第9章振荡电路

1、第,9,章,振荡电路,9.1,自激振荡,9.2,RC,振荡电路,9.3,LC,振荡电路,9.4,两种常见的振荡电路,学习目标及考核标准,1,了解正弦波振荡电路自激振荡的条件,2,了解,LC,振荡电路和,RC,振荡电路的工作原理,3,了解常见的振荡电路,9.1,自激振荡,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赫以上；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,常用的正弦波振荡器,LC,振荡电路,输出功率大、频率高,RC,振荡电路,输出功率小、频率低,石英晶体振荡电路：频率稳定度高,应用,无线电通讯、广播电

2、视，工业上的高频感,应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体,接近开关等,9.1.1,自激振荡,电工电子技术,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,1,S,U,i,U,2,f,A,u,U,o,开关合在,1,为无反馈,放大电路,F,A,u,F,U,o,U,i,U,2,f,1,S,A,U,U,o,u,i,开关合在,2,为有反馈,放大电路,U,如果,U,f,i,自激振荡状态,U,o,A,u,U,f,开关合在,2,时,去掉,u,i,仍有稳定的输出,反馈信号代替了放大电路的输入信号,9.1.2,自激振荡的条件,A,U,自激振荡的条件,由,U,o,u,f,F,U,A

3、,F,1,U,u,f,o,A,F,U,即,A,F,1,U,u,A,F,o,u,o,1,幅度条件,A,u,F,1,2,相位条件,A,F,2,n,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,9.1.3,起振及稳幅振荡的过程,设,U,o,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,U,o,0,达到稳定振荡时,U,o,B,起振过程中,U,o,B,要求,A,u,F,1,可使输出电压的幅度不断增大,稳定振荡时,U,o,B,要求,A,u,F,1,使输出电压的幅度得以稳

4、定,从,A,u,F,1,到,A,u,F,1,就是自激振荡建立,的过程,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,9.1.4,正弦波振荡电路的组成,1,放大电路,放大信号,2,反馈网络,必须是正反馈，反馈信号即是,放大电路的输入信号,3,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,4,稳幅环节,使电路能从,A,u,F,1,过渡到,A,u,F,1,从而达到稳幅振荡,9. 2,RC,振荡电路,9.2.1,电路结构,选出单一频,率的信号,RC,选频网络,正反馈网络,用正反馈信号,u,f,

5、作为输入信号,u,f,R,R,C,R,F,C,R,1,u,O,同相比例电路,放大信号,9.2.1,RC,串并联选频网络的选频特性,传输系数,1,R,U,j,C,2,F,1,1,U,1,R,R,j,C,j,C,U,1,R,C,R,C,1,式中,o,RC,U,2,1,分析上式可知：仅当,o,时,达最大,U,1,3,值，且,u,2,与,u,1,同相,即网络具有选频特性,f,o,决,定于,RC,1,o,3,j,o,U,2,U,2,U,1,1,3,幅频特性,90,相频特性,f,0,f,o,f,f,o,90,u,2,与,u,1,波形,u,2,u,1,9.2.3,工作原理,输出电压,u,o,经正反馈（兼选频

6、）网络分压后,取,u,f,作为同相比例电路的输入信号,u,i,1,起振过程,2,稳定振荡,电工电子技术,3,振荡频率,振荡频率由相位平衡条件决定,A,0,仅在,f,0,处,F,0,满足相位平衡条件,所以振荡频率,f,0,1,2,RC,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,振荡频率的调整,R,3,R,2,R,1,R,F,振荡频率,1,f,o,2,RC,S,C,R,3,R,2,R,1,u,O,S,C,R,改变开关,K,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,电工电子技术,4,起振及稳定振荡的条件,起振条件,A,

7、u,F,1,因为,F,=1/ 3,则,R,F,A,u,1,3,R,1,稳定振荡条件,A,u,F,1,F,= 1/ 3,则,考虑到起振条件,A,u,F,1,一般应选取,R,F,略大,2,R,1,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,R,F,A,u,1,3,R,1,带稳幅环节的电路,热敏电阻具有负温度系,数，利用它的非线性可以,R,R,F,自动稳幅,C,在起振时，由于,u,O,很,u,O,小，流过,R,F,的电流也很小,R,C,R,1,于是发热少，阻值高，使,R,

8、F,2,R,1,即,A,u,F,1,随着振荡幅度的不断加强,u,O,增大，流过,R,F,的电流也,增大,R,F,受热而降低其阻值，使得,A,u,下降，直到,R,F,2,R,1,时，稳定于,A,u,F,1,振荡稳定,热敏电阻具有负温,度系数，利用它的非,线性可以自动稳幅,R,稳幅过程,R,R,F,C,C,u,O,R,1,u,o,t,R,F,A,u,9.3,LC,振荡电路,电工电子技术,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,9.3.1,LC,并联谐振回路,1,1,0,f,0,LC,2,LC,L,Z,0,

9、阻性,RC,u,C,_,L,R,R,为电感线圈中电阻,LC,并联谐振特点,谐振时，总路电流很小，支,路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电,路呈阻性。用于选频电路,LC,并联谐振回路的幅频特性曲线,Q,L,L,Z,0,Q,0,L,Q,RC,0,C,C,Q,为谐振回路的品质因数,Q,值越大，曲线越陡,越窄，选频特性越好。图中,Q,1,Q,2,并联谐振阻抗,为,Z,0,谐振时,LC,并联谐振电路相当一个电阻,9.3.2,变压器反馈式,LC,振荡电路,1,电路结构,电工电子技术,U,CC,选频电路,R,B1,C,1,f,0,2,LC,R,B2,2,振荡频率,即,LC,并联电,路的谐振频率,L,

10、u,f,R,L,C,1,R,E,C,E,放大电路,正,反,馈,反馈网络,9.3.3,电感三点式,LC,振荡电路,正反馈,电工电子技术,放大电路,R,B1,R,C,振荡频率,1,f,0,2,L,1,L,2,2,M,C,通常改变电容,C,来,调节振荡频率,C,1,R,B2,U,CC,R,E,C,E,选频电路,L,1,反馈网络,L,2,C,振荡频率一般在几十,MHz,以下,反馈电压取自,L,2,9.3.4,电容三点式振荡电路,正反馈,放大电路,R,B1,R,C,U,CC,振荡频率,1,f,0,C,1,C,2,2,L,C,1,C,2,通常再与线圈串联一,个较小的可变电容来调,节振荡频率,C,1,R,B

11、2,R,E,C,E,选频电路,C,1,L,C,2,反相,反馈网络,振荡频率可达,100MHz,以上,反馈电压取自,C,2,电工电子技术,例：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,U,CC,C,1,旁路电容,C,E,将反馈信,R,L,B1,号旁路,即电路中不存,C,2,在反馈，所以电路不能,正反馈,振荡。将,C,E,开路，则电,R,B2,R,E,路可能产生振荡,C,E,反馈电压取自,C,1,9.4,两种常见的振荡电路,频率稳定问题,频率稳定度一般由,f,来衡量,f,0,f,频率偏移量,f,0,振荡频率,Q,值越高，选频特性越好，频率越稳定,LC,振荡电路,Q,数百

12、,石英晶体振荡电路,Q,10000,500000,9.4.1,石英晶体正弦波振荡电路,1,石英晶体的基本特性与等效电路,1,结构,2,基本特性,极板间加电场,晶体机械变形,极板间加机械力,晶体产生电场,压电效应,交变电压,交变电压,机械振动,V,V,当交变电压频率,固有频率时，振幅最大,压电谐振,机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高,3,石英晶体的等效电路与频率特性,等效电路,频率特性,串联谐振,f,s,1,2,LC,u,u,C,C,0,L,R,晶体等效纯阻且阻值,0,X,感性,并联谐振,C,C,f,p,1,f,s,1,C,0,C,0,2,LC,1,0,容性,f,s,f,p,f,通常,C

13、,C,0,所以,f,s,与,f,p,很接近,9.4.2,石英晶体振荡电路,1,并联型石英晶体振荡器,X,感性,f,R,B1,C,1,R,C,U,CC,0,容,性,f,s,f,p,R,B2,R,E,C,1,C,3,C,E,C,2,石英晶体工作在,f,s,与,f,p,之间，相当一个大电感，与,C,1,C,2,组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的,Q,值很高,可达到几千以上，所以电路可以获得很高的振荡频率,稳定性,2,串联型石英晶体振荡器,X,感性,f,R,B1,R,C,U,CC,0,f,s,f,p,容,性,C,R,B2,R,E,R,B3,u,o,石英晶体工作在,f,s,处，呈电阻性，而且阻抗最小,

14、正反馈最强，相移为零,满足振荡的相位平衡条件,对于,fs,以外的频率，石英晶体阻抗增大,且相移不为,零，不满足振荡条件，电路不振荡,9.4.2,由,555,定时器构成的多谐振荡器,555,定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一,体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、多谐振,荡器和施密特触发器等多种电路,555,定时器在工业,控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用,1. 555,定时器的结构及工作原理,分压器,由三个等值电阻构成,比较器,由电压比较器,C1,和,C2,构成,R-S,触发器,放电开关管,T,U,CC,8,电压,5,控制端,高电平,6,触发端,低电平,2,触发端,4,复位端,5K

15、,V,A,5K,V,B,C1,R,D,Q,C2,S,D,Q,3,输出端,放电端,7,5K,T,分压器,地,1,放电管,比较器,R,S,触发器,2/3 U,CC,U,CC,5K,5,6,比较结果,C1,V,A,R,D,V,6,V,2,R,D,S,D,0,2/3,U,CC,1/3,U,CC,1,5K,2,2/3,U,CC,1/3,U,CC,0,1,1,V,B,5K,1/3 U,CC,C2,S,D,2/3,U,CC,1/3,U,CC,1,2/3,U,CC,1/3,U,CC,0,不允许,0,R,D,Q,R,D,输出,S,D,Q,T,S,D,Q,T,1,0,1,0,1,1,Q,1,0,截止,导通,保持,保持,T,综上所述,555,功能表为,V,6,V,2,2/3,U,CC,1/3,U,CC,2/3,U,CC,1/3,U,CC,1,0,截止,导通,2/3,U,CC,1/3,U,CC,保持,保持,2,由,555,定时器构成的多谐振荡器,多谐振荡器,是一种,无稳态,触发器，接通电源后,不需外加触发信号，就能产生矩形波输出。由于,矩形波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器,多谐振荡器,是一种常用的脉冲波形发生器,触发,器和时序电路中的时钟脉