正弦波振荡电路.pdf

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1、教学重点 1掌握正弦波振荡条件、电路组成。2掌握LC振荡电路振荡频率计算、起振条件。3掌握RC桥式振荡电路组成和振荡条件。4搭建、调试 RC 桥式正弦波振荡器功能电路。教学难点 1正弦波振荡可能性的判断。2理解各种振荡电路组成。学时分配 序号 内 容 学 时 1 自激振荡 2 2 2 3 技能实训：RC桥式正弦波振荡电路的制作 4 4 本章总学时 8 自激振荡 振荡器产生的信号是“自激”的，通常称为自激振荡器。自激振荡的形成 1自激振荡的现象 通过扩音系统中的自激现象，感受放大器自激的效果。2正弦波振荡电路的组成 正弦波振荡电路由放大器、反馈电路、选频网络和稳幅电路等部分组成。（1）放大电路（

2、2）反馈网络（3）选频网络（4）稳幅电路 由于电路通电的瞬间，电路将产生微小的噪声或扰动信号电路对频率为 f0的正弦波产生正反馈过程，则输出信号 uouf（ui）uo。于是 uo越来越大，由于管子的非线性特性，当 uo的幅值增大到一定程度时，放大倍数将减小（稳幅）电路达到动态平衡。自激振荡产生的条件 1相位平衡条件 要维持振荡，电路必须是正反馈，其条件是：=0 或=2n（n=0，1，2，3）。其中为放大器的相移，为反馈电路的相移，为相位差。即，反馈电压的相位与净输入电压的相位必须相同，即反馈回路必须是正反馈。2振幅平衡条件 自激振荡的振幅平衡条件是：AF1。即，要维持等幅振荡，反馈电压的大小必

3、须等于净输入电压的大小，即 uf=ui。5.2 常用振荡电路 正弦波振荡电路按反馈网络性质分类可分为两大类：RC 振荡电路 由电阻、电容元件和放大电路组成的振荡电路 LC振荡电路（含石英晶体振荡电路）是由电感、电容元件和放大电路组成的振荡电路 RC桥式振荡电路 做一做：用示波器观察RC振荡电路产生的正弦波形 1RC网络的选频特性 将电阻R1与电容C1串联、电阻R2与电容C2并联所组成的网络称为RC串并联选频网络，如图所示。通常选取R1=R2=R，C1=C2=C。1）谐振频率f0取决于选频网络R、C元件的数值，计算公式为：f0=C21R 2）当输入信号的频率f=f0时，输出电压uo幅度最大为3i

4、u。其输出信号与输入信号之间的相移F=0。3）在ff0，输出电压幅度很快衰减，其存在一定的相移。所以RC串并联网络具有选频特性。2RC桥式正弦波振荡电路（1）电路组成 R1 R2 C1 C2 uo ui(a)RC串并联网络(b)幅频特性和相频特性 90 90 10f0 f0 f0 0 f f uo 10f0 f0 f0 1/3 声波 扩音机 电信号 放大后的电信号 输入 输出 uo uf ui=0 ui 放大器 A 选频网络 稳幅电路 反馈电路 F 由R1 C1和R2 C2构成具有选频作用的正反馈支路。由同相输入运放构成的放大器，二者构成了正反馈放大器。（2）振荡原理 1）相位条件 同相放大器

5、的输入与输出信号相位差为0，RC串并联选频网络的移相也为0，满足正弦波振荡的相位平衡条件。2）幅度条件f=f0时，RC选频网络反馈系数F=1/3。同相放大器的放大倍数A=134RR，只要R3和R4的取值满足R42R3时，A3，振荡电路就满足振荡的幅度平衡条件AF1。（3）振荡频率。通常情况下选取R1=R2=R，C1=C2=C，则振荡频率为：f0=C21R 3RC振荡电路的稳幅 如图所示是利用二极管的非线性特性自动完成稳幅的。当振荡电路输出幅值增大时，流过二极管的电流增大使二极管的动态电阻减小、同相放大器的负反馈得到加强，放大器的增益下降，从而使输出电压稳定。电阻R4选用负温度系数热敏电阻，当输

6、出电压升高时，通过负反馈电阻R4的电流增大，即温度升高，R4阻值减小，负反馈增强，输出幅度下降，从而实现稳幅。电阻R3选用正温度系数的热敏电阻，同样可以实现稳幅。电路评价：RC 桥式振荡电路的频率调节方便，波形失真度小，频率调节范围宽，适用于所需正弦波振荡频率较低的场合。当振荡频率较高时，应选用 LC 正弦波振荡电路。LC正弦波振荡电路 做一做：用示波器观察LC正弦波振荡电路产生的正弦波形 LC正弦波振荡电路是一种高频振荡电路。常用的 LC正弦波振荡电路有变压器反馈式、电感三点式和电容三点式三种。1LC并联网络的选频特性 LC振荡电路采用 LC 并联谐振电路作为选频网络，如图所示，其中 R 表

7、示电感和电容的等效损耗电阻。信号频率 f较低时，电容的容抗很大，网络呈感性；在信号频率 f较高时，网络呈容性；只有当 f=f0时，网络才呈阻性，其阻抗无穷大，相移=0。LC并联网络的谐振频率为：f0=2变压器反馈式振荡电路（1）电路组成 采用分压式偏置的共射放大电路；L1C并联回路为选频振荡回路；变压器二次绕组 L2作为反馈绕组，将输出电压的一部分反馈到输入端；L3作为振荡信号输出。（2）振荡原理 1）幅度条件 只要三极管的电流放大倍数 及 L1和 L2的匝数比合适，一般情况下，幅度平衡条件容易满足。2）相位条件 必须正确连接反馈绕组 L2的极性，使之符合正反馈的要求，满足相位平衡条件。判断电

8、路是否满足相位平衡条件通常采用瞬时极性法，具体判断步骤如下：断开反馈支路与放大电路输入端的连接点。在断点处的放大电路输入端引入信号ui，并设其极性对地为正，然后按照先放大支路，后反馈支路的顺序，逐次推断有关电路各点的电位极性，从而确定ui和uf的相位关系。如果 ui和 uf同相，则电路满足相位平衡条件。否则，不满足相位平衡条件。3）振荡频率 振荡频率为：f0 uf VCC M N2 L2 N3 L3 N1 L1 uo RL Rb1 Rb2 Cb C VT Re Ce C L R ui i LC并联谐振回路 LC选频网络 正反馈绕组 例：判断如图所示电路能否产生自激振荡。解：（1）图（a）所示电

9、路中，三极管 VT 基极偏置电阻Rb2被反馈绕组L2短路接地，使 VT 处于截止状态，不能进行放大，所以电路不能产生自激振荡。（2）图（b）所示电路中，经检查，放大电路、反馈和选频电路都能正常工作。用瞬时极性法判断电路是否满足相位平衡条件，具体做法是：断开 P 点，在断开处引入信号ui，给定极性对地为正（用表示），根据共射电路的倒相作用，可知集电极电位为负（用表示），于是L1同名端为正，根据同名端的定义可知，L2同名端也为正，反馈电压uf极性为正，显然uf和ui同相，所以电路能产生自激振荡。电路评价：变压器反馈式振荡电路易于产生振荡，波形失真度小，应用范围广泛，振荡频率通常在几兆赫至几十兆赫之

10、间，但振荡频率的稳定性较差，适用于固定频率的振荡电路。3电感三点式振荡电路（1）电路组成 Rb1、Rb2和 Re为偏置电阻。L1、L2和 C 组成了选频网络，反馈电压取自 L2两端。Cb为耦合电容，Ce为旁路电容。由于电感的三个引出端分别与三极管的三个电极相连，所以称为电感三点式振荡电路。（2）振荡原理 1）相位平衡条件采用瞬时极性法判断，从三极管基极引入一个 ui其瞬时极性为的信号，如图（a）所示。2）幅度条件改变绕组的抽头，可以调节反馈量的强度，使电路满足振幅平衡条件，就能振荡并产生一定频率的正弦信号。（3）振荡频率电路的振荡频率等于 LC并联电路的谐振频率，即 f0=LC21 式中，L=

11、L1L22M，其中 M是 L1与 L2之间的互感系数。电路评价：电感三点式振荡电路结构简单，容易起振，改变绕组抽头的位置，可调节振荡电路的输出幅度。采用可变电容 C可获得较宽的频率调节范围，工作频率一般可达几十千赫至几十兆赫。但波形较差，其频率稳定性也不高，通常用于对波形要求不高的设备中，如接收机的本机振荡电路等。4电容三点式振荡电路（1）电路组成 选频网络由电感 L、电容 C1、C2组成，选频网络中的“1”端通过输出耦合电容 Cc接集电极，“2”端通过旁路电容 Ce接发射极，“3”端通过耦合电容 Cb接基极。由于电容的三个端子分别与三极管 VT 的三个电极相连，故称为电容三点式振荡电路。（2

12、）振荡原理 用瞬时极性法判断：各点瞬时极性变化如图（b）所示。uf与 ui同相，即电路为正反馈，满足相位平衡条件。适当选择 C1和 C2的数值，就能满足幅度平衡条件，电路起振。（3）振荡频率 f0振荡频率由 LC 回路谐振频率确定，电路的振荡频率为 f0式中，C=C1C2/（C1C2）电路评价：电容三点式振荡电路的结构简单，输出波形较好，振荡频率较高，可达 100MHz以上。调节 C1或 C2可以改变振荡频率，但同时会影响起振条件，因此，这种电路适用于产生固定频率的振荡。实用中改变频率的办法是在电感 L两端并联一个可变电容，用来微调频率。（b）交流通路 VT C1 uf uo 1 2 3 L

13、C2（a）电路原理图 C1 C2 L VCC Rb1 Rb2 Rc VT Cb Ce Re Cc 1 2 3 uf ui uf P （b）交流通路 VT C L1 L2 uf uo 1 2 3（a）电路原理图 VCC R b1 R b2 Re VT Cb Ce C L1 L2 1 2 3 P uf ui Cb P ui uf T uf VCC N2 L2 N3 L3 N1 L1 uo RL Rb1 Rb2 C VT Re Ce （a）（b）uf VCC T N2 L2 Rb1 Rb2 Re RL Ce C N1 L1 N3 L3 VT 做一做：电容三点式振荡电路的测试 石英晶体振荡电路 通过实

14、物认识石英谐振器 1石英晶体的压电效应 如果在石英晶片两个极板间加一个交变电压（电场），晶片就会产生与该交变电压频率相似的机械振动。而晶片的机械振动，又会在其两个电极之间产生一个交变电场，这种现象称为压电效应。2石英晶体的等效电路 石英晶体的压电谐振等效电路如图（a）所示，图（b）是其电抗-频率特性曲线。fS晶体串联谐振频率 fP晶体并联谐振频率 产生谐振时的振荡频率称为晶体谐振器的振荡频率 3石英晶体振荡电路 1）并联型石英晶体振荡电路 2）串联型石英晶体振荡电路 技能实训：RC桥式正弦波振荡电路的制作 作 业 任 务 书 一、任务目标 1会根据原理图绘制装接图和布线图。2会在通用印制电路板

15、上搭建 RC 桥式正弦波振荡电路。3能说明电路中各元器件的作用，并能检测元器件。4学会对电路参数的调试和测量。5加深对振荡电路的理解。二、器材与工具 1通用印制电路板、直流稳压电源、万用表、信号发生器、示波器和毫伏表。2常用装联和焊接工具。3RC桥式振荡电路元器件套件。三、实施步骤 识读电路原理图 绘制安装布线图 清点元器件 元器件检测 插装和焊接 通电前检查 通电调试与测量 数据纪录。四、调试与测量 检查元器件安装正确无误后，才可以接通电源。测量时，先连线后接电源（或打开电源开关），拆线、改线或维修时一定要先关断电源；电源线不能接错，否则将可能损坏元器件。1测量 RC选频网络的参数（1）电路

16、连接。按电路原理图连接 RC 串并联网络，把函数信号发生器调至正弦波输出。输出端接至网络，作为输入电压 u1，把网络的输出端接至示波器。先估算选频网络的谐振频率 f01，然后将信号发生器调至估算频率的附近，反复调节频率旋钮，直到在示波器上找到 u2的最大值为止。此时信号发生器的输出频率就是 RC 选频网络的谐振频率 f0。（2）参数测量。用电子毫伏表测出 u1和 u2的幅度，填入表中，并保持此时函数信号发器的输出频率不变，待下一步与振荡电路的振荡频率相比较。RC 选频网络参数 测量值 f0 计算值 f01 u1 u2 RC选频网络 C F R 10k 输入 输出 u1 u2 C F R 10k

17、 示波器 Y1 Y2 函数信号发生器 Rb1 Rb2 Rc Re1 Cb X VCC VT1 VT2 Re2 R C uo Rb1 Rb2 Rc Re Cb C1 C2 X VCC VT CO L R C（a）等效电路 感性 X f O fS fP 容性 容性（b）电抗-频率特性 X 镀银层 晶片 电极 结构示意 图形符号 2RC桥式正弦波振荡器测量（1）按电路原理图接线，将稳压电源的12V电压接入运放 7脚和 4脚。电源的零端接电路中 uo的地端。（2）用双踪示波器观测振荡电路的输出波形 uo，调节 RP使 uo为不失真的正弦波。用示波器测量电路的振荡频率 f0记入表中，再将函数信号发生器的

18、原输出频率送入到示波器中与振荡频电路的输出频率相比较。然后将此值与计算值进行比较。振荡电路参数的测试 测量值 f0 计算值 f01=RC21 误差 0001fff100 （3）反复调节电位器 RP，用示波器监测波形为不失真时，用电子毫伏表分别测试输出 uo的最大值和最小值，同时测量相应的 RP值，记录在表中。uo值与 RP大小的关系 波形 示波器 万用表 时间挡位：幅度挡位：测量值:uo（P-P）最大值：uo（P-P）最小值：RP值：最大值：最小值：五、问题讨论 1根据uo值与 RP大小的关系分析振荡电路的输出电压与负反馈强弱的关系。2通过电路的制作，写出安装调试的整个过程。3学会了哪些收集和整理资料的方法。4谈谈你对此电路实用化的进一步设想。