医学电子学基础正弦波振荡器.ppt

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1、医用电子学基础,第四章正弦波振荡器,4.1 RC正弦波振荡器,4.2 LC正弦波振荡器,4.3 石英晶体正弦波振荡器,本章重点：1. 掌握正弦波振荡电路自激振荡的条件。2. 掌握LC振荡电路和RC振荡电路的工作原理。3.了解石英晶体正弦波振荡器的工作原理。,第一节RC正弦波振荡器,正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。,1 . 自激振荡,常用的正弦波振荡器,石英晶体振荡电路：频率稳定度高。,应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信

2、号发生器、半导体接近开关等。,放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象。,开关合在“1”为无反馈放大电路。,开关合在“2”为有反馈放大电路，,开关合在“2”时,，去掉ui 仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。,自激振荡状态,产生自激振荡的条件,(1)幅度条件：,(2)相位条件：,n 是整数,相位条件意味着振荡电路必须是正反馈； 幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足够的反馈量(可以通过调整放大倍数A 或反馈系数F 达到) 。,自激振荡的条件,2.选频电路,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的电路。,RC正弦波振荡器、LC正弦

3、波振荡器、石英晶体正弦波振荡器。,依据选频网络，正弦波振荡器可划分为：,选频电路决定了电路的振荡频率。,3.振荡的建立和稳定,振荡电路是一个闭合的正反馈系统，正反馈使整个电路的信号振幅不断增长，而放大器的非线性则使信号振幅减小，信号最后达到一个相对稳定的幅度，从而形成一定幅度的稳定振荡。,起振,稳幅,设：Uo 是振荡电路输出电压的幅度， B 是要求达到的输出电压幅度。起振时Uo 0，达到稳定振荡时Uo =B。,起振过程中 Uo 1，,稳定振荡时 Uo = B，要求AuF = 1，,从AuF 1 到AuF = 1，就是自激振荡建立的过程。,可使输出电压的幅度不断增大。,使输出电压的幅度得以稳定。

4、,起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。,4. 正弦波振荡电路的组成,放大电路: 放大信号，有足够的电压放大倍数，满足自激的振幅条件。反馈网络: 必须是正反馈，将输出信号以正反馈形式引回输入端，满足相位条件 ，反馈信号即是放大电路的输入信号。选频网络: 保证输出为单一频率的正弦波，即使电路只在某一特定频率下满足自激振 荡条件。稳幅环节: 使电路能从AuF 1转化为 AuF =1，从而达到稳幅振荡。,5. RC振荡电路-文氏桥式RC振荡器,RC选频网络正反馈网络,同相比例电路,放大信号,用正反馈信号uf作为输入信号,选出单

5、一频率的信号,1. 电路结构,运放的输出电压uo分两路反馈，一路加于RC串并联选频电路，其输出端A与运放同相端(+)相连；另一路经电阻R3、R4分压，反馈到运放反相端(-)。,2. RC串并联选频网络的选频特性,反馈系数：,式中 ：,3. 工作原理,输出电压 uo 经正反馈（兼选频）网络分压后，取uf 作为同相比例电路的输入信号 ui 。,(1) 起振过程,(2) 稳定振荡,A = 0，仅在 f 0处 F = 0 满足相位平衡条件，所以振荡频率 f 0= 。,因此，改变R、C可改变振荡频率,RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。,(3) 振荡频率 振荡频率由相位平衡条件决定。,振荡频率

6、的调整,改变开关S的位置可改变选频网络的电阻，实现频率粗调； 改变电容C 的大小可实现频率的细调。,振荡频率,（4）起振及稳定振荡的条件,稳定振荡条件AuF = 1 ，| F |= 1/ 3，则,起振条件AuF 1 ，因为 | F |=1/ 3，则,考虑到起振条件AuF 1, 一般应选取 RF 略大2R1。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重失真。,由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅，而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。,稳幅措施:,半导体热敏电阻R3 ：(负温度系数）,RC桥式振荡器的振荡频率和输出幅度比较稳定，波形失真小，可产生频率范围相当

7、宽的低频正弦波信号，而且频率调节方便。但由集成运放构成的振荡器的振荡频率一般不超过1MHz，若要产生更高的振荡频率，可采用LC正弦波振荡器。,第二节 LC振荡电路,LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡(几百千赫以上)。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对 LC振荡电路的结构和工作原理作简单介绍。,18.3.l 变压器反馈式LC振荡电路,1. 电路结构,正反馈,2.振荡频率 即LC并联电路的谐振频率,放大电路,选频电路,反馈网络,在调节变压器反馈式振荡电路中，试解释下列现象：（1）对调反馈线圈的两个接头后就能起振；（2）调RB1、 RB2或 RE的

8、阻值后即可起振；（3）改用较大的晶体管后就能起振；（4）适当增加反馈线圈的圈数后就能起振；（5）适当增加L值或减小C值后就能起振；（6）反馈太强，波形变坏；（7）调整RB1、 RB2或 RE的阻值后可使波形变好；（8）负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能 起振。,例1：,解:,(2) 调RB1、RB2或 RE的阻 值后即可起振；,原反馈线圈接反，对调两个接头后满足相位条件；,(1) 对调反馈线圈的两个接 头后就能起振；,调阻值后使静态工作点合适，以满足幅度条件；,(3) 改用较大的晶体管后就能起振；,改用较大的晶体管，以满足幅度条件；,解:,(5) 适当增加L值或减小 C值后就能起振；,增加

9、反馈线圈的圈数，即增大反馈量，以满足幅度条件；,(4) 适当增加反馈线圈的 圈数后就能起振；,当适当增加L 值或减小C 值后, 等效阻抗|Zo|增大，因而就增大了反馈量，容易起振；,LC并联电路在谐振时的等效阻抗,解:,(7) 调整RB1、 RB2或 RE 的阻值可使波形变好；,反馈线圈的圈数过多或管子的太大使反馈太强而进入非线性区，使波形变坏。,(6) 反馈太强，波形变坏；,调阻值, 使静态工作点在线性区，使波形变好；,(8) 负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振。,负载大，就是增大了LC并联电路的等效电阻R。 R的增大,一方面使|Zo|减小,因而反馈幅度减小,不易起振; 也使品质因数

10、Q减小, 选频特性变坏, 使波形变坏。,例2：,正反馈,注意：用瞬时极性法判断反馈的极性时， 耦合电容、旁路电容两端的极性相同， 属于选频网络的电容，其两端的极性相反。,试用相位平衡条件判断下图电路能否产生自激振荡,18.3.2 三点式 LC振荡电路,1. 电感三点式振荡电路,正反馈,放大电路,选频电路,反馈网络,振荡频率,通常改变电容 C 来调节振荡频率。,反馈电压取自L2,振荡频率一般在几十MHz以下。,2. 电容三点式振荡电路,正反馈,放大电路,反馈网络,振荡频率,通常再与线圈串联一个较小的可变电容来调节振荡频率。,反馈电压取自C2,振荡频率可达100MHz以上。,选频电路,例3：,图示电路能否产生正弦波振荡, 如果不能振荡，加以改正。,解：直流电路合理。 旁路电容CE将反馈信号旁路，即电路中不存在反馈，所以电路不能振荡。将CE开路，则电路可能产生振荡。,反馈电压取自C1,正反馈,