第9章新正弦波振荡器

1、模 拟 电 子 技 术第第9 9章章 正弦波振荡器正弦波振荡器9.1正弦波产生电路的振荡条件和一般问题正弦波产生电路的振荡条件和一般问题9.2RC正弦波振荡器正弦波振荡器9.3LC正弦波振荡器正弦波振荡器9.4晶体振荡器晶体振荡器模 拟 电 子 技 术9.1正弦波产生电路的振荡正弦波产生电路的振荡条件和一般问题条件和一般问题正弦波产生电路的振荡条件正弦波产生电路的振荡条件正弦波产生电路的一般问题正弦波产生电路的一般问题模 拟 电 子 技 术信号产生电路信号产生电路( (振荡器振荡器Oscillators) )分类：分类：正弦波产生电路正弦波产生电路:非正弦波产生电路：非正弦波产生电路：方波、方

2、波、 三角波、三角波、 锯齿波等锯齿波等主要性主要性能要求：能要求：输出信号的输出信号的幅度准确稳定幅度准确稳定输出信号的输出信号的频率准确稳定频率准确稳定正弦波正弦波应用：应用： 用于电子仪器、通信、自动控制等用于电子仪器、通信、自动控制等模 拟 电 子 技 术正弦波产生电路的振荡条件正弦波产生电路的振荡条件Aidxoxix1.方框图方框图0ix00 xfidxx2.产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件ofFxx AxxoidAxFxoo1AFfxF模 拟 电 子 技 术1AF1 1）振幅平衡条件振幅平衡条件2 FAAFn n = 0, 1, 2, 2 2）相位平衡条件（相位平衡条件（正反馈

3、正反馈）（1）平衡条件）平衡条件1AF模 拟 电 子 技 术 2AFn uf 起振起振稳幅稳幅1AF （2）起振条件）起振条件Aidxox微弱的电扰动中，某一频微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。大，则产生正弦振荡。fxF模 拟 电 子 技 术1. 放大电路放大电路 A2. 正反馈网络正反馈网络 F3. 选频率网络选频率网络实现单一频率的振荡实现单一频率的振荡4. 稳幅环节稳幅环节使振荡稳定、波形好使振荡稳定、波形好满足振荡条件满足振荡条件 1. 1.正弦波产生电路的组成正弦波产生电路的组成: :正弦波产生电路的一般问题正弦波产生电路的一般问题

4、 2. 2.振荡电路的两种结构：振荡电路的两种结构：模 拟 电 子 技 术放大器放大器选频正选频正反馈网络反馈网络UoUfUi选频选频放大器放大器正反馈正反馈网络网络UoUfUi3.3.正弦波产生电路的分类正弦波产生电路的分类: :RC 振荡器振荡器( (用于低频用于低频) )LC 振荡器振荡器( (用于高频用于高频) )石英晶体振荡器石英晶体振荡器( (频率稳定度高频率稳定度高) )按选频网络分按选频网络分模 拟 电 子 技 术1） 检查电路组成检查电路组成2） 是否满足相位条件是否满足相位条件4.4.正弦波产生电路的分析方法正弦波产生电路的分析方法: :3） 是否满足幅值条件是否满足幅值条

5、件4） 是否满足起振到稳幅是否满足起振到稳幅5） 计算频率计算频率模 拟 电 子 技 术RC串并联选频网络串并联选频网络RC桥式振荡器桥式振荡器9.2RC正弦波振荡器正弦波振荡器模 拟 电 子 技 术RC串并联选频网络串并联选频网络1. 电路组成电路组成模 拟 电 子 技 术ZZZUUFu21212.CjRZ11RCjRZ12其中其中2. 电路分析电路分析模 拟 电 子 技 术)j1/(j1Cj1/12CRCRRUUFu)1( j31RCRC )-(3100j模 拟 电 子 技 术 0 Fu .31 0 f90 90 3/arctan00F 200)/(91 uF式中式中: 0 = 1/RC当

6、当 = 0 时时 Fu = 1/3. = 00031jFu模 拟 电 子 技 术1. . 电路电路组成：组成：RC桥式振荡器桥式振荡器模 拟 电 子 技 术2. . 电路分析：电路分析：（1 1）看组成）看组成 （2 2）看放大）看放大（3 3）看是否满足相位条件）看是否满足相位条件（4 4）看是否满足幅值条件）看是否满足幅值条件iUfUCRf8R1RoUCR（5 5）计算振荡频率）计算振荡频率模 拟 电 子 技 术4. .振荡器的起振与稳幅振荡器的起振与稳幅8CR1RfRoUCRfU模 拟 电 子 技 术5. 稳幅措施稳幅措施热敏电阻稳幅热敏电阻稳幅8CR1RfRiUoUCRfU起振时，应使

7、起振时，应使 Au 3，稳幅后，稳幅后 Au = 3。 负温度系数负温度系数 )/1(1fuffRRART模 拟 电 子 技 术二极管稳幅二极管稳幅12.4 k R2 8.1 k 起振时信号小，起振时信号小，二极管电阻大二极管电阻大Au 1 + (R2+ R3)/R1 3R2 2R1 R3起振后二极管电阻逐渐减小，起振后二极管电阻逐渐减小，Au 1 + R2/R1 = 3R2 =2R1f0 = 1.94 kHzRCf 2108R1R2oUV1V2R38.2 k 6.2 k 22 k 4.3 k 0.01 F8.2 k 0.01 F模 拟 电 子 技 术掌握掌握RC正弦波振荡器的分析方法正弦波振

8、荡器的分析方法iUfU正反馈放大器正反馈放大器选频网络选频网络模 拟 电 子 技 术9.3LC正弦波振荡器正弦波振荡器LCLC谐振回路的选频特性谐振回路的选频特性 变压器耦合变压器耦合LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器 三点式三点式LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器模 拟 电 子 技 术类型：类型：变压器反馈式变压器反馈式 、 电感三点式、电感三点式、 电容三点式电容三点式LCLC谐振回路的选频特性谐振回路的选频特性串联谐振回路串联谐振回路（主要）并联谐振回路（主要）并联谐振回路LC谐振回路谐振回路 LC并联谐振回路并联谐振回路模 拟 电 子 技 术（2）分析）分析LrCIs.L 的等的等效损耗效

9、损耗电阻电阻Z)1( j1/CrrLrCL )j(j1)j(j1LrCLrCZ 谐振频率谐振频率 f0 1 0，LC LCf210 （1）电路）电路模 拟 电 子 技 术 变压器耦合变压器耦合LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器根据放大电路的组态（共根据放大电路的组态（共e e、共、共b b）和谐振回）和谐振回路的接法分为：路的接法分为：发射极调谐发射极调谐、基极调谐基极调谐和和集集电极调谐电极调谐三种电路三种电路1 1、共射集电极调谐型变压器耦合、共射集电极调谐型变压器耦合LCLC振荡器振荡器主要分析振荡电路能否振荡，计算振荡频率主要分析振荡电路能否振荡，计算振荡频率模 拟 电 子 技 术L L

10、C C+VCCVRERB1RB2C CE EC CB Bo180A180 F o360AF满足相位平衡条件满足相位平衡条件LCf 210模 拟 电 子 技 术2 2、共基发射极调谐型变压器耦合、共基发射极调谐型变压器耦合LCLC振荡器振荡器UiUf0A0F0 AF 满足相位平衡条件满足相位平衡条件LCf 210模 拟 电 子 技 术共发射基极调谐型变压器耦合共发射基极调谐型变压器耦合LCLC振荡器振荡器UiUfo180A180Fo360AF满足相位平衡条件满足相位平衡条件LCf 21032LLL3 3、模 拟 电 子 技 术4 4、应用、应用频率更高时，由于互感线圈的分布电容的存频率更高时，由

11、于互感线圈的分布电容的存在，限制了其频率的提高在，限制了其频率的提高共基极放大电路的截止频率共基极放大电路的截止频率 大于共发射大于共发射极放大电路的截止频率极放大电路的截止频率 ，所以共基极，所以共基极LCLC振荡电路的产生的正弦波频率比较高且稳定，振荡电路的产生的正弦波频率比较高且稳定，适用于中、短波适用于中、短波ff模 拟 电 子 技 术1、什么叫三点式、什么叫三点式LC正弦波振荡器正弦波振荡器 三点式三点式LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器把并联把并联LC回路中的回路中的C或或L分成两个，则分成两个，则LC回路就回路就有三个端点。把这三个端点分别与有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三

12、个三极管的三个极极或者与或者与场效应管的三个电极场效应管的三个电极或者与或者与集成运放集成运放的的同相输入端、反相输入端、输出端同相输入端、反相输入端、输出端相连就形成了相连就形成了LC三点式正弦波发生电路。三点式正弦波发生电路。模 拟 电 子 技 术结论结论：在：在LC三点式正弦波发生电路中，为了三点式正弦波发生电路中，为了 满足产生振荡的相位平衡条件，同性满足产生振荡的相位平衡条件，同性 质电抗的中间点必须接集成运放的同质电抗的中间点必须接集成运放的同 相输入端相输入端。模 拟 电 子 技 术C C+VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL L1 1L L2 2C C1 1M12

13、3oUiUfU3、 电感三点式电感三点式 振荡电路振荡电路哈特莱振荡器哈特莱振荡器 ( (Hartly）模 拟 电 子 技 术 )2(2121210CMLLLCf 优点：优点：缺点：缺点：易起振易起振( (L 间耦合紧间耦合紧) )；易调节易调节( (C 可调可调) )。输出取自电感，对输出取自电感，对高次谐波阻抗大高次谐波阻抗大，输出波形差。输出波形差。模 拟 电 子 技 术LCCCCLCf212102121 +VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL LC C1 1C C2 2123oUiUfU4、 电容三点式电容三点式 振荡电路振荡电路考毕兹振荡器考毕兹振荡器 ( (Colpi

14、tts) )模 拟 电 子 技 术优点：波形较好优点：波形较好缺点：缺点：2) ) V 极间电容影响极间电容影响 f01) ) 调频时易停振调频时易停振模 拟 电 子 技 术3211111CCCC 212130LCLCf 电容三点电容三点式的改进式的改进+VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL LC C1 1C C2 2123L LC3模 拟 电 子 技 术1） 看组成看组成2） 看放大看放大3） 看反馈看反馈五步分析法五步分析法: :4） 看幅度看幅度5） 求频率求频率（找到环、断回路、加输入、（找到环、断回路、加输入、看反馈）看反馈）模 拟 电 子 技 术例例1模 拟 电 子

15、技 术例例2模 拟 电 子 技 术1） 并联谐振回路的有关知识并联谐振回路的有关知识2） 变压器耦合变压器耦合LC正弦波振荡器的电路正弦波振荡器的电路分析（会判断能否振荡、会计算频率）分析（会判断能否振荡、会计算频率）3） 三点式振荡器的构成原则、判断方法，三点式振荡器的构成原则、判断方法，点感、电容三点式的特点和应用场合点感、电容三点式的特点和应用场合4）LC振荡电路一般都用晶体管振荡电路一般都用晶体管模 拟 电 子 技 术9.4晶体振荡器晶体振荡器石英晶体的基本知识石英晶体的基本知识 晶体振荡器晶体振荡器模 拟 电 子 技 术1、结构和符号、结构和符号化学成分化学成分 SiO2结构结构晶片

16、晶片涂银层涂银层焊点焊点符号符号石英晶体的基本知识石英晶体的基本知识模 拟 电 子 技 术2、 压电效应压电效应形变形变形变形变机械振动机械振动压电谐振压电谐振外加交变外加交变电压的频率等电压的频率等于晶体固有频于晶体固有频率时，机械振率时，机械振动幅度急剧加动幅度急剧加大的现象。大的现象。模 拟 电 子 技 术3、 等效电路等效电路rqC0CqLqLq 晶体的动态电感晶体的动态电感 ( (10 3 102 H) )( (大大) )Cq 晶体的动态电容晶体的动态电容 ( ( 0.1 pF) )( (小小) )rq 等效摩擦损耗电阻等效摩擦损耗电阻( (小小) ) 1qqqCLrQ Co 晶片静

17、态电容晶片静态电容 ( (几几 几十几十 pF) )模 拟 电 子 技 术 1qqqCLrQ 4、频率特性和谐振频率、频率特性和谐振频率fXfPfS容性容性感性 21 qqSCLf 1 0202CCLCCCLXqqqqq 1 0qSCCf 10202CCLCCCLXqqqqq模 拟 电 子 技 术5） 使用注意使用注意2) )要有合适的激励电平。过大会影响要有合适的激励电平。过大会影响 频率稳定度、振坏晶片；过小会使频率稳定度、振坏晶片；过小会使 噪声影响大，还能停振。噪声影响大，还能停振。1) )要要接接一定的负载电容一定的负载电容 CL( (微调微调) )， 以以达标称频率达标称频率fN。

18、此时石英晶体相当于电感；。此时石英晶体相当于电感；或者不接，串联谐振，相当于电阻或者不接，串联谐振，相当于电阻模 拟 电 子 技 术1、 构成晶体振荡器的构成晶体振荡器的原则原则 1 1）并联型晶体振荡器）并联型晶体振荡器 把晶体当作电感代替三点式电路把晶体当作电感代替三点式电路 中其中一个电感中其中一个电感 晶体振荡器晶体振荡器 2 2）串联型晶体振荡器）串联型晶体振荡器晶体串联谐振，相当于电阻，构成正反馈晶体串联谐振，相当于电阻，构成正反馈模 拟 电 子 技 术1） 并联型并联型fs f fp，晶体，晶体呈感性呈感性2、 构成晶体振荡器的具体电路构成晶体振荡器的具体电路模 拟 电 子 技

19、术+VCCVRERB1RB2C CE EC C3 3C C1 1C C2 2RC模 拟 电 子 技 术+VCCVRERB1RB2C CB BL LC C2） 串联型串联型 f = fs，晶体，晶体呈纯阻呈纯阻模 拟 电 子 技 术+VCCV1RERB1RB2C CRCRRE2V2模 拟 电 子 技 术小小 结结第第 9 章章模 拟 电 子 技 术一、信号产生电路的分类：一、信号产生电路的分类：正弦波振荡正弦波振荡:RC 振荡器振荡器 ( (低频低频) )LC 振荡器振荡器 ( (高频高频) )石英晶体振荡器石英晶体振荡器( (振荡频率精确振荡频率精确) )模 拟 电 子 技 术二、二、正弦波振

20、荡正弦波振荡条件、电路结构和选频电路条件、电路结构和选频电路1. 振荡条件振荡条件 振幅平衡条件振幅平衡条件2 FAAFn 相位平衡条件相位平衡条件n = 0, 1, 2, 1 uuFA判断电路是否起振采用判断电路是否起振采用瞬时极性法，瞬时极性法，即断开反馈即断开反馈网络，加一信号，如果信号极性逐级变化后，网络，加一信号，如果信号极性逐级变化后，返回后与原信号同极性，则满足相位平衡条件。返回后与原信号同极性，则满足相位平衡条件。模 拟 电 子 技 术2. 振荡电路的两种结构振荡电路的两种结构放大器放大器选频正选频正反馈网络反馈网络UoUfUi选频选频放大器放大器正反馈正反馈网络网络UoUfUi3. 选频电路及其特性选频电路及其特性模 拟 电 子 技 术1) ) RC 串并联式串并联式幅幅频频特特性性 0 Fu .31相相频频特特性性 0 f90 90当当 = 0 = 1/RC 时时 Fu = 1/3. = 0电电路路模 拟 电 子 技 术2) ) LC并联谐振回路并联谐振回路L Lu uC Cr r + +i ii iL Li iC C阻抗幅频特性阻抗幅频特性电路电路 0Z Z 0 阻抗相频特