正弦波振荡电路例题解析

1、第7章正弦波振荡电路例题解析例7. 1 RC振荡电路如图7.1所示，图中R=10k Q, C=0.1卩f。（1）求振荡器的振荡频率 fo?为保证电路起振，对Rf/ Ri的比值有何要求？ 试提出稳幅措施。（1）求振荡频率考虑到正反馈网络有FvVfVo乙Z2j RC""2 2 2(1 R C ) j3 RC13 j(o-)式中,o 1/RC图7.1振荡器的振荡频率是由相位平衡条件决定的，由 于0 a= 0。则要求0 f = 0,故有1/RC1ffo63 Hz 159Hz0.1 10 10 10（2）对Rf/ R1比值的要求在振荡频率下，由式（1）有F Vmax= 1 / 3需要

2、指出的是，如果电路按振幅平衡条件AF=1进行设计，振荡就不能自行建立，只有满足AF> 1的条件，在电源接通后，由于噪声或瞬态扰动（包含有fo的频率成分），才有可能经AF环路后使fo的信号由小变大，自行起振。最后因放大器的非线性或稳幅环节的作用而 使AF=1，达到稳定振荡。因此，要求Av=1+R f/R1> 3 或Rf/R1 > 2Rf/R只能大于2而接近2,太大将使输出波形产生失真。稳幅措施 要想能稳幅，就必须使 Av随输出电压振幅上升而下降（即负反馈加强）。为此，可将 R1 选用具有正温度系数的电阻（如钨丝灯泡），或选用具有负温度系数的电阻Rf （如选用热敏电阻）。当然，也

3、可以采用其他非线性元件来自动调整反馈的强弱，以维持输出电压恒定。例7. 2电路如图7. 2所示，试用相位平衡条件判断哪个电路可能振荡，哪个不能 请说明原因。图7. 2解 图7. 2 (a)电路不能振荡。放大器从 bi到e2的相位相差180°,选频网络的相角变化范围是-90° +90 °，所以不能满足相位平衡条件施+炒=2n n7. 2 (b)电路可能振荡。放大器的相位相差180°，选频网络的相位差在 0°270°范围内,能满足相位平衡条件(ja+欢=2n n例7. 3已知振荡电路如图7. 3(a)和 (b)所示，试判断它们能否振荡，若

4、不能，如何修改电路使其满足相位平衡振荡条件。解 判断三极管电路能否振荡，首先要判断电路中三极管是否正常工作，再判断电路是否满足相位平衡条件。对三点式LC振荡电路，要求三极管发射极e接相同性质的电抗，基极b、集电极c上接的电抗与发射极 e接的电抗不同。oVceRb2 IR-(b)图7. 3 (a)为变压器反馈式电路，图中三极管基极电位 Vb= 0V,即三极管处于截止状态, 放大电路不能正常工作，应考虑加隔直电容C;其次，根据变压器同名端的规定，将右侧线圈同名端改在下方，电路才能满足相位平衡条件。修改后的电路如图7. 4所示。Ce图7. 3 (b)电路属电容三点式电路，图中三极管发射极和集电极极性

5、相同，由电容分压 产生的反馈量至三极管的发射极，其极性满足相位平衡条件，但由于发射极有耦合电容图7. 4图7. 5O +Vcc例7. 4某石英晶体振荡电路如图 7. 6所示。(1) 分析石英晶体的阻抗一频率特性；(2) 求电路的振荡频率。解石英晶体振荡器是利用石英晶体固有谐振频率很稳定的特点构成的正弦信号 振荡器，其频率稳定度很高。石英晶体等效电路有两个谐振频率，通常可在石英晶体的两端 并联一电容以提高 Co值，而串接一小电容以校正振荡频率。石英晶体振荡器基本电路有并联O+VflL!HCiL二 Ct图7. 6晶体振荡器和串联晶体振荡器两类。前者石英晶体以并联谐振的形式出现，后者则以串联谐 振的

6、形式出现。本例电路即为并联谐振振荡器。石英晶体的等效电路如图 7. 7所示。石英晶体的阻抗一频率特性如图7. 8所示。石英晶体有两个谐振频率：串联谐振频率fs和并联谐振频率fp。它们分别为:串联谐振频率 fs12 LC并联谐振频率fP 21LC? Co 21LC由石英晶体阻抗一频率特性图可知:图7. 8图7. 9)T(R)2fV fs时，晶体呈容性；当fsV fV fp时，晶体呈感 性；当f > fp时，晶体又呈容性。(2)由图7. 6所示电路可知，若将石英晶体视为 感性元件，则电路本身就是一个电容三点式的LC振荡器，由=-180，电路振荡频率fo即为石英晶体并联 谐振频率fp。所以，电

7、路的振荡频率为p 2 1LC J Co例7.5结合图7. 9说明什么叫三点式振荡器?, 说明如何判断相位平衡条件。解 从LC回路引出三个端点，分别 与三极管的三个电极(或运放的三个端子 相连的振荡器称为三点式振荡器、它们常 分为电容三点式和电感三点式两类。电感三点式LC振荡电路如图7. 9所 示。它的LC并联电路的电感线圈有首端、 中间抽头和尾端三个端点。分别与放大器 件的集电极、发射极(地)和基极相连，其 反馈信号是取自电感线圈 L2上的电压，由电路理论知道，LC并联谐振回路在谐振时，回路电流远比流入或流出 LC回路的电流 大得多。因此，可近似认为，电感线圈中间抽头的瞬时电位一定在首、尾两端

8、点的瞬时电位 之间，即： 若电感的中间抽头交流接地，则首端与尾端的信号电压相位相反； 若电感的首端或尾端交流接地，则电感的其他两个端点的信号电压相位相同。分析图7. 9振荡电路的相位条件，判断方法还是“断开回路，引进输入”，看反馈信号与输入信号的相位是否同相。设在反馈线的点b处断开，同时输入Vb为(+)极性信号，贝U三极管共发射极电路的输出信号为(一)极性。考虑到电路中的电感线圈判司抽头交流接地，因此， 3端与1端的极性相反，即vf为(+)极性，vf与vb同相位，满足相位平衡条件。例7. 6三点式振荡器的交流通路如图7. 10所示。试用相位平衡条件判断哪个能振荡 哪个不能？并指出能振荡的电路属

9、于什么类型的振荡器解(1)对于图7. 10 (a)电容三点式和电感三点式一样，都具有 LC并联电路。因此，它们的三个端点的相位关 系也相似。设将反馈线点 b处断开，同时加入 Vb为(+)极性信号。因为电容的尾端接地，则 Vc1, Vc2(即Vf)相位相同，都为(+)极性，即Vb与Vf相位相反，该电路不能振荡。(2)对于图 7. 10(b)Cr(a)(C)(d)13J3P-144-1MHz试判断该电路是否可能产生正弦图 7.112-50 1012270 101.36 MHz图 7. 10由瞬时极性判断，Vb与vf同相，满足相位平衡条件，电路可能振荡，属电感三点式振荡器。由于正反馈通过带有电感线圈抽头引入，Li和L2耦合紧，易振荡，但振荡波形较差。(3) 对于图 7. 10(c)由于Vf与Vb反相，不满足相位平衡条件，电路不能振荡。(4) 对于图 7. 10(d)由于Vf与Vb同相，满足相位平衡条件，属电容三点式，电路可能振荡。由于正反馈通过电容分压方式引入，因电容的滤波作用，使高次谐波分量减小，所以波形较好。例7.7 图7.11中，已知石英晶体的标称频率为 波振荡，为什么？如能振荡，它属于并联型还是串联 型晶体振荡电路？解 图7.11中Cs对频率为I MHz信号的阻抗， 远小于从源极向场效应管看进去的输出电阻，可视 为源极