RC正弦波振荡电路的振荡频率与R学习教案

1、会计学1RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路(zhn dn din l)的的振荡频率与振荡频率与R第一页，共38页。6.1.1. 振荡振荡(zhndng)的条的条件件fidXXX-=改成正反馈改成正反馈只有正反馈电路才能只有正反馈电路才能(cinng)产生产生自激振荡。自激振荡。6.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路(zhn dn din l)的基本原理的基本原理+Xi f基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FX+doXX第1页/共38页第二页，共38页。如果：如果：,ifXX=则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路电路(dinl)的输入信号的输入信

2、号。Xi +f基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FX+doXXXdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXX第2页/共38页第三页，共38页。FA=1Xd=Xf所以，自激振荡条件所以，自激振荡条件(tiojin)也可也可以写成：以写成：自激振荡的条件自激振荡的条件(tiojin)：（1）振幅条件：）振幅条件：1|=AF（2）相位条件：）相位条件：pjjnFA2=+n是整数是整数1.=FAAAAj=|因为：因为：FFFj=|.动画演示动画演示(ynsh)Xdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXX第3页/共38页第四页，共38页。6.1.2.振荡的物理振荡的物理(wl)过过程程

3、起振条件起振条件(tiojin)(tiojin)：结果：产生结果：产生(chnshng)(chnshng)增幅振荡增幅振荡1|FA（略大于）略大于）1 1、被动：器件非线性、被动：器件非线性2 2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节调节放大电路的放大电路的增益增益稳幅过程：稳幅过程：起振时，起振时，1|FA稳定振荡时，稳定振荡时，1|=FA稳幅措施：稳幅措施：起振过程起振过程Xdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXX第4页/共38页第五页，共38页。接通接通(ji tn)电源后，各种电扰动电源后，各种电扰动放大放大(fngd)选

4、选 频频 正反馈正反馈 再放大再放大(fngd)再正反馈再正反馈 振荡器输出电压振荡器输出电压器件进入非线性区器件进入非线性区 稳幅振荡稳幅振荡过程：过程：第5页/共38页第六页，共38页。1.1.放大电路放大电路2.2.正反馈网络正反馈网络3.3.选频网络选频网络只对一个频率只对一个频率(pnl)(pnl)满足振荡条满足振荡条件，从而获得单一频率件，从而获得单一频率(pnl)(pnl)的正弦波输出。的正弦波输出。 常用的选频网络有常用的选频网络有RCRC选频和选频和LCLC选频选频4.4.稳幅电路稳幅电路使电路易于起振又能稳定振荡，使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小。波形失真小。6.1.

5、3.6.1.3.正弦波振荡电路正弦波振荡电路(zhn dn (zhn dn din l)din l)的组成的组成第6页/共38页第七页，共38页。（二）计算振荡频率（二）计算振荡频率(pnl)、求起振条件、求起振条件第7页/共38页第八页，共38页。FAFA（二）计算振荡频率（二）计算振荡频率(pnl)、求起振条件、求起振条件FA第8页/共38页第九页，共38页。振荡电路振荡电路负反馈电路负反馈电路反馈反馈(fnku)极性不同极性不同引入正反馈引入正反馈产生产生(chnshng)自激振荡自激振荡引入负反馈引入负反馈改善电路性能改善电路性能电路结构保证电路结构保证正反馈存在正反馈存在电抗元件使负

6、反电抗元件使负反馈变正馈变正利用自激振荡利用自激振荡 避免自激振荡避免自激振荡振荡条件不同振荡条件不同目的不同目的不同第9页/共38页第十页，共38页。6 . 2 RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路(zhn dn din l)6.2.1. RC 6.2.1. RC 串并联选频网络串并联选频网络(wnglu)(wnglu)R1C1 串联串联(chunlin)阻抗：阻抗：212ofZZZUUF+=)j/1 (111CRZ+=222222j1 )j/1/(CRRCRZ+=R2C2 并联阻抗：并联阻抗：选频特性：选频特性：第10页/共38页第十一页，共38页。212UUZZZFof+)j/1 (

7、111CRZ+=222222j1)j/1/(CRRCRZ+=通常(tngchng)R1R2R，C1C2C，则有)1(j)1(1j1j1j11212122122211222CRRCCCRRCRRCRCRR-+)(RC1RCj31F-+=若令若令 RC10=则上式变为则上式变为)(-+=00j31F因为因为(yn wi)式中式中2f ，02f0 ffff00j3FRC2 f0 200231Ffffffjarctg 300ffff第11页/共38页第十二页，共38页。RC串并联网络完整串并联网络完整(wnzhng)的频的频率特性曲线：率特性曲线：RC10= = 当当 时时， F= Fmax=1/30

8、F=jRC10=RCfp p210= = Fo +90o |F|1/3第12页/共38页第十三页，共38页。6.2.2.基本电路形式基本电路形式(xngsh)及振荡的建立及振荡的建立过程过程0=Aj在在 f0 处处,0=Fj1.满足相位满足相位(xingwi)条件：条件：因为因为(yn wi)：AF=131=F1f+=RRA1f2RR=只需：只需：A=3输出正弦波频率输出正弦波频率：RCfp210=0=+FAjj2.振幅条件：振幅条件：引入负反馈：引入负反馈：选：选：RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路1f2RR3.起振条件起振条件第13页/共38页第十四页，共38页。4、稳幅措施、稳幅措

9、施(cush)半导体热敏电阻半导体热敏电阻(负温度系数）负温度系数）起振时起振时Rt较大较大(jio d) 使使A3,易起振。易起振。 当当uo幅度自激增长时，幅度自激增长时， Rt减小，减小，A减小。减小。 当当uo幅度达某一值时，幅度达某一值时， A3。 当当uo进一步增大时，进一步增大时， RT再减小再减小 ,使使Ar )1( jjj1CLrLC-+ Z )(C1LjrCL-+L= C1电路发生并联谐振。电路发生并联谐振。其谐振角频率为其谐振角频率为 LC10 f0 LC21p第18页/共38页第十九页，共38页。 Q为谐振回路(hul)的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。

10、CLQCQLQRCLZ= = = = =000 谐振时谐振时LCLC并联谐振电路并联谐振电路(dinl)(dinl)相当一个大电阻。相当一个大电阻。LC并联谐振回路并联谐振回路(hul)的幅频特性的幅频特性曲线曲线o |Z|Q小小Q大大+ffff000Qj1ZZ 20020ffff1QZZffff00Q=jarctg 第19页/共38页第二十页，共38页。1234初级线圈初级线圈次级线圈次级线圈同名端同名端1234+ 在在LC振荡器中，反馈信号通过互感线圈振荡器中，反馈信号通过互感线圈(xinqun)引出引出同名同名(tngmng)端端：第20页/共38页第二十一页，共38页。6.3.2. 变

11、压器反馈变压器反馈(fnku)式式LC振荡电振荡电路路 工作(gngzu)原理：三极管共射放大器三极管共射放大器。利用利用(lyng)互感线互感线圈的同名端：圈的同名端：180=Aj180=Fj360=+AAjj 满足相位条件。满足相位条件。振荡频率振荡频率:LCfp210第21页/共38页第二十二页，共38页。判断是否是满足判断是否是满足(mnz)相位条件相位条件相位平衡法相位平衡法：+ccVRb1Rb2eRUfCbo1L2LCU 断开反馈到放大断开反馈到放大器的输入端点器的输入端点(dun din)，假设在输入端，假设在输入端加入一正极性的信号加入一正极性的信号，用瞬时极性法判定，用瞬时极

12、性法判定反馈信号的极性。若反馈信号的极性。若反馈信号与输入信号反馈信号与输入信号同相，则满足相位条同相，则满足相位条件；否则不满足。件；否则不满足。(+)(-)(+)第22页/共38页第二十三页，共38页。(+)(+)(+)(+)LC正弦波振荡器举例正弦波振荡器举例(j l)满足满足(mnz)相位平衡条件相位平衡条件第23页/共38页第二十四页，共38页。（+）（+）（）（+） LC正弦波振荡器举例正弦波振荡器举例(j l)振荡振荡(zhndng)频率频率:（）LCfp210满足满足(mnz)相位平衡条件相位平衡条件第24页/共38页第二十五页，共38页。仍然由仍然由LC并联并联(bnglin

13、)谐振电路构成选频网络谐振电路构成选频网络6.3.3. 电感电感(din n)三点式三点式LC振荡电振荡电路路原理原理(yunl)：uf与与uo反相反相uf与与uo同相同相电感三点式：电感三点式：电容三点式：电容三点式：uf与与uo反相反相uf与与uo同相同相第25页/共38页第二十六页，共38页。振荡振荡(zhndng)频率：频率：CMLLLCf)2(2121210+ + += = =p pp p第26页/共38页第二十七页，共38页。6.3.4. 电容电容(dinrng)三点式三点式LC振荡电振荡电路路振荡振荡(zhndng)频率：频率：212102121CCCCLLCf+ + = = =

14、p pp p（ +）（ +）（ -）（ +）（ +）（ +）第27页/共38页第二十八页，共38页。例：试判断下图所示三点式振荡电路例：试判断下图所示三点式振荡电路(zhn dn (zhn dn din l)din l)是否满足相位平衡条件。是否满足相位平衡条件。（ +）（ +）（ -）3021LCfpV2eRRRb1CCcceb2c1RbCCLC3第28页/共38页第二十九页，共38页。Q值越高，选频特性越好，频率值越高，选频特性越好，频率(pnl)越稳定。越稳定。6.4 石英晶体石英晶体(jngt)振荡电振荡电路路频率稳定度一般由频率稳定度一般由 来衡量来衡量0ff 频率偏移量。频率偏移量

15、。f 0f振荡频率。振荡频率。LC振荡电路振荡电路(zhn dn din l) Q 几百几百石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 Q 10000 500000 频率稳定问题频率稳定问题第29页/共38页第三十页，共38页。6.4.1. 石英晶体石英晶体(jngt)的特性及等效电的特性及等效电路路（一）结构（一）结构(jigu)及压电效应：及压电效应：极板极板(j bn)间加电场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

16、变电压频率当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大固有频率时，振幅最大 符号符号压电谐振压电谐振压 电 效 应压 电 效 应： 基本特性基本特性第30页/共38页第三十一页，共38页。（二）石英（二）石英(shyng)晶体的等效电路晶体的等效电路等效电路：等效电路：LCfp p21s= =（1）串联）串联(chunlin)谐振谐振（三）电抗（三）电抗(dinkng)特性：特性： 晶体等效纯阻且阻值晶体等效纯阻且阻值00p121CCLCf+ += =p p（2）并联谐振）并联谐振通常通常0CC 0s1CCf+ += =所以所以很很接接近近与与 psfffX感性感性0fsfp容性容性第31页/共3

17、8页第三十二页，共38页。6.4.2. 石英晶体石英晶体(jngt)正弦波振荡电路正弦波振荡电路利用石英利用石英(shyng)晶体的高品质因数的特点，构成晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路。振荡电路。1. 并联并联(bnglin)型石英晶体振荡器型石英晶体振荡器 石英晶体工作在石英晶体工作在fs s与与fp p之间，相当一个大电感，与之间，相当一个大电感，与C C1 1、C C2 2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的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。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。fX感性感

18、性0fsfp容性容性第32页/共38页第三十三页，共38页。2. 串联串联(chunlin)型石英晶体型石英晶体振荡器振荡器 石英晶体工作(gngzu)在fs处，呈电阻性，而且阻抗最小，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。 fX感性感性0fsfp容性容性U+VRRRRebbe122C(+)(+).oCC1RRb1c(+)第33页/共38页第三十四页，共38页。例：分析下图的振荡例：分析下图的振荡(zhndng)(zhndng)电路能否产生振荡电路能否产生振荡(zhndng)(zhndng)，若产生振荡，

19、若产生振荡(zhndng),(zhndng),石英晶体处于石英晶体处于何种状态？何种状态？第34页/共38页第三十五页，共38页。振荡电路形式振荡电路形式适应范围适应范围RC桥式桥式几十几十kHz变压器反馈式变压器反馈式几十几十MHz电感三点式电感三点式几十几十MHz电容三点式电容三点式数百数百MHz频率稳定频率稳定石英晶体振荡器石英晶体振荡器振幅稳定振幅稳定加外稳幅电路加外稳幅电路1 电路形式电路形式(xngsh)的选择的选择第35页/共38页第三十六页，共38页。6.5.3、振荡管工作点的选定、振荡管工作点的选定将静态将静态工作点选定在靠近工作点选定在靠近(kojn)截止区截止区6.5.4、振荡信号输出方式的选择、振荡信号输出方式的选择在在振荡电路与负载之间加隔离振荡电路与负载之间加隔离(gl)和缓冲和缓冲电路，尽可能从低阻抗点取信号。电路，尽可能从低阻抗点取信号。6.5.5、典型故障的分析和处理、典型故障的分析和处理减小正反馈量，提高负反馈量改变布线，缩短接线，增加去耦电路波形严重失真提高正反馈量，减小负反馈量不起振、停振第36页/共38页第三十七页，共38页。本章本章(bn zhn)小小结结1