chapter正弦波振荡电路实用.pptx

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1、基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路F反馈信号代替了放大电路的输入信号。反馈信号代替了放大电路的输入信号。一、振荡的基本原理一、振荡的基本原理起始信号的产生：起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起在电源接通时，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。系列频率不同的正弦分量。第1页/共54页起振起振平衡平衡反馈振荡器的振荡过程反馈振荡器的振荡过程第2页/共54页起振条件：起振条件：相位起振条件相位起振条件 幅度起振条件幅度起振条件 第3页/共54页平衡条件：平衡条件：振幅平衡条件振幅平衡条件 相位

2、平衡条件相位平衡条件 第4页/共54页一、一、RCRC超前移相网络振荡器：超前移相网络振荡器：对于对于的信号，的信号，满足相位平衡条件满足相位平衡条件第5页/共54页二、二、RCRC选频振荡器：选频振荡器：图图10.20 RC10.20 RC串并联网络串并联网络 第6页/共54页图图10.22 10.22 文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器对于对于的信号，的信号，满足相位平衡条件满足相位平衡条件第7页/共54页瞬时极性法判别相位条件所谓相位条件即电路中必须引入正反馈，故正弦波振荡电路能否满足相位条件即是判断电路中是否引入了正反馈。瞬时极性判别方法：瞬时极性判别方法：输入信号和反馈信号在三极管的同一极

3、：输入信号和反馈信号在三极管的同一极：输入信号和反馈信号的输入信号和反馈信号的瞬时极性相同为正瞬时极性相同为正反馈反馈，反之为负反馈。，反之为负反馈。第8页/共54页RCRC选频网络选频网络RC选频网络中的输入与输出极性相同。选频网络中的输入与输出极性相同。第9页/共54页起振及稳定振荡的幅度条件：起振及稳定振荡的幅度条件：起振及稳定振荡的幅度条件：起振及稳定振荡的幅度条件：稳定振荡条件稳定振荡条件稳定振荡条件稳定振荡条件 A A A Au u u uF F F F =1=1=1=1，|F F F F|=1/3|=1/3|=1/3|=1/3，则，则，则，则起振条件起振条件起振条件起振条件 A

4、A A Au u u uF F F F 1 1 1 1，因为，因为，因为，因为|F F F F|=1/3|=1/3|=1/3|=1/3，则，则，则，则即：即：即：即：第10页/共54页具有负温度系数的具有负温度系数的具有负温度系数的具有负温度系数的半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻带稳幅环节的电路带稳幅环节的电路带稳幅环节的电路带稳幅环节的电路（1 1）稳幅过程：稳幅过程：稳幅过程：稳幅过程：uoTRF FAu第11页/共54页具有正温度系数的具有正温度系数的具有正温度系数的具有正温度系数的半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻带稳幅环节的电路带稳幅环节

5、的电路带稳幅环节的电路带稳幅环节的电路（2 2）稳幅过程：稳幅过程：稳幅过程：稳幅过程：uoTR1 1Au第12页/共54页ID DUD振荡幅度较小时振荡幅度较小时振荡幅度较小时振荡幅度较小时正向电阻大正向电阻大正向电阻大正向电阻大振荡幅度较大时振荡幅度较大时振荡幅度较大时振荡幅度较大时正向电阻小正向电阻小正向电阻小正向电阻小 利用二极管的正向伏安利用二极管的正向伏安利用二极管的正向伏安利用二极管的正向伏安特性的非线性自动稳幅。特性的非线性自动稳幅。特性的非线性自动稳幅。特性的非线性自动稳幅。R R+R RF2F2R R1 1 C C R RC C u uOO +D D1 1D D2 2R R

6、F1F1稳幅环节稳幅环节稳幅环节稳幅环节带稳幅环节的电路（3）第13页/共54页本次课内容 石英晶体振荡器石英晶体振荡器变压器耦合反馈式变压器耦合反馈式电感反馈式（电感三点式）电感反馈式（电感三点式）电容反馈式（电容三点式）电容反馈式（电容三点式）LC LC振荡器振荡器第14页/共54页10.3.1变压器耦合反馈式振荡器变压器耦合反馈式振荡器图图10.23 三种不同接法的变压器耦合反馈式振荡器三种不同接法的变压器耦合反馈式振荡器 互为同名端的相位相同；互为异名端的相位相反。互为同名端的相位相同；互为异名端的相位相反。变压器上绕组的相位关系：变压器上绕组的相位关系：第15页/共54页共射组态共射

7、组态 正正反反馈馈第16页/共54页正正反反馈馈 共基组态共基组态第17页/共54页 正正反反馈馈共基组态共基组态第18页/共54页补充：三点式振荡器 X2X3X1+_Ui=UfUO+_X1,X2,X3组成并联组成并联LC谐振网络。谐振谐振网络。谐振网络中的三个引出网络中的三个引出点分别接至三极管点分别接至三极管的三个极。因此称的三个极。因此称为三点式振荡器。为三点式振荡器。第19页/共54页讨论：讨论：X1,X2,X3放置何种电抗元件，才放置何种电抗元件，才能满足相位条件？能满足相位条件？X2X3X1+_UO+_Ui=Uf第20页/共54页为了满足相位条件，为了满足相位条件，Uf与与UO呈反

8、相关系。呈反相关系。X2、X3代表的电抗元件极性必须相反。代表的电抗元件极性必须相反。即一个为电容，则另一个必为电感。即一个为电容，则另一个必为电感。第21页/共54页谐振时，谐振时，LC回路呈现纯电阻特性，即：回路呈现纯电阻特性，即：X1+X2+X3=0,因此，因此，X2+X3=X1，带入上式：，带入上式：X1与与X3的电抗特性相同。的电抗特性相同。第22页/共54页 “射同基反”：射极接的是相同性质的电抗元件,基极接的是相反性质的电抗元件。判断三点式振荡电路是否满足相位条件：判断三点式振荡电路是否满足相位条件：X1与与X3的电抗特性相同。的电抗特性相同。X2与与X3的电抗特性不同。的电抗特

9、性不同。第23页/共54页三点式：三点式：电容反馈式振荡器电容反馈式振荡器电感反馈式振荡器电感反馈式振荡器LC2C1+_UO+_CL2L1+_UO+_电容反馈式振荡器电容反馈式振荡器电感反馈式振荡器电感反馈式振荡器第24页/共54页 10.3.2 电电容容三三点点式式振振荡荡器器电电路路（电容反馈式振荡电路）（电容反馈式振荡电路）共射（共射（CE）组态组态共基（共基（CB）组态组态第25页/共54页放大电路放大电路放大电路放大电路反馈网络反馈网络反馈电压取自反馈电压取自反馈电压取自反馈电压取自C C C C2 2 2 2+U UCCCCC C1 1R RB1B1R RB2B2R RE EC C

10、E EC C1 1L LC C2 2R RC C选频电路选频电路选频电路选频电路（一）电容三点式振荡电路（一）电容三点式振荡电路（CE）第26页/共54页共射电容三点振荡器共射电容三点振荡器LC2cbeCICILUbUf Uo1 1)1)画出该振荡器的交流等效电路，判画出该振荡器的交流等效电路，判 断其电路类型。断其电路类型。第27页/共54页LC2cbeCICILUbUf Uo12 2）振荡频率：）振荡频率：3 3）反馈系数：）反馈系数：第28页/共54页（二）（二）电容三点式振荡器电容三点式振荡器（CB）第29页/共54页 1)画出该振荡器的交流等效电路，判 断其电路类型。R Re0e0是

11、考虑实际是考虑实际LCLC回路具有损耗而添加的电阻。回路具有损耗而添加的电阻。第30页/共54页2)求该振荡器的工作角频率3)3)求反馈系数求反馈系数F F第31页/共54页 10.3.3 电感三点式振荡器电路 图图3.12 电感三点式振荡器电路电感三点式振荡器电路在在fTfg条条件件下下，晶晶体体管管极极间间电电容容的的影影响响可可忽忽略略不不计计。振振荡荡器器的的工工作频率作频率(3.210)第32页/共54页(b)交流通路交流通路第33页/共54页10.4 10.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器10.4.110.4.1关于振荡频率的几个指标关于振荡频率的几个指标1.1.频率的准确性频率的

12、准确性 2.2.频率的稳定性频率的稳定性测量值测量值 设计值设计值 第34页/共54页 10.4.2 石英谐振器的物理特性和电特性 1.石英谐振器的物理特性 石英晶体是SiO2的天然晶体。图图3.31 晶体的形状及横断面晶体的形状及横断面(a)晶体外形；晶体外形；(b)横断面横断面第35页/共54页图10.29 石英谐振器的结构 第36页/共54页1）具有正压电效应 正压电效应是指在晶体片两个侧面上施加压力时，晶体片就会产生机械变形，与此同时，在它的表面上还会产生异性电荷。正压电效应是将机械能转变为电能。正压电效应是将机械能转变为电能。第37页/共54页反反压压电电效效应应（电电致致伸伸缩缩）

13、是是指指在在晶晶体体片片两两个个表表面面上上施施加加电电压压E E，晶晶体体会会产产生生机机械械变变形形，如如延延伸伸。当当电电压压的的极极性性相相反反时时，晶体就会收缩。晶体就会收缩。反压电效应把电能转换成机械能。反压电效应把电能转换成机械能。2 2）具有）具有反压电效应反压电效应第38页/共54页当外加电压频率等于晶体的固有频率当外加电压频率等于晶体的固有频率时，振动幅度最大，称为谐振。时，振动幅度最大，称为谐振。晶体是一种具有谐振性能的换能器，晶体是一种具有谐振性能的换能器，因此称为石英谐振器。因此称为石英谐振器。第39页/共54页4)具有各向异性 石英晶体的性能各个方向不同。3)3)物

14、理特性和化学特性及其稳定物理特性和化学特性及其稳定 石英晶体机械振动频率的稳定性非常石英晶体机械振动频率的稳定性非常好，受外界影响小。好，受外界影响小。第40页/共54页5)5)具有多模性具有多模性 石英谐振器是一个频率极其丰富的谐石英谐振器是一个频率极其丰富的谐振系统。振系统。谐振频率不仅有基音，还有泛谐振频率不仅有基音，还有泛音。晶体振荡器都是利用晶体的基音或音。晶体振荡器都是利用晶体的基音或奇次泛音奇次泛音(3(3、5 5、7 7次泛音次泛音)，而不用偶次而不用偶次泛音，因为只有基音和奇次泛音才能有泛音，因为只有基音和奇次泛音才能有效的取出晶体表面上的电压。效的取出晶体表面上的电压。第4

15、1页/共54页图图10.30 10.30 石英晶体的等效电路和电抗特性石英晶体的等效电路和电抗特性(a)(a)晶体符号；晶体符号；(b)(b)某振动模式的电等效电路某振动模式的电等效电路2.2.石英谐振器的电特性石英谐振器的电特性(a)(a)(b)(b)频率丰富的谐振系统频率丰富的谐振系统支架电容支架电容无谐振时的无谐振时的固有电容固有电容模拟基音谐振模拟基音谐振模拟三次模拟三次泛音谐振泛音谐振第42页/共54页图图10.18 10.18 某一频率等效电路某一频率等效电路忽略忽略rq，等效电路两端电抗：，等效电路两端电抗：式中：式中：晶体的串联谐振角频率。晶体的串联谐振角频率。晶体的并联谐振角

16、频率。晶体的并联谐振角频率。失谐支路，近似开路失谐支路，近似开路第43页/共54页图图10.30(c)10.30(c)某一频率等效电路；某一频率等效电路；(d)(d)电抗特性电抗特性感性感性容性容性容性容性第44页/共54页发生串联谐振，电抗为发生串联谐振，电抗为0 0，为纯电阻，为纯电阻，相移为相移为0 0。晶体用短路线代替。晶体用短路线代替。晶体表现为感性，可晶体表现为感性，可等效为一个电感等效为一个电感。第45页/共54页其值约为其值约为1010-3-3量级量级 第46页/共54页10.4.3 10.4.3 串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器把石英晶体用作串联型

17、石英晶体振荡器把石英晶体用作选频选频短路线。短路线。晶体接在正反馈回路中，当振荡器的工作晶体接在正反馈回路中，当振荡器的工作频率频率g等于晶体的串联谐振频率等于晶体的串联谐振频率s时，晶时，晶体谐振器的阻抗近似为零；正反馈最强。体谐振器的阻抗近似为零；正反馈最强。第47页/共54页图图10.3110.31串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器T T1 1 T T2 2 R R1 1 R R2 2 R R3 3 R R4 4 R R5 5R R6 6 晶体晶体 +V+VCCCC C C u uo o 振荡器的工作频率为：振荡器的工作频率为：第48页/共54页10.4.4 10.4.4 并联型石英晶体振

18、荡器并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器把石英晶体用作并联型石英晶体振荡器把石英晶体用作电感元件。电感元件。振荡器的工作频率满足：振荡器的工作频率满足：第49页/共54页图图10.32 10.32 并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器(a)(a)原理电路原理电路;(b);(b)交流通路交流通路第50页/共54页负载电容负载电容第51页/共54页说 明市场上出售的石英晶体盒子上标注的频率市场上出售的石英晶体盒子上标注的频率值即非值即非fs，也非，也非fp，而是指石英谐振器与规定，而是指石英谐振器与规定的负载电容的负载电容CL相并联的谐振频率值。相并联的谐振频率值。因此要使振荡器的工作频率因此要使振荡器的工作频率fg严格等于铭严格等于铭牌上标注的频率值，必须使牌上标注的频率值，必须使 ，否则就，否则就会有微小的偏差。会有微小的偏差。第52页/共54页课后作业10-5 10-7 10-9 10-11第53页/共54页感谢您的欣赏！第54页/共54页