性的极性 、的叠加关系的叠加关系正反馈正反馈负反馈负反馈第13页，此课件共43页哦3.正、负反馈的判断正、负反馈的判断反馈量是仅仅决定于输出量的物理量。反馈量是仅仅决定于输出量的物理量。第14页，此课件共43页哦 在判断集成运放构成的反馈放大电路的反馈极性时，净输入电压在判断集成运放构成的反馈放大电路的反馈极性时，净输入电压指的是集成运放两个输入端的电位差，净输入电流指的是同相输入指的是集成运放两个输入端的电位差，净输入电流指的是同相输入端或反相输入端的电流。端或反相输入端的电流。反馈量反馈量反馈电流反馈电流反馈量仅决定于输出量反馈量仅决定于输出量净输入电流减小，引入了负反馈净输入电流减小，引入了负反馈净输入电流增净输入电流增大，引入了正大，引入了正反馈反馈第15页，此课件共43页哦4.电压反馈和电流反馈的判断电压反馈和电流反馈的判断电路引入了电压负反馈电路引入了电压负反馈 令输出电压为令输出电压为0，若反馈量随之为，若反馈量随之为0，则为电压反馈；若反馈量依，则为电压反馈；若反馈量依然存在，则为电流反馈。然存在，则为电流反馈。第16页，此课件共43页哦4.电压反馈和电流反馈的判断电压反馈和电流反馈的判断仅受基极电流仅受基极电流的控制的控制电路引入了电流负反馈电路引入了电流负反馈反馈电流反馈电流第17页，此课件共43页哦5.串联反馈和并联反馈的判断串联反馈和并联反馈的判断 在输入端，输入量、反馈量和净输入量以电压的方式叠加，为串在输入端，输入量、反馈量和净输入量以电压的方式叠加，为串联反馈；以电流的方式叠加，为并联反馈。联反馈；以电流的方式叠加，为并联反馈。引入了并联反馈引入了并联反馈引入了串联反馈引入了串联反馈第18页，此课件共43页哦分立元件放大电路中反馈的分析 图示电路有无引入反馈？是直流反馈还是交流反馈？是正反馈还是图示电路有无引入反馈？是直流反馈还是交流反馈？是正反馈还是负反馈？若为交流负反馈，其组态为哪种？负反馈？若为交流负反馈，其组态为哪种？3.若在第三级的射极加旁路电容，且在输出端和输入端若在第三级的射极加旁路电容，且在输出端和输入端跨接一电阻，则反馈的性质有何变化？跨接一电阻，则反馈的性质有何变化？+_+_uF 1.若第三级从射极若第三级从射极输出，则电路引入了输出，则电路引入了哪种组态的交流负反哪种组态的交流负反馈？馈？2.若在第三级的射极若在第三级的射极加旁路电容，则反馈的加旁路电容，则反馈的性质有何变化？性质有何变化？引入了电流串联负反馈引入了电流串联负反馈第19页，此课件共43页哦清华大学 华成英 分立元件放大电路中的净输入量和输出电流在判断分立元件反馈放大电路的反馈极性时，净输入在判断分立元件反馈放大电路的反馈极性时，净输入电压常指输入级晶体管的电压常指输入级晶体管的b-e（e-b）间或场效应管）间或场效应管g-s（s-g）间的电位差，净输入电流常指输入级晶体管的）间的电位差，净输入电流常指输入级晶体管的基极电流（射极电流）或场效应管的栅极（源极）电基极电流（射极电流）或场效应管的栅极（源极）电流。流。在分立元件电流负反馈放大电路中，反馈量常取在分立元件电流负反馈放大电路中，反馈量常取自于输出级晶体管的集电极电流或发射极电流，自于输出级晶体管的集电极电流或发射极电流，而不是负载上的电流；此时称输出级晶体管的集而不是负载上的电流；此时称输出级晶体管的集电极电流或发射极电流为输出电流，反馈的结果电极电流或发射极电流为输出电流，反馈的结果将稳定该电流。将稳定该电流。第20页，此课件共43页哦第二节 振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成二、RC正弦波振荡电路三、LC正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路第21页，此课件共43页哦一、正弦波振荡的条件和电路的组成一、正弦波振荡的条件和电路的组成1.正弦波振荡的条件正弦波振荡的条件 无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。的是正反馈，且振荡频率可控。在电扰动下，对于某一特定频率在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：的信号形成正反馈：由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。态平衡，稳定在一定的幅值。第22页，此课件共43页哦1.正弦波振荡的条件正弦波振荡的条件 一旦产生稳定的振荡，则一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即电路的输出量自维持，即幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件起振条件：起振条件：要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸，且在合闸通电时对于通电时对于f=f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。条件。第23页，此课件共43页哦2.起振与稳幅起振与稳幅电路如何从起振到稳幅？电路如何从起振到稳幅？稳定的振稳定的振幅幅非线性环节非线性环节的必要性！的必要性！第24页，此课件共43页哦3.基本组成部分基本组成部分1)放大电路：放大作用放大电路：放大作用2)正反馈网络：满足相位条件正反馈网络：满足相位条件3)选频网络：确定选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡，保证电路产生正弦波振荡4)非线性环节（稳幅环节）：稳幅非线性环节（稳幅环节）：稳幅1)是否存在主要组成部分；是否存在主要组成部分；2)放大电路能否正常工作，即是否有合适的放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是点，信号是 否可能正常传递，没有被短路或断路；否可能正常传递，没有被短路或断路；3)是否满足相位条件，即是否存在是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡，是否可能振荡；4)是否满足幅值条件，即是否一定振荡。是否满足幅值条件，即是否一定振荡。常合二为一常合二为一4 4、分析方法、分析方法第25页，此课件共43页哦相位条件的判断方法：相位条件的判断方法：瞬时极性法瞬时极性法 断开反馈，在断开处给放大电路加断开反馈，在断开处给放大电路加 ff0的信号的信号Ui，且规定其，且规定其极性，然后根据极性，然后根据 Ui的极性的极性 Uo的极性的极性 Uf的极性的极性若若Uf与与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。生自激振荡。在多数正弦波振荡电路中，在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和反馈量输出量、净输入量和反馈量均为电压量。均为电压量。极性？极性？第26页，此课件共43页哦5.分类分类常用选频网络所用元件分类。常用选频网络所用元件分类。1)RC正弦波振荡电路：几百千赫以下正弦波振荡电路：几百千赫以下2)LC正弦波振荡电路：几百千赫几百兆赫正弦波振荡电路：几百千赫几百兆赫3)石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定第27页，此课件共43页哦二、二、RC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路1.RC串并联选频网络串并联选频网络低频段低频段高频段高频段 在频率从在频率从0中必有一个频率中必有一个频率f0，F0。第28页，此课件共43页哦RC串并联选频网络的频率响应串并联选频网络的频率响应当当 f=f0时，不但时，不但=0，且，且 最大，为最大，为1/3。第29页，此课件共43页哦1)是否可用共射放大电路？是否可用共射放大电路？2)是否可用共集放大电路？是否可用共集放大电路？3)是否可用共基放大电路？是否可用共基放大电路？4)是否可用两级共射放大电路？是否可用两级共射放大电路？2.电路组成电路组成 应为应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电阻趋于无、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于穷大、输出电阻趋于0的放大电路。的放大电路。不符合相位条件不符合相位条件不符合相位条件不符合相位条件输入电阻小、输出电输入电阻小、输出电阻大，影响阻大，影响f0 可引入电压串联负反馈，使电压可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于放大倍数大于3，且，且Ri大、大、Ro小，对小，对f0影响小影响小第30页，此课件共43页哦3.RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）用同相比例运算电路作放大电路。用同相比例运算电路作放大电路。因同相比例运算电路有非常好的线性因同相比例运算电路有非常好的线性度，故度，故R或或Rf可用热敏电阻，或加二极管可用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。作为非线性环节。文氏桥振荡文氏桥振荡器的特点？器的特点？第31页，此课件共43页哦频率可调的文氏桥振荡器频率可调的文氏桥振荡器 改变电容以粗调，改变电改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。位器滑动端以微调。加稳压管可以限制输出电压加稳压管可以限制输出电压的峰的峰-峰值。峰值。同轴同轴电位器电位器第32页，此课件共43页哦讨论一：讨论一：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路合理连接电路，组成文氏桥振荡电路第33页，此课件共43页哦讨论二：讨论二：判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？RC 移项式电路移项式电路RC 双双T选频网络选频网络 选频网络和正反馈网选频网络和正反馈网络是两个网络。络是两个网络。1)RC 移相电路有几级才可能移相电路有几级才可能产生正弦波振荡？产生正弦波振荡？2)若若R 和和C 互换呢？互换呢？第34页，此课件共43页哦三、三、LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 1.LC并联网络的选频特性并联网络的选频特性 理想理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。无穷大。谐振频率为谐振频率为在损耗较小时，品质因数及谐振频率在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗损耗 在在ff0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？少？第35页，此课件共43页哦 构成正弦波振构成正弦波振荡电路最简单的荡电路最简单的做法是通过变压做法是通过变压器引入反馈。器引入反馈。附加相移附加相移LC选频放大电路选频放大电路正弦波振荡电路正弦波振荡电路 当当f=f0时，时，电压放大倍电压放大倍数的数值最数的数值最大，且附加大，且附加相移为相移为0。第36页，此课件共43页哦2.变压器反馈式电路变压器反馈式电路C1是必要的吗？是必要的吗？特点：特点：易振，波形较好；耦合不紧密，损易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。耗大，频率稳定性不高。分析电路是否可能产生正弦波分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：振荡的步骤：1)是否存在组成部分是否存在组成部分2)放大电路是否能正常工作放大电路是否能正常工作3)是否满足相位条件是否满足相位条件 为使为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。路。必须有合适的同铭端！必须有合适的同铭端！第37页，此课件共43页哦3.电感反馈式电路电感反馈式电路反馈电压取自哪个线圈？反馈电压取自哪个线圈？反馈电压的极性？反馈电压的极性？必要吗？必要吗？电感的三个抽头分别接晶体管电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三点式的三个极，故称之为电感三点式电路。电路。第38页，此课件共43页哦3.电感反馈式电路电感反馈式电路特点：耦合紧密，易振，振幅大，特点：耦合紧密，易振，振幅大，C 用可调电容可获得较宽范围的用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。次谐波。由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高次谐由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。第39页，此课件共43页哦4.电容反馈式（电容三点式）电路电容反馈式（电容三点式）电路 若要振荡频率高，则若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当电容减小到一定的取值就要小。当电容减小到一定程度时，晶体管的极间电容将并联在程度时，晶体管的极间电容将并联在C1和和C2上，影响振荡频率。上，影响振荡频率。特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。与放大电路参数无关与放大电路参数无关作用？作用？第40页，此课件共43页哦四、石英晶体正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路 1.石英晶体的特点石英晶体的特点SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。结晶体按一定方向切割的晶片。压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。容性容性感性感性阻性阻性 一般一般LC选频网络的选频网络的Q为几百，石英晶体的为几百，石英晶体的Q可达可达104106；前者前者f/f为为105，后者可达，后者可达10101011。第41页，此课件共43页哦2.电路电路 石英晶体工作在哪个区？石英晶体工作在哪个区？是哪种典型的正弦波振荡电是哪种典型的正弦波振荡电路？路？石英晶体工作在哪个区？石英晶体工作在哪个区？两级放大电路分别为哪种基两级放大电路分别为哪种基本接法？本接法？C1的作用？的作用？（1）并联型电路）并联型电路（2）串联型电路）串联型电路第42页，此课件共43页哦清华大学 华成英 讨论三讨论三同铭端？同铭端？能产生正弦波能产生正弦波振荡吗？振荡吗？注意事项：注意事项：1.放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；2.断开反馈，在断开处加断开反馈，在断开处加 f=f0的输入电压；的输入电压；3.找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。第43页，此课件共43页哦