第13章正弦波振荡器

1、1 1第13章 正弦波振荡器13.1振荡器的组成及工作原理振荡器的组成及工作原理13.2RC桥式正弦波振荡器桥式正弦波振荡器13.3LC正弦波振荡器正弦波振荡器13.4石英晶体正弦波振荡器石英晶体正弦波振荡器2 213.1 振荡器的组成及工作原理振荡器的组成及工作原理1. 振荡器的概念振荡器的概念正弦波振荡器实质上就是一个没有外加输入信号的正反馈放大器。自激振荡原理如图13.1所示。在放大电路的输入端输入正弦信号，在它的输出端可输出正弦输出信号。如果通过网络引入正反馈信号，使的相位和幅度都和相同， ，那么这时即使去掉输入信号，电路仍能维持输出正弦信号。这种用代替 的方法构成了振荡器的自激振荡原

2、理。iXioXAXifXXfXfXiXfXiXoX3 3图 13.1 自激振荡原理(a) 有输入信号；(b) 无输入信号4 42. 自激振荡条件自激振荡条件由图13.1可以看出：1ifofioFAXFAXXFXXAX所以 (13.1)上式是产生自激振荡的平衡条件。也可把式(13.1)分解为振幅平衡条件和相位平衡条件。(1) 振幅平衡条件为(13.2)1 AFFA5 5该条件表明放大器的放大倍数与正反馈网络反馈系数的乘积应等于1，即反馈电压的大小必须和输入电压相等。(2) 相位平衡条件为jA+jF=2n (13.3) 式中，n=0，1，2，；jA为基本放大器输出信号和输入信号的相位差，jF为反馈

3、网络输出信号和输入信号的相位差。式(13.3)表示基本放大器的相位移与反馈网络的相位移的和等于0或2的整倍数，即电路必须引入正反馈。6 63. 起振与稳定条件起振与稳定条件实际上振荡器开始建立振荡时，并不需要借助于外加输入信号，它本身就能起振，但电路由自行起振到稳定需要一个建立的过程。例如，当电路接通电源时，噪声和干扰信号会使电路产生初始的微弱输出信号，经正反馈和放大器的多次循环放大，输出信号的幅度便由小到大直至输出稳定的正弦波信号。为了保证电路能自行起振，要求XfXi，即AF1 (13.4) 式(13.4)即为振荡器的起振振幅条件。7 74. 振荡器的组成振荡器的组成通过以上对振荡器的分析和

4、认识，可以看出正弦波振荡器必须由放大器、正反馈和选频网络、稳幅电路组成。8 813.2 RC桥式正弦波振荡器桥式正弦波振荡器1. 工作原理工作原理图13.2是RC桥式正弦波振荡器的原理电路，它由三部分构成：RC串并联正反馈选频网络、运放、R1与Rf组成的负反馈稳幅网络。运放接成同相输入方式，即jA=0。当信号频率为RC网络的固有振荡频率时， f=f0=1/(2RC)，反馈网络的相移为0， jF=0，此时满足自激振荡的相位平衡条件(jA+jF=0)。9 9图 13.2 RC桥式正弦波振荡器原理电路10102. RC串并联选频电路的选频特性串并联选频电路的选频特性RC串并联电路如图13.3所示。其

5、中为反馈与选频电路的输入电压，也是放大器的输出电压；为电路的输出电压，也是放大器的反馈电压。正反馈与选频电路的反馈系数为1U2URCRCRCRCRRCRUUF1j31j1j1j112(13.5)1111图13.3 RC串并联反馈与选频电路1212令0=1/(RC)，则上式变为(13.6) 幅频特性(13.7)相频特性(13.8)00j31F200231F3arctan00jF1313由式(13.7)和式(13.8)可以画出RC串并联电路的频率特性曲线，如图13.4所示。从图中可看出，当=0时，反馈系数的幅值最大，为F=1/3，即输出电压U2最大，并且与输入电压U1同相位， j(0)=0。而当0

6、时，输出均被大幅衰减，即RC串并联网络具有选频作用。0称为RC串并联电路的固有频率。1414图 13.4 RC串并联网络的频率特性(a) 幅频特性； (b) 相频特性1515当=0时，反馈系数F=1/3，只要同相运算放大器的电压放大倍数满足A3，就可满足振幅平衡条件AF1。R1、Rf组成的负反馈网络，其作用是稳定输出信号的幅度，改善波形，减小非线性失真。在实际应用中，负反馈网络常利用二极管、稳压管、热敏电阻等元件的非线性特性自动稳定振荡幅度。161613.3 LC正弦波振荡器正弦波振荡器1. LC并联回路的谐振特性并联回路的谐振特性LC并联回路如图13.5所示，回路中的电阻R为电感线圈及回路其

7、它损耗的等效电阻。电路的等效阻抗为 (13.9)j(j1)j(j1LRCLRCZCLRCLZ1j/通常R很小(RC，C2C，因此f0主要由LC决定。通过调节C可以方便地调节振荡频率。3030图 13.8 电容三点式振荡电路(a) 电路；(b) 选频网络313113.4 石英晶体正弦波振荡器石英晶体正弦波振荡器1. 并联型晶体振荡电路并联型晶体振荡电路并联型石英晶体振荡电路如图13.9所示。石英谐振器呈感性，可把它等效为一个电感。选频网络由晶体与外接电容C1、C2组成。振荡器实质上可看作是电容三点式振荡电路。由运算放大器、晶体谐振器和外接电容组成的三点式振荡电路如图13.10所示，其中Cs为可调电容，调节Cs可微调振荡频率。3232图 13.9 并联型石英晶体振荡电路3333图13.10 运算放大器构成的并联型石英晶体振荡电路34342 串联型晶体振荡电路串联型晶体振荡电路图13.11所示为一种串联型晶体振