chaer正弦波振荡电路ppt课件

1、正弦波振荡器的分类正弦波振荡器的分类变压器耦合反馈式变压器耦合反馈式电感反馈式（电感三点式）电感反馈式（电感三点式）电容反馈式（电容三点式）电容反馈式（电容三点式）LCLC振荡器振荡器RCRC移相振荡器移相振荡器RCRC选频振荡器选频振荡器RCRC振荡器振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器上次课内容上次课内容 振荡的基本原理振荡的基本原理 两种两种RC振荡电路振荡电路RC移相振荡器移相振荡器RC选频振荡器选频振荡器基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiXoXfX反馈信号代替了放大电路的输入信号。反馈信号代替了放大电路的输入信号。一、振荡的基本原理一、振荡的基本原理起始信号的产生：起始信

2、号的产生：在电源接通时，会在电路中激起在电源接通时，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。系列频率不同的正弦分量。起振起振平衡平衡1uuFA反馈振荡器的振荡过程反馈振荡器的振荡过程1uuFA起振条件：起振条件： 1uuFA1uuFAnFA2相位起振条件相位起振条件 幅度起振条件幅度起振条件 2 , 1 , 0n平衡条件：平衡条件：1uuFA振幅平衡条件振幅平衡条件 相位平衡条件相位平衡条件 1uuFAnFA22 , 1 , 0nRR1RfCCCRRUfUiUo一、一、RCRC超前移相网络振荡器：超前移相网络

3、振荡器： RCf6210 对于对于的信号，的信号， 180F 180A 0 AF 满足相位平衡条件满足相位平衡条件二、二、RCRC选频振荡器：选频振荡器：UoRCCRUf(a)01RC13H(0(9090(b)(c)图图10.20 RC10.20 RC串并联网络串并联网络 RCo131F图图10.22 10.22 文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器RCf210对于对于的信号，的信号， 0F 0A0 AF 满足相位平衡条件满足相位平衡条件瞬时极性法瞬时极性法判别相位条件判别相位条件 所谓相位条件即电路中必须引入正反馈，所谓相位条件即电路中必须引入正反馈，故正弦波振荡电路能否满足相位条件即是故正弦波振荡

4、电路能否满足相位条件即是判断电路中是否引入了正反馈判断电路中是否引入了正反馈。瞬时极性判别方法：瞬时极性判别方法：输入信号和反馈信号在三极管的同一极：输入信号和反馈信号在三极管的同一极：输入信号和反馈信号的输入信号和反馈信号的瞬时极性相同为正瞬时极性相同为正反馈反馈，反之为负反馈。，反之为负反馈。UoRCCRUf(a)01RC13H(0(9090(b)(c)RCRC选频网络选频网络RC选频网络中的输入与输出极性相同。选频网络中的输入与输出极性相同。311uRRAF311uRRAF12RRF12RRF即：即：即：即：本次课内容本次课内容 石英晶体振荡器石英晶体振荡器变压器耦合反馈式变压器耦合反馈

5、式电感反馈式（电感三点式）电感反馈式（电感三点式）电容反馈式（电容三点式）电容反馈式（电容三点式） LC LC振荡器振荡器10.3.1变压器耦合反馈式振荡器变压器耦合反馈式振荡器图图10.23 三种不同接法的变压器耦合反馈式振荡器三种不同接法的变压器耦合反馈式振荡器 互为同名端的相位相同；互为异名端的相位相反。互为同名端的相位相同；互为异名端的相位相反。变压器上绕组的相位关系：变压器上绕组的相位关系：共射组态共射组态共基组态共基组态共基组态共基组态补充：三点式振荡器 (a)C1C2C3LRGgds(b)L2C3C2C1L1(02)(01)(c)L2L3C2C1L1(01)(02)X2X3X1+

6、_Ui=UfUO+_X1,X2,X3组成并联组成并联LC谐振网络。谐振谐振网络。谐振网络中的三个引出网络中的三个引出点分别接至三极管点分别接至三极管的三个极。因此称的三个极。因此称为三点式振荡器。为三点式振荡器。讨论：讨论：X1,X2,X3放置何种电抗元件，才放置何种电抗元件，才能满足相位条件？能满足相位条件？(a)C1C2C3LRGgds(b)L2C3C2C1L1(02)(01)(c)L2L3C2C1L1(01)(02)X2X3X1+_UO+_Ui=Uf为了满足相位条件，为了满足相位条件，Uf与与UO呈反相关系。呈反相关系。0OfUU0323 XXXX2、X3代表的电抗元件极性必须相反。代表

7、的电抗元件极性必须相反。即一个为电容，则另一个必为电感。即一个为电容，则另一个必为电感。谐振时，谐振时，LC回路呈现纯电阻特性，即：回路呈现纯电阻特性，即：X1+X2+X3=0,因此，因此，X2+X3= X1，带入上式：，带入上式：013XXX1与与X3的电抗特性相同。的电抗特性相同。 “射同基反射同基反”： 射极接的是相同性质的电抗元件射极接的是相同性质的电抗元件, 基极接的是相反性质的电抗元件。基极接的是相反性质的电抗元件。判断三点式振荡电路是否满足相位条件：判断三点式振荡电路是否满足相位条件：X1与与X3的电抗特性相同。的电抗特性相同。X2与与X3的电抗特性不同。的电抗特性不同。三点式：

8、三点式：电容反馈式振荡器电容反馈式振荡器电感反馈式振荡器电感反馈式振荡器(a)C1C2C3LRGgds(b)L2C3C2C1L1(02)(01)(c)L2L3C2C1L1(01)(02)LC2C1+_UO+_(a )RLC1C2CC1000 pFRE700 RB22 kCB0.033 FRB1*L1.3 H0.033 FEC( 15 V)2000 pF(a)C1C2C3LRGgds(b)L2C3C2C1L1(02)(01)(c)L2L3C2C1L1(01)(02)CL2L1+_UO+_(a )RLC1C2CC1000 pFRE700 RB22 kCB0.033 FRB1*L1.3 H0.033

9、 FEC( 15 V)2000 pF(a )RLC1C2CC1000 pFRE700 RB22 kCB0.033 FRB1*L1.3 H0.033 FEC( 15 V)2000 pF21211CCCCLOSCCLLOSC211电容反馈式振荡器电容反馈式振荡器电感反馈式振荡器电感反馈式振荡器 10.3.2 电容三点式振荡器电路电容三点式振荡器电路（电容反馈式振荡电路）（电容反馈式振荡电路） 共射（共射（CE）组态组态 共基（共基（CB）组态组态（一）电容三点式振荡电路（一）电容三点式振荡电路（CE）共射电容三点振荡器共射电容三点振荡器LC2cbeCICILUbUf Uo1211211CCCjIC

10、jIUUFCLof21211CCCCLgLC2cbeCICILUbUf Uo1（二）（二） 电容三点式振荡器电容三点式振荡器（CB） (a)RLC1C2CC1000 pFRE700 RB22 kCB0.033 FRB1*L1.3 H0.033 FEC(15 V)2000 pF(b)REUiUoLRe0C1C2UfRLR Re0e0是考虑实际是考虑实际LCLC回路具有损耗而添加的电阻。回路具有损耗而添加的电阻。012121gC CLCC112CFCC(b)REUiUoLRe0C1C2UfRL 10.3.3 电感三点式振荡器电路电感三点式振荡器电路 图图3.12 电感三点式振荡器电路电感三点式振荡

11、器电路(a)L1CC1RERB2CBRB1LC ECCEL2CCC2RLUiUf在在fTfg条件下，条件下，晶体管极间电容晶体管极间电容的影响可忽略不的影响可忽略不计。振荡器的工计。振荡器的工作频率作频率121()gLL C(3.210)Uf Ub Uo IL IC RBRLcL1L2Cbe(b)(c)RBRLcL1L2Cerbeb+-Ui+-UfgmUi(b)交流通路交流通路1212LLLjILjIUUFLcof10.4 10.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器10.4.110.4.1关于振荡频率的几个指标关于振荡频率的几个指标1. 1. 频率的准确性频率的准确性 0iii2. 2. 频率的稳

12、定性频率的稳定性000测量值测量值 设计值设计值 10.4.2 石英谐振器的物理特性和电特性 1. 石英谐振器的物理特性 石英晶体是SiO2的天然晶体。ZXXZ(a)(b)YYXXYXY图图3.31 晶体的形状及横断面晶体的形状及横断面 (a)晶体外形；晶体外形；(b)横断面横断面图10.29 石英谐振器的结构 管座电极石英片1）具有正压电效应）具有正压电效应 正压电效应是指在晶体片两个侧面正压电效应是指在晶体片两个侧面上施加压力时，晶体片就会产生机械变上施加压力时，晶体片就会产生机械变形，与此同时，在它的表面上还会产生形，与此同时，在它的表面上还会产生异性电荷。异性电荷。正压电效应是将机械能

13、转变为电能。正压电效应是将机械能转变为电能。反压电效应（电致伸缩）是指在晶体反压电效应（电致伸缩）是指在晶体片两个表面上施加电压片两个表面上施加电压E E，晶体会产生机，晶体会产生机械变形，如延伸。当电压的极性相反时，械变形，如延伸。当电压的极性相反时，晶体就会收缩。晶体就会收缩。反压电效应把电能转换成机械能。反压电效应把电能转换成机械能。2 2）具有）具有反压电效应反压电效应当外加电压频率等于晶体的固有频率当外加电压频率等于晶体的固有频率时，振动幅度最大，称为谐振。时，振动幅度最大，称为谐振。晶体是一种具有谐振性能的换能器，晶体是一种具有谐振性能的换能器，因此称为石英谐振器。因此称为石英谐振

14、器。4) 4) 具有各向异性具有各向异性 石英晶体的性能各个方向不同。石英晶体的性能各个方向不同。3) 3) 物理特性和化学特性及其稳定物理特性和化学特性及其稳定 石英晶体机械振动频率的稳定性非常石英晶体机械振动频率的稳定性非常好，受外界影响小。好，受外界影响小。5) 5) 具有多模性具有多模性 石英谐振器是一个频率极其丰富的谐石英谐振器是一个频率极其丰富的谐振系统。振系统。谐振频率不仅有基音，还有泛谐振频率不仅有基音，还有泛音。晶体振荡器都是利用晶体的基音或音。晶体振荡器都是利用晶体的基音或奇次泛音奇次泛音(3(3、5 5、7 7次泛音次泛音) )，而不用偶次而不用偶次泛音，因为只有基音和奇

15、次泛音才能有泛音，因为只有基音和奇次泛音才能有效的取出晶体表面上的电压。效的取出晶体表面上的电压。(a)(b)晶体C0Cq1rq1Lq1Cq3rq3Lq3图图10.30 10.30 石英晶体的等效电路和电抗特性石英晶体的等效电路和电抗特性(a)(a)晶体符号；晶体符号；(b)(b)某振动模式的电等效电路某振动模式的电等效电路2. 2. 石英谐振器的电特性石英谐振器的电特性(a)(a)(b)(b)频率丰富的谐振系统频率丰富的谐振系统支架电容支架电容无谐振时的无谐振时的固有电容固有电容模拟基音谐振模拟基音谐振模拟三次模拟三次泛音谐振泛音谐振图图10.18 10.18 某一频率等效电路某一频率等效电

16、路忽略忽略rq，等效电路两端电抗：，等效电路两端电抗：220202011()1111()1sqqepqqjLCj CjXj CjLCj C式中：式中： 1sqqL C晶体的串联谐振角频率。晶体的串联谐振角频率。 001pqqqC CLCC晶体的并联谐振角频率。晶体的并联谐振角频率。失谐支路，近似开路失谐支路，近似开路(c)(d )C0CqrqLq3Z(j)Xe0sp 图图10.30 (c)10.30 (c)某一频率等效电路；某一频率等效电路； (d)(d)电抗特性电抗特性感性感性容性容性容性容性qqsCL1 qqqpCCCCL 001 (c)(d )C0CqrqLq3Z(j)Xe0sp s发生

17、串联谐振，电抗为发生串联谐振，电抗为0 0，为纯电阻，为纯电阻，相移为相移为0 0。晶体用短路线代替。晶体用短路线代替。ps晶体表现为感性，可晶体表现为感性，可等效为一个电感等效为一个电感。)11(0 CCqssp 02CCqs 其值约为其值约为1010-3-3量级量级 (c)(d )C0CqrqLq3Z(j)Xe0sp 10.4.3 10.4.3 串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器把石英晶体用作串联型石英晶体振荡器把石英晶体用作选频选频短路线。短路线。晶体接在正反馈回路中，当振荡器的工作晶体接在正反馈回路中，当振荡器的工作频率频率g等于晶体的串联谐振频率等于晶体的串

18、联谐振频率s时，晶时，晶体谐振器的阻抗近似为零；正反馈最强。体谐振器的阻抗近似为零；正反馈最强。图图10.3110.31串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器T T1 1 T T2 2 R R1 1 R R2 2 R R3 3 R R4 4 R R5 5R R6 6 晶体晶体 +V+VCCCC C C u uo o 振荡器的工作频率为：振荡器的工作频率为：s10.4.4 10.4.4 并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器把石英晶体用作并联型石英晶体振荡器把石英晶体用作电感元件。电感元件。 振荡器的工作频率满足：振荡器的工作频率满足：ps(a)RLC1RERB2CBRB1LCECCCC2(b)RELqrqRLCqC0C1C2晶体Le图图10.32 10.32 并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器(a)(a)原理电路原理电路; (b); (b)交流通路交流通路ps(b)RELqrqRLCqC0C1C