正弦波振荡电路 .ppt

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1、第第13章章 正弦波振荡电路正弦波振荡电路13.1 正弦波振荡电路的工作原理正弦波振荡电路的工作原理一、振荡产生的基本原理一、振荡产生的基本原理1.什么是正弦波振荡器？无ui 有uo（正弦波）（必须要有能源Vcc）21+-S-uAuFUfoURL+放大器反馈网络+iU+-iU2.如何产生正弦波振荡？设：Sint，=iU Uim接到1端,首先将开关S作用于 （开环）,=UiAuUoUiAu 自激振荡的条件为：=UiUf（闭环）。=FuUfUoUiAuFu21+-S-uAuFUfoURL+放大器反馈网络+iU+-iU =当 时，再将开关S倒向2端，此时无 ，但 不变仍为正弦波，即放大器产生了正弦波

2、振荡。UiUiUfUo21+-S-uAuFUfoURL+放大器反馈网络+iU+-iU 二、电路自激振荡的条件二、电路自激振荡的条件 1.振荡的平衡条件：（2）相位平衡条件：a+f=2n（n=0.1.2n）即=1=UfUiAuFu 都是复数 Au Fu =AuFuAuFu（1）振幅平衡条件：=1AuFu(a+f)=1 2.振荡的建立与稳定振荡的稳定：负反馈；晶体管的非线性；振荡的建立过程中：1；要有选频网络；AuFu 振荡的建立：电源接通的瞬间在电路中产生阶跃电压 ，可作为放大器的初始输入信 号。根据信号与系统理论，很窄的脉冲具有丰富的频率分量，经选频网络选频，使得只有某一频率的信号能反馈到放大

3、器的输入端，而其它频率的信号被抑制。某一频率分量的信号经 放大后，又通过反馈网络回送到输入端，且信号幅度比前一瞬时要大，再经过放大会增大一点 反馈 放大，的幅度会越来越大，最后将使放大器进入非线性工作区，放大 器的增益下 降，振荡电路输出幅度越大，增益下降也越多，最后当反馈电压正好等于原输入 电压时，振荡幅度不再增大从而进入平衡状态。Uo 2.振荡的建立与稳定振荡的稳定：振荡的建立过程中：要有选频网络；振荡的建立：电源接通的瞬间在电路中产生阶跃电压 ，可作为放大器的初始输入信 号。根据信号与系统理论，很窄的脉冲具有丰富的频率分量，经选频网络选频，使得只有某一频率的信号能反馈到放大器的输入端，而

4、其它频率的信号被抑制。某一频率分量的信号经 放大后，又通过反馈网络回送到输入端，且信号幅度比前一瞬时要大，再经过放大会增大一点 反馈 放大，的幅度会越来越大，最后将使放大器进入非线性工作区，放大 器的增益下 降，振荡电路输出幅度越大，增益下降也越多，最后当反馈电压正好等于原输入 电压时，振荡幅度不再增大从而进入平衡状态。Uo 1；AuFu负反馈；晶体管的非线性；3.正弦波振荡器的组成：放大电路+反馈网络(正)，其中包括选频和稳幅环节。4.正弦波振荡器的分类（依据选频网络）RC正弦波振荡器 （低）LC正弦波振荡器 （高）石英晶体振荡器 （fo的稳定性高）13.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器 一

5、、RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）R1 Rf负反馈用于稳幅；1、RC串并联网络的选频特性=由集成运放担任；Au为RC串并联网络具有选频特性（正反馈）Fu+-+-RCRCZ1Z2uouf=UfUoFuZ1Z1+Z2（Z1=R+；Z2=R/）1jc1jc =Fu1RCRC_(）j3+1 令 o=则=1 RcF0_(）j3+10幅频特性：=相频特性：f=arctg 当=o=即f=fo=则：Fu=Fumax=f=0 =幅频特性：相频特性：f=arctg 当=o=即f=fo=则：Fu=Fumax=f=0 3 振荡电路分析（1）起振条件：由自激振荡条件：及RC串并联网络的选频特性：；a+f=2n；=

6、1AuFu要求：=3；a=2n；Au=1/3；f=0；Fu（2）实际振荡电路：R1 Rf负反馈用于稳幅；RC串联、RC并联及R1 Rf构成电桥；由集成运放担任；Au为RC串并联网络（正反馈），具有选频特性；FuR-+Au+R2RR1RPV1V2CRfUoUf a 分析电路是否满足振荡条件 只需Au=3即可 相频条件：已知 f =0；且可分析出a=0 a+f=0 满足相频条件。R1 Rf构成电压串联负反馈 Au=1+幅频条件：当=o时 =FuZ2Z1CRCR2R1其实一般情况下，只要是正反馈就一定可以满足a+f=2n 相频条件的判断可用瞬时极性法解决。b 振荡频率fo fo=c 其它：R1、Rf

7、构成负反馈用于稳幅；以保证输出为 不失真的正弦波，其中V1、V2非线性起到了 自动稳幅作用，还可将R2或Rf换成热敏电阻 （R2为正温度系数；Rf为负温度系数；）。试用振荡平蘅条件判断各图所示电路能否产生正弦波振荡？为什么？（Rt为正温度系数）+VCC(a)RRCC+VCCRRRCRC（b）-+R1RRCCRF=R1UO（C）Au-VEE+VCCRRCC(d)-+R1RRCCRF2R1UO（e）Au一、LC选频电路(1)LC并联谐振回路(2)等效阻抗 Z=/(R+jL)，通常R L，Z=LicR13.3 LC正弦波振荡器正弦波振荡器(3)特点：(a)L=时发生并联谐振。谐振频率为o=或fo=(

8、b)谐振时，Z为纯阻性且最大用Zo表示。Zo=Qo L=（Q：品质因数）(4 )LC并联谐振回路的选频特性=o 即f=fo时 Z=Zo最大；（Q越大，其选择性越好）=0 纯电阻 ZQ值大Q值小+90oQ值大0oQ值小-90o(3)特点：(a)L=时发生并联谐振。谐振频率为o=或fo=(b)谐振时，Z为纯阻性且最大用Zo表示。Zo=Qo L=（Q：品质因数）(4)LC并联谐振回路的选频特性=o 即f=fo时 Z=Zo最大；（Q越大，其选择性越好）=0 纯电阻 RLReRb2Rb1N2+_N1+_TCeC1+VCCufUi+_二、变压器反馈式LC振荡器 耦合电容；C1RB1 RB2 RE为直流偏置

9、电阻；LC选频网络作为放大器的集电极负载；CE：发射极旁路电容；(1)电路分析：幅频条件：只要初次级间有足够的耦 合度，一般都能满足。相频条件：=o即f=fo时，LC回路 为纯电阻，用瞬时极性 法分析反馈为正反馈，即满足a+f=2n。(2)振荡频率 fo=RLReRb2Rb1N2+_N1+_TCeC1+VCCufUi+_(1)电路分析：幅频条件：只要初次级间有足够的耦 合度，一般都能满足。相频条件：=o即f=fo时，LC回路 为纯电阻，用瞬时极性 法分析反馈为正反馈，即满足a+f=2n。(2)振荡频率 fo=三、三点式三、三点式LC振荡器振荡器(1)电感三点式电感三点式1.L1L2为带抽头的自

10、耦变压器；2.从下图的交流通路 看，晶体管的三个 电极接L的三个端点 电感三点式；3.Uf=UL2+VCCRB1RERB2L1L2CVRCCE+1.电路分析：幅平条件：为几十，=37；=相平条件：=o即f=fo时，LC回路为纯电阻，正反馈；2.振荡频率：fo=3.特点：a.L1、L2耦合紧，b.因此容易起振。b.调节频率方便。（可调节C）c.由于Uf 取自L，Uf中含高 次谐波多，Uo波形差。+VCCRB1RERB2L1L2CVRCCE+(2)电容三点式：从交流通道看，晶体管的三个电极接C的三个端点 电容三点式；Uf=Uc21.电路分析（相平条件）：=o 即f=fo时，LC回路为纯电阻 正反馈

11、；满足相平条件。2.振荡频率：3.fo=3.特点特点:a.由于Uf 取自C，Uf中含 高次谐波少，Uo波形好。b.C1 C2可以很小 fo 可以很高。c.调节fo 可使Uf改变，改进型电容三点式：C1C2LC3(2)电容三点式：从交流通道看，晶体管的三个电极接C的三个端点 电容三点式；Uf=Uc21.电路分析（相平条件）：=o 即f=fo时，LC回路为纯电阻 正反馈；2.振荡频率：3.fo=3.特点特点:a.由于Uf 取自C，Uf中含 高次谐波少，Uo波形好。b.C1 C2可以很小 fo 可以很高。c.调节fo 可使Uf改变，改进型电容三点式：(3)三点式振荡器的组成原则：三点式:电感三点式L

12、1L2Cx1x2x3三点式:电容三点式 X1 X2必须是同类电抗，而必须是同类电抗，而X3的电抗类型的电抗类型与与X1 X2相反。相反。C1C2Lx1x2x3例：分析下列电路，标明二次线圈的同名端，例：分析下列电路，标明二次线圈的同名端，使之满足相位平衡条件，并求出振荡频率。使之满足相位平衡条件，并求出振荡频率。VC C100H330pF+VCC360pF100pF140F+VCC200pF560HIOVEEQ值很高（105）振荡频率的稳定度高。13.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器1.结构示意图（a）及电路符号(b)：一、石英晶体的阻抗特性一、石英晶体的阻抗特性 敷银层管脚管脚晶片(a)(b

13、)2.等效电路（左右图a）：Co：静态电容；rq为损耗；Cq、Lq：动态参数；3.阻抗特性(见右图b)感性区很窄，Lq很大，Q很高；机械振动稳定。f=fs时，Cq、Lq 串联谐振；f=fp时，Lq 起主要作用，Lq与Co并联谐振；xffpfs(b)(a)coIqcqrq二、石英晶体振二、石英晶体振荡电荡电路路1.串联型石英晶体振荡器 电路如图所示：Rb1Rb2Re1Re2+VCC交流通路：此时JT工作于串联谐振以低阻抗接入电路 原理：f=fs时，JT为纯电阻最 小，正反馈最强，电路产 生自激振荡。ffs时，JT为一阻抗使 幅（相）平条件难以满 足无法振荡。振荡频率f0=fsLc2vJTc12 并联型石英晶体振荡器电路如图所示：Rb1Rb2ReRc+VCCCeC1C2交流通路：根据三点式振荡器的组成条件，JT应工作于fs与fp之间的感性区，构成改进型电容三点式 fo=fp C3C1C2vJT例：根据相平条件，判断下列例：根据相平条件，判断下列 电路能否产生正弦波振荡。电路能否产生正弦波振荡。