第第13章章 正弦波振荡电路正弦波振荡电路13.1 正弦波振正弦波振荡电路的任路的任务原理原理一、振一、振荡产生的根本原理生的根本原理1. 什么是正弦波振荡器？无ui 有uo正弦波 必需求有能源Vcc21+-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振荡。UiUiUfUo21+-S-uAuFUfoURL+放大器反馈网络+iU+-iU 二、二、电路自激振路自激振荡的条件的条件 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 = AuFuAuFu1振幅平衡条件： = 1AuFu(a+f)=1 2 .振荡的建立与稳定振荡的稳定： 负反响；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。根据信号与系统实际，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响到放大器的输入端，而其它频率的信号被抑制。某一频率分量的信号经 放大后，又经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 反响 放大， 的幅度会越来越大，最后将使放大器进入非线性任务区，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形状。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。根据信号与系统实际，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响到放大器的输入端，而其它频率的信号被抑制。某一频率分量的信号经 放大后，又经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 反响 放大， 的幅度会越来越大，最后将使放大器进入非线性任务区，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形状。Uo 1； AuFu负反响；晶体管的非线性；3 .正弦波振荡器的组成：放大电路 + 反响网络(正)，其中包括选频和稳幅环节。 4 .正弦波振荡器的分类根据选频网络 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正弦波振正弦波振荡器器 一、RC桥式正弦波振荡器文氏电桥振荡器 R1 Rf负反响用于稳幅； 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响 Fu+-+-RCRCZ1Z2uouf= = UfUoFuZ1Z1+Z2Z1 = R+；Z2 = R / 1jc1jc = Fu1RCRC_(j3+1 令 o = 那么 = 1 RcF0_(j3+10幅频特性： = 相频特性：f = arctg 当= o = 即f = fo = 那么：Fu = Fumax = f= 0 = 幅频特性： 相频特性：f = arctg 当= o = 即f = fo = 那么：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； = 1AuFu要求： = 3；a = 2n； Au= 1/3；f = 0；Fu2实践振荡电路：R1 Rf负反响用于稳幅； RC串联、RC并联及R1 Rf构成电桥； 由集成运放担任； Au为RC串并联网络正反响，具有选频特性； FuR-+Au+R2RR1RPV1V2CRfUoUf a 分析电路能否满足振荡条件 只需只需Au = 3即可即可 相相频条件：知条件：知 f = 0； 且可分析出且可分析出a= 0 a+f = 0 满足相足相频条件条件 。 R1 Rf构成电压串联负反响 Au = 1+ 幅频条件：当=o时 = FuZ2Z1CRCR2R1其实普通情况下，只需是正反响就一定可以满足a +f= 2n 相相频条件的判条件的判别可用瞬可用瞬时极性法极性法处理。理。 b 振荡频率fo fo = c 其它：其它：R1 、Rf构成构成负反响用于反响用于稳幅；以保幅；以保证输出出为 不失真的正弦波，其中不失真的正弦波，其中V1、V2非非线性起到了性起到了 自自动稳幅作用，幅作用，还可将可将R2或或Rf换成成热敏敏电阻阻 R2为正温度系数；正温度系数；Rf为负温度系数；。温度系数；。试用振荡平蘅条件判别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+VCCRRRCRCb-+R1RRCCRF=R1UOCAu-VEE+VCCRRCC(d)-+R1RRCCRF2R1UOeAu一、LC选频电路(1)LC并联谐振回路(2) 等效阻抗 Z = / (R+jL)， 通常通常R L ， Z = LicR13.3 LC正弦波振正弦波振荡器器(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：质量因数 ( 4 )LC并并联谐振回路的振回路的选频特性特性=o 即f = fo时 Z = Zo最大；最大； Q越大，其选择性越好 = 0 纯电阻阻 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：质量因数 (4)LC并并联谐振回路的振回路的选频特性特性=o 即f = fo时 Z = Zo最大；最大； Q越大，其选择性越好 = 0 纯电阻阻 RLReRb2Rb1N2+_N1+_TCeC1+VCCufUi+_二、变压器反响式LC振荡器 耦合电容；C1RB1 RB2 RE为直流偏置电阻；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：只需初次级间有足够的耦 合度，普通都能满足。相频条件：=o即f = fo时，LC回路 为纯电阻，用瞬时极性 法分析反响为正反响， 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： 只需初次级间有足够的耦 合度，普通都能满足。 相频条件： =o即f = fo时，LC回路 为纯电阻，用瞬时极性 法分析反响为正反响， 即满足a +f=2n。(2) 振荡频率 fo = 三、三点式三、三点式LC振振荡器器(1)电感三点式感三点式1. L1L2为带抽头的自耦变压器；2 . 从以下图的交流通路 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：幅平条件：为几十，几十， = 37 ； = 相平条件：=o即f = fo时， LC回路为纯电阻， 正反响； 2. 振荡频率： fo = 3. 特点：a.L1 、 L2耦合紧，b. 因此容易起振。b. 调理频率方便。 可调理C c. 由于由于Uf 取自取自L ，Uf中含高中含高 次次谐波多，波多，Uo波形差。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从交流通道看，晶体管的三个电极接C的三个端点的三个端点 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 正反响； 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. 调理fo 可使Uf改动， 改良型电容三点式： C1C2LC3(2) 电容三点式： 从交流通道看，晶体管的三个电极接从交流通道看，晶体管的三个电极接C的三个端点的三个端点 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 正反响；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. 调理fo 可使Uf改动， 改良型电容三点式： (3 ) 三点式振荡器的组成原那么：三点式:电感三点式L1L2Cx1x2x3三点式:电容三点式 X1 X2必需是同类电抗，而X3的电抗类型与X1 X2相反。C1C2Lx1x2x3例：分析以下例：分析以下电路，路，标明二次明二次线圈的同名端，圈的同名端， 使之使之满足相位平衡条件，并求出振足相位平衡条件，并求出振荡频率。率。 VC C100H330pF+ VCC360pF100pF140F +VCC200pF560HIOVEEQ值很高105振荡频率的稳定度高。 13.4 石英晶体振石英晶体振荡器器1.构造表示图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)2. 等效电路左右图a： Co：静：静态电容；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、石英晶体振荡电路路1. 串联型石英晶体振荡器 电路如下图： Rb1Rb2Re1Re2+VCC交流通路： 此时JT任务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，正反响最强，电路产 生自激振荡。 ffs时，JT为一阻抗使一阻抗使 幅相平条件幅相平条件难以以满 足无法振足无法振荡。 振荡频率f0 =fsLc2vJTc12 并联型石英晶体振荡器电路如下图： Rb1Rb2ReRc+VCCCeC1C2交流通路： 根据三点式振荡器的组成条件，JT应任务于fs与fp之间的感性区，构成改良型电容三点式 fo = fp C3C1C2vJT例：根据相平条件，判例：根据相平条件，判别以下以下 电路能否路能否产生正弦波振生正弦波振荡。