第0506章振荡电路与高频电路

1、第一节第一节RC正弦波振荡器正弦波振荡器第二节第二节 LC正弦波振荡器正弦波振荡器第三节第三节 石英晶体石英晶体正弦波振荡器正弦波振荡器第四节第四节 非非正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节 RCRC正弦波振荡器正弦波振荡器一、一、自激振荡的基本原理自激振荡的基本原理二、二、 RC串并联选频电路串并联选频电路三、三、文氏桥式文氏桥式RC振荡器振荡器振荡的基本概念与原理振荡的基本概念与原理自激振荡：自激振荡：在电子线路中，不加输入信号就有信号在电子线路中，不加输入信号就有信号输出，这种现象称为自激振荡。输出，这种现象称为自激振荡。振荡器：振荡器：实现振荡的电路称为振荡器。实现振荡的电路称为振荡器

2、。振荡器应用：振荡器应用：超声波诊断仪、各种电疗机等都应用超声波诊断仪、各种电疗机等都应用了振荡器。利用振荡可以产生不同波形和不同频率了振荡器。利用振荡可以产生不同波形和不同频率的交变电压的交变电压.振荡器分类：振荡器分类：正弦波振荡器，非正弦波振荡器正弦波振荡器，非正弦波振荡器扩音机扬声器话筒 自激振荡现象：自激振荡现象：扩音系统扩音系统在使用中有时会发出刺耳的啸在使用中有时会发出刺耳的啸叫声。叫声。自激振荡自激振荡fidXXX-=改成正反馈改成正反馈只有正反馈电路才能产生只有正反馈电路才能产生自激振荡。自激振荡。基本放大基本放大电路电路A反馈电路反馈电路FiX+ dXoXfX一、一、正弦波

3、振荡器的基本原理正弦波振荡器的基本原理+Ui Uo Uf Ui= Uf如果：如果：,ifXX则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。基本放大基本放大电路电路A反馈电路反馈电路FdXoXfX反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。基本放大基本放大电路电路A反馈电路反馈电路FiX+ +dXoXfXXd=Xf), 3 , 2 , 1 , 0(=n(1)(1)相位相位平衡平衡条件：反馈信号条件：反馈信号uf与输入信号与输入信号ui同相同相位，即位，即uf与与ui的相位差的相位差 应为应为 2n= (2)(2)幅度平衡条件：反馈信号幅度平衡条件：反馈信号uf应大于或等于

4、输入应大于或等于输入信号信号ui , ,即即因为因为将该式代入上式得将该式代入上式得ofFuu =iuouAu =iuofuFAFuu=1uFAfuiu，而，而，要产生自激振荡，必须具备两个基本条件：要产生自激振荡，必须具备两个基本条件：电路器件内部噪声。电路器件内部噪声。 振荡电路中的选频网络，只使噪声中某一频率振荡电路中的选频网络，只使噪声中某一频率 0 满足相位平衡条件，形成正反馈，成为振荡电路满足相位平衡条件，形成正反馈，成为振荡电路的输出信号；而其它频率的信号，则不满足相位平的输出信号；而其它频率的信号，则不满足相位平衡条件，逐渐被抑制掉。衡条件，逐渐被抑制掉。2.2.正弦波振荡器的

5、基本组成正弦波振荡器的基本组成 正弦波振荡器一般由三个基本部分组成正弦波振荡器一般由三个基本部分组成: : 基本放大器、正反馈电路、选频和稳幅电路基本放大器、正反馈电路、选频和稳幅电路。 选频电路选频电路（frequency selective circuit）: 为了获得单一频率的正弦波，振荡电路还必须为了获得单一频率的正弦波，振荡电路还必须具有选频作用的电路。具有选频作用的电路。RC正弦波振荡器、正弦波振荡器、LC正弦波振荡器、正弦波振荡器、石英晶体正弦波振荡器。石英晶体正弦波振荡器。依据选频网络，正弦波振荡器可划分为：依据选频网络，正弦波振荡器可划分为：3. 3. 振荡的建立和稳定振荡的

6、建立和稳定 振荡电路是一个闭合的正反馈系统，正反馈振荡电路是一个闭合的正反馈系统，正反馈使整个电路的信号振幅不断增长，而放大器的非使整个电路的信号振幅不断增长，而放大器的非线性则使信号振幅减小，信号最后达到一个相对线性则使信号振幅减小，信号最后达到一个相对稳定的幅度，从而形成一定幅度的稳定振荡。稳定的幅度，从而形成一定幅度的稳定振荡。起振起振稳幅稳幅二、二、RC串并联选频电路串并联选频电路 图图(c)(c)是是uo与与 ui的相位差的相位差 随频率变化的曲随频率变化的曲线，称为相频特性。由图可知：在一个适当的线，称为相频特性。由图可知：在一个适当的中间频率中间频率f0处，输出电压与输入电压同相

7、位处，输出电压与输入电压同相位。 图图(b)(b)是是电压传输系数电压传输系数 Tf随频率变化随频率变化的曲线，称为的曲线，称为幅频特性。幅频特性。 RC串并联选频电路由一个串并联选频电路由一个R1C1串联电路与串联电路与一个一个R2C2并联电路构成。并联电路构成。 R1C1 串联阻抗：串联阻抗：R2C2 并联阻抗：并联阻抗：R1C1R2C2uiuo111j1CRZ=22222222j1j1j1CRRCRCRZ=选频特性：选频特性：RC串并联电路的电压传输系数为串并联电路的电压传输系数为: :在在 、 的条件下，上式变为的条件下，上式变为 时，相移为时，相移为0 0。此时。此时, ,当当振荡频

8、率振荡频率: : 22211222212iofj1j1j1CRRCRCRRZZZUUT=)1( j31fRCRCT-=RCRC001=RCf=21031f=TRRR=21CCC=21F310f0fFf0f09090RC串并联网络的频率特性 当当 f f= =f f0 0时时, , 电压传输系数最大电压传输系数最大, , 其值为其值为: : T Tf f=1/3=1/3, , 相角为零相角为零, , 即即F F=0=0。 此时此时, , 输出输出 电压与输入电压同相位。电压与输入电压同相位。 当当f ff f0 0时时, , T Tf f1/32R2R1 1, , 使使A3,A3,易起振。易起振

9、。当当u uo o幅度自激增长幅度自激增长达某一值时，达某一值时， R RT T=2R=2R1 1，A=3A=3。当当u uo o进一步增大时，进一步增大时， R RT T2R2R1 1 , ,使使A3A3。因此因此u uo o幅度自动稳幅度自动稳定于某一幅值定于某一幅值。_+ + RTRCRCR1T uo11ioTRuuRR=电子琴的振荡电路：电子琴的振荡电路：_+ + RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R22112CRR=0f2121RRF=12345176功率放功率放大器大器可调可调第二节第二节LC正弦波振荡器正弦波振荡器二、电感三点式振

10、荡器二、电感三点式振荡器一、变压器反馈式振荡器一、变压器反馈式振荡器三、电容三点式振荡器三、电容三点式振荡器一、变压器反馈式振荡器一、变压器反馈式振荡器 电感线圈电感线圈L与电容与电容C组成并联谐振回路，作为组成并联谐振回路，作为晶体三极管的集电极负载，起选频作用。晶体三极管的集电极负载，起选频作用。 满足相位平衡条件：满足相位平衡条件：三极管共射放大器三极管共射放大器: :利用互感线圈同名端：利用互感线圈同名端：0A180= 0F180= 0FA360= 振荡频率振荡频率: :LCf=210适用于频率约为几十适用于频率约为几十kHz到几到几MHz的情况。的情况。 二、电感三点式振荡器二、电感

11、三点式振荡器 并联谐振回路的电感线圈的三个端点分别并联谐振回路的电感线圈的三个端点分别与三极管的三个电极相连，所以称为电感三点式振与三极管的三个电极相连，所以称为电感三点式振荡器。反馈信号荡器。反馈信号uf 来自线圈来自线圈L2上的电压，故又称为上的电压，故又称为电感反馈式振荡器。电感反馈式振荡器。 LC满足相位平衡条件满足相位平衡条件: :C+UCCTRERB1RB2CECBL1L2C1123振荡频率振荡频率: :CMLLf)2(21210式中式中 M 是线圈是线圈 L1和和 L2之间的互感系数。之间的互感系数。该电路振荡频率中等，一般可达到几十该电路振荡频率中等，一般可达到几十MHz。 L

12、C并联谐振回路的电容的三个端点分别与三极并联谐振回路的电容的三个端点分别与三极管的三个电极相连，所以称为电容三点式振荡器。管的三个电极相连，所以称为电容三点式振荡器。反馈信号反馈信号uf来自电容来自电容C2 的电压，故又称为电容反馈的电压，故又称为电容反馈式振荡器。式振荡器。 三、电容三点式振荡器三、电容三点式振荡器+UCCTRERB1RB2CECBLC1C2123满足相位平衡条件满足相位平衡条件: :)(212121210CCCCLLCf=振荡频率振荡频率: :这种电路振荡频率较高，一般可达到这种电路振荡频率较高，一般可达到100100MHz以上。以上。 三、串联型晶体振荡器三、串联型晶体振

13、荡器第三节石英晶体正弦波振荡器第三节石英晶体正弦波振荡器一、石英晶体的结构和电特性一、石英晶体的结构和电特性二、并联型晶体振荡器二、并联型晶体振荡器化学成分：化学成分：SiO2石英晶体结构石英晶体结构: :晶片晶片涂银层涂银层焊点焊点符号符号: :一、石英晶体的结构和电特性一、石英晶体的结构和电特性极板间加电场极板间加电场极板间加机械力极板间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应压电效应：交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。当交变电压频率当交变电压频率 = 固有频率时，

14、振幅最大固有频率时，振幅最大 压电谐振压电谐振基本特性基本特性: :石英晶体的压电谐振：石英晶体的压电谐振： 石英晶体利用压电效应产生压电谐振，即当石英晶体利用压电效应产生压电谐振，即当外加交变电场的频率与石英晶体机械振动的固有外加交变电场的频率与石英晶体机械振动的固有频率相同时，石英晶体机械振动的幅度达到最大。频率相同时，石英晶体机械振动的幅度达到最大。这种现象与这种现象与LC 回路的谐振十分相似。石英谐振回回路的谐振十分相似。石英谐振回路的路的Q值很大，因此，石英晶体组成振荡器时可值很大，因此，石英晶体组成振荡器时可获得很高的频率稳定性。获得很高的频率稳定性。石英晶体的电特性：石英晶体的电

15、特性： 石英晶体的电特性用图石英晶体的电特性用图(b)(b)所示的等效电路表示。所示的等效电路表示。图中图中C0是晶片与金属极板之间构成的静电容，是晶片与金属极板之间构成的静电容，L为石为石英谐振器的等效电感，英谐振器的等效电感，C为石英谐振器的等效电容，为石英谐振器的等效电容，R为表示晶体振动时因磨擦损耗造成的电阻。为表示晶体振动时因磨擦损耗造成的电阻。图图(c)是石英晶体的电抗频率特性曲线：是石英晶体的电抗频率特性曲线： 两个谐振频率两个谐振频率f1和和f2将电抗频率特性分为三个区域：将电抗频率特性分为三个区域：（1 1）当外加频率）当外加频率 f f1 时，电路电抗表现为电容性。时，电路

16、电抗表现为电容性。（2 2）当）当 f1 f f2 时，电路电抗又表现为电容性。时，电路电抗又表现为电容性。晶体串联谐振的频率晶体串联谐振的频率f1为为: :晶体并联谐振频率晶体并联谐振频率f2为为: :LCf=211)(21002CCCCLf=两个谐振频率两个谐振频率越接近，石英晶体呈感性的区域越接近，石英晶体呈感性的区域（ f1 f2 ）就越窄，其选择性就越好。就越窄，其选择性就越好。二、并联型晶体振荡器二、并联型晶体振荡器 石英晶体以电感石英晶体以电感 L （注意：它并不是晶体的（注意：它并不是晶体的等效电感等效电感L）的形式与）的形式与C1、C2构成构成LC 并联谐振回并联谐振回路，其

17、振荡频率在很窄的频率范围内路，其振荡频率在很窄的频率范围内 f1 f2 ，此时，此时晶体振荡器表现为电感性。晶体振荡器表现为电感性。三、串联型晶体振荡器三、串联型晶体振荡器 石英晶体连接在石英晶体连接在共基共基放大器放大器T1的射极与的射极与T2的射的射极跟随器的射极之间作为极跟随器的射极之间作为正反馈电路，工作在串联正反馈电路，工作在串联谐振状态，其振荡频率为谐振状态，其振荡频率为 f1，此时晶体振荡器表现，此时晶体振荡器表现为电阻性。为电阻性。第一节第一节 小信号调谐放大器小信号调谐放大器第四节第四节 调频与鉴频调频与鉴频第二节第二节 高频功率放大器高频功率放大器第三节第三节 调幅与检波调

18、幅与检波一、调幅的基本概念一、调幅的基本概念第三节第三节 调幅与检波调幅与检波二、高电平调幅电路二、高电平调幅电路三、二极管包络检波电路三、二极管包络检波电路 调幅波中各个波的峰点连调幅波中各个波的峰点连线（正弦虚线）称包络线，其线（正弦虚线）称包络线，其形状和频率与调制信号相同。形状和频率与调制信号相同。一、一、调幅的基本概念调幅的基本概念(a)(a)为低频正弦调制信号；为低频正弦调制信号；(b)(b)为高频载波信号；为高频载波信号；(c)(c)为为“携带携带”低频调制信号的低频调制信号的调幅波。调幅波。 超声诊断仪中的超声回超声诊断仪中的超声回波调幅信号，其载波为波调幅信号，其载波为2.52.57.5MHz7.5MHz的高频正弦波，而调制的高频正弦波，而调制信号是反映界面位置的脉冲。信号是反映界面位置的脉冲。 阻抗血流仪中的高频调幅波，其载波为阻抗血流仪中的高频调幅波，其载波为3050kHz3050kHz的正弦波或矩形波，而调制信号则为随的正弦波或矩形波，而调制信号则为随血流搏动的血管容积变化的阻抗电信号。血流搏动的血管容积变化的阻抗电信号。 二、二极管包络检波电路1.检波检波 从调幅波中取出其包络。从调幅波中取出其包络。2.电路组成电路组成 高频输入电路、非线性元件、高频滤波电路。高频输入电路、非线性元件、高频滤波电路。三、鉴频电路三、鉴频电路第四节第四节 调频与鉴频调频与