模拟电子技术基础与技能第4章--正弦波振荡器课件

1、1第4章 正弦波振荡器学习目标 知识目标：了解正弦波振荡电路的基本概念。理解自激振荡的条件。能识读LC振荡器、RC桥式振荡器、石英晶体振荡器的电路图。了解振荡电路的工作原理，能估算振荡频率。 技能目标：能使用示波器观察振荡波形。能使用频率计测量振荡频率。会组装与调试制作五挡定时控制器。24.1 正弦波振荡电路的基本概念话题引入 随着人们生活水平的日益提高，KTV等娱乐行业近几年得到了飞速的发展，为朋友、同事聚会提供了良好的休闲场所，但在我们唱歌过程中，有时会出现“啸叫”声扰乱我们的兴致，事实上，话筒声反馈造成的自激啸叫是生活中常见现象（产生自激反馈啸叫的原因主要是话筒距扬声器太近、话筒正向对着

2、扬声器或话筒音量调节过大）。实质上，话筒声反馈造成的自激啸叫属于典型的振荡电路。 在工程技术中，振荡电路在电子技术领域有着广泛的应用，可用作各种信号发生器、本机振荡、载波振荡器等。在生活中常见的含有振荡电路的设备如收音机、电视机、通信系统、计算机等，如图4-1所示。如果没有振荡电路，大部分电子设备都无法正常工作。a）通信系统 b）多波段收音机 c）频谱分析仪图4-1 振荡电路应用34.1.1 振荡电路的组成框图及类型振荡：放大电路的输入端不从外部加入信号，也能在输出端产生一定幅度和频率的交流输出电压信号的现象称为振荡，也称为自激振荡。【振荡电路组成框图】基本放大电路：放大信号；将直流能转换为交

3、流能。正 反 馈 网络：满足振荡电路的相位平衡条件。选 频 电 路：实现单一频率信号的振荡。稳 幅 电 路：稳定振荡电路信号的输出幅度，改善波形，减小失真。4【振荡电路的类型】 （1）按输出信号波形分类 正弦波振荡电路：正弦交流信号， 1Hz到几百兆赫兹； 正弦波振荡电路：方波、三角波和锯齿波等振荡电路。（2）按选频电路构成元件分类 RC振荡电路： R、C元件组成，产生低频信号； LC振荡电路： L、C元件组成，高频信号； 石英晶体振荡器：石英晶体构成，频率稳定度高；54.1.2 自激振荡的条件（1）相位平衡条件：反馈信号与放大器输入信号同相位，即为正反馈。 式中，（2）振幅平衡条件：反馈信号

4、幅度与输入信号的幅度相同，即 式中，A为放大电路开环放大倍数；F为反馈电路的反馈系数。（3）起振过程（振幅起振条件： 1）6 4.2 常用正弦波振荡电路 话题引入 提起石英钟大家都很熟悉，它是给我们指明时间的一种计时器具，我们每天都用得着它。在日常生活中，时钟准确到1s就已经足够了。但在许多科学研究或工程技术的领域中对时钟的要求就要高得多。石英钟正是根据这种需要而产生的，它的主要部件是一个很稳定的石英振荡器。将石英振荡器所产生的正弦波振荡频率取出来，使它带动时钟指示时间，这就是石英钟。目前，最好的石英钟每天的计时能准确到十万分之一秒，也就是经过差不多270年才差1s。电子石英钟与机械钟等相比，

5、最突出的优点是走时精度高，使用简便。它的性能价格比明显高于其他各类机械钟，因而受到消费者的欢迎。石英钟是正弦波振荡电路典型应用之一，其常见外形如图4-4所示。 图4-4 石英钟常见外形 在工程技术中，常用正弦波振荡电路有RC桥式振荡电路、LC振荡电路和石英晶体振荡器。初学者学习该课程时，应将各类振荡电路基本结构及振荡频率估算作为首要研究对象。74.2.1 RC桥式正弦波振荡电路【电路结构】注意：由RC串并联选频网络和放大器构成，其中放大器选用LM741集成运放。 【振荡条件】 （1）相位平衡条件：正反馈8（2）振幅平衡条件：Auf=3 【振荡频率】当R1=R2=R，C1=C2=C时，振荡频率为

6、（1）频率调节：利用同轴电位器调节R1、R2阻值实现频率微调；利用同轴波段开关改变C1、C2容量实现频率步进调节（粗调）。（2）稳幅：利用热敏电阻器Rt实现该功能，故Rt为电阻关键元件。（3）特点：输出电压稳定，波形失真小，频率调节方便（4）应用领域：低频应用领域，如低频信号发生器等。9知识链接 热敏电阻器简介热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。 在工程技术中，热敏电阻器存在如下主要缺点，使用时必须注意。（1）阻值与温度的关系非线性严重；（2）元件的一致性差，互换性差；（3）元件易老化，稳定性较差；（4）除特殊高温热敏

7、电阻外，绝大多数热敏电阻仅适合0150范围，使用时必须注意。104.2.2 LC正弦波振荡电路【变压器反馈式振荡电路】 注意：由放大电路、LC选频网络和变压器反馈电路三部分组成。（1）振荡频率 （2）电路特点：电路结构简单，容易起振，改变电容大小可方便地调节振荡频率。11【电感三点式振荡电路】 （1）振荡频率 式中，M为线圈L1与L2的互感，它是表示两个电感互相耦合程度的物理量。 （2）电路特点：容易起振，振荡幅度和调频范围大，但输出波形较差。12【电容三点式振荡电路】 （1）振荡频率 式中，C为谐振回路的总电容，因为C1和C2并联，所以C=（C1C2/C1+C2）。（2）电路特点：振荡频率较

8、高，一般可达到100MHz以上、输出波形好。缺点：调节频率不方便。13性能比较：144.2.3 石英晶体振荡器【石英晶体简介】 （1）石英晶体的压电效应 压电效应：是指当石英晶体的两个电极间加有电压时，晶片内会产生相应的机械变形；反之，当晶片受到机械压力使其发生形变时，石英晶体的两个电极间也会出现相应的电场。 压电谐振 ：当外加交变电场的频率为某一特定频率时，机械振荡和交变电场的强度最大，而在其他频率时则很小，这种现象称为石英晶体的压电谐振。晶体谐振时所对应的特定频率称为晶体谐振频率。 15（2）石英晶体的等效电路a）电气符号 b）等效电路 c）电抗频率特性曲线图4-13 石英晶体的等效电路从

9、图4-11b所示的等效电路可得到它的电抗与频率之间的关系曲线，称为石英晶体的电抗频率特性曲线，如图4-11c所示。 16【石英晶体振荡电路】 a）并联型石英晶体振荡电路 b）串联型石英晶体振荡电路图4-15 石英晶体振荡电路电路特点：振荡频率的大小取决于晶片的形状、几何尺寸和切割方式，很少受温度、电路参数等因素的影响，所以其振荡频率十分稳定。17技能训练 制作五挡定时控制器【训练目标】1了解五挡定时控制器的工作原理和基本功能；2认识电路元器件，了解电路元件的数值、参数；3能正确组装、调试五挡定时控制器。【训练材料】18【相关原理介绍】19电路通电后，按一下开/关按钮SB1，电路工作于1min定

10、时模式，1min定时指示灯即芯片8脚外接发光二极管LED8点亮，同时Q端输出低电平，使双向晶闸管受触发导通（双向晶闸管基本知识详见本教材第6章），插座X对外送电，同时用电指示灯LED7发光，表示插在X里的被控电器已通电工作。如果此时不按定时设定按钮SB2，定时1min后，被控电器将自动关机，同时，LED2与LED7熄灭。SB2为定时设定按钮，如被控电器有输出时，按一次SB2，则LED2熄灭，LED3点亮，表示电路工作于3min定时模式；若再按一次SB2，则LED3熄灭，LED4点亮，表示电路工作于5min定时模式依次类推，再按2次SB2，则LED6点亮，表示电路工作于15min定时模式，如果再

11、按一次SB2，则进入下一循环，LED2点亮，电路重新工作于1min定时模式。需要说明的是，每改变一次定时模式，都是从0开始计时，到约定时间后，电路自动关机。在电路工作时，如果按一次SB1，则结束定时，立即关机，此时只有LED1电源指示灯常亮，其他所有发光二极管均熄灭。20【实训方法与步骤】1观察VD1、VD2、VS、LED1LED7和集成电路IC外部形状，并区分管脚；2用万用表检测元器件质量好坏，并进行整形和搪锡处理；3按照图4-18所示五挡定时控制器原理图，在印刷电路板（或万能板）上正确连接电路。4调试与检测电路（1）通电前检查：对照原理图检查电路的连接是否正确，特别要注意二极管、集成电路的

12、连接极性。（2）通电检测：在1min、3min、5min、10min与15min五挡定时控制情况下检测HL9690第8脚第13脚各脚电压，记录在表4-4中。特别关注第8脚第12脚电位值的变化，并说明其变化规律。21本章小结1振荡电路是一种在没有外加交流输入信号的情况下，把直流电源提供的电能转变为交流电能输出的电子电路。2振荡电路由一个基本放大电路与一个正反馈网络组成，为了使振荡电流能够输出单一频率的正弦波信号，振荡电路还必须设有选频网络。3正弦波振荡电路产生振荡的条件是式中，AF1是振荡电路的幅度条件；是振荡电路的相位条件。4判断电路能否振荡的方法是：（1）检查电路是否满足振荡电路的基本组成部分；（2）检查放大电路的工作点是否合适；（3）检查电路是否满足产生振荡的条件，一般情况，幅度平衡条件容易满足，重点检查是否满足相位平衡条件，即用瞬时极性法判断电路的反馈是否为正反馈。5RC桥式正弦波振荡电路的振荡频率为 6LC正弦波振荡