未锁定机工PPT第四章正弦波振荡电路

*第4章正弦波振荡电路4.1振荡电路的组成4.2常用振荡器*第4章正弦波振荡电路

知识目标：1.掌握正弦波振荡器的功能及其组成框图2.理解自激振荡的条件3.能识读LC、RC振荡电路，并能理解其工作原理4.熟悉石英晶体振荡器的基本形式，并能理解其工作原理

技能目标：1.会使用示波器观察振荡波形2.会使用频率计测量振荡频率3.会安装与调试正弦波振荡电路4.1振荡电路的组成我们把即使不从外部加信号，信号也连续发生的现象称为振荡，也称为自激振荡。振荡现象在我们身边经常出现，例如当话筒和扬声器的位置距离较近或相对时，扬声器会发出啸叫声，产生这种现象的原因是当话筒与扬声器靠近时，来自扬声器的的声音信号传入了话筒，经过放大后又传给扬声器，扬声器再把放大了的信号传给话筒，如此往复，就形成了啸叫声，振荡是一种正反馈过程。本章所讨论的正弦波振荡电路是一种不需要加输入信号也能产生一定频率和一定幅度正弦信号的正反馈放大电路。振荡电路在电子技术领域有着广泛的应用，尤其是正弦波振荡电路，其输出波形是正弦波，可用作各种信号发生器、本机振荡、载波振荡器等。在生活中常见地含有振荡电路的设备如收音机、电视、通讯系统、计算机等如图4-1所示。如果没有振荡电路，大部分电子电路就无法正常工作。a)频谱分析仪b)超外差收音机c)电视机图4-1振荡电路应用4.1.1振荡电路的组成框图及类型

【正弦波振荡电路的组成框图】正弦波振荡电路由放大电路、反馈电路、选频电路、稳幅电路四部分组成，如图4-3所示。图4-3正弦波振荡电路的组成框图放大电路：通过放大电路，可以控制电源不断地向振荡系统提供能量，以维持等幅振荡，这是满足幅度平衡条件必不可少的。所以放大电路实质上是一个换能器，它起补偿能量损耗的作用。正反馈电路：它将放大电路输出量的一部分或全部返送到输入端，使电路产生自激，这是满足相位平衡条件必不可少的。实质上，它起能量控制作用。选频电路：它只对某个特定频率的信号产生谐振，只有这个特定的频率信号才能使电路满足自激振荡的条件，对于其他频率信号，由于不能满足自激振荡条件，从而受到抑制，其目的在于使电路产生单一频率的正弦波信号。

稳幅电路：它用于稳定振荡信号的振幅。它可以采用热敏元件或其他限幅电路，也可以利用放大电路自身元件的非线性来完成。【正弦波振荡电路的类型】表4-1给出了各种正弦波振荡电路的类型。表4-1正弦波振荡电路的类型4.1.2自激振荡的条件

能够产生自激振荡，必须满足一定条件。产生自激振荡的条件是，即反馈信号与输入信号大小相等，相位相同。（1）相位平衡条件反馈信号与所输入信号的相位同相，就是正反馈。式中表示放大电路的相移，

表示反馈电路的相移。（2）振幅平衡条件，反馈信号幅度与输入信号的幅度相同。式中A为放大电路开环增益；F为反馈电路的反馈系数。

振荡电路接通电源后，由于电路里会有频率范围很宽的噪声，比如晶体管和电阻内的热噪声，这一信号在选频电路的作用下选出频率为的信号被振荡电路放大，又经反馈电路送回到放大电路的输入端，形成一个循环往复循环下去，振荡就形成了。但是这种循环放大过程不可能使信号的振幅无限制地放大下去，因为受到晶体管非线性特征的限制，放大倍数逐渐减小，振幅达到某一数值后就不再增大，达到平衡状态，振荡电路进入稳幅振荡。4.2常用振荡器

正弦波振荡电路的输出波形为正弦波。下面根据产生正弦波的电路组成的不同，分别介绍RC振荡电路、LC振荡电路、石英晶体振荡电路。4.2.1RC桥式振荡器

【电路组成】桥式振荡器电路是用RC选频反馈网络和基本放大器组成。如图4-4所示，该电路是由同相放大器和具有选频作用的RC串并联正反馈网络（即选频网络）组成的。a)RC桥式振荡电路原理图b)RC桥式振荡电路连线图图4-4RC桥式振荡电路原理图及连线图【振荡条件】集成运放LM741组成同相放大电路，6引脚输出频率为的信号通过RC串并联网络反馈到放大器的输入端3引脚。因为RC选频网络的反馈系数,因此，只要使放大倍数，就能满足振幅平衡条件；由于同相放大器的输入信号与输出信号的相位差为0°，RC串并联选频网络的移相也为0°，所以信号的总相移满足相位平衡条件，属于正反馈。【振荡频率】RC桥式振荡器的振荡频率取决于RC选频网络的R1、R2、C1、C2参数。通常情况下，,振荡频率为：对于低频应用而言，可以使用RC振荡电路。4.2.2LC振荡器

LC正弦波振荡器电路采用LC并联回路作为选频网络，它主要用来产生高频正弦波信号，振荡频率通常在1MHZ以上。通常在高频信号发生器、各种高频设备中的本振中应用，如图4-5所示。a)高频信号发生器b)高频接收机c)

高频感应器图4-5LC振荡电路的应用LC振荡电路可分为变压器耦合式振荡电路和三点式振荡电路。【变压器耦合式振荡电路】（1）电路组成如图4-6所示电路是采用变压器耦合的正弦波振荡电路。电路中的VT为振荡管，RB1、RB2构成分压式偏置电路，RE是发射极直流负反馈电阻，它们提供了放大电路的静态偏置。T为振荡变压器，L1和C构成LC选频电路，振荡信号从VT管集电极输出。a)变压器耦合式振荡电路原理图b)变压器耦合式振荡电路连线图图4-6变压器耦合式振荡电路（2）工作原理接通电源后，电路中的扰动噪声信号经三极管VT组成的放大电路放大，然后由L1和C构成LC选频回路从众多的频率中选出谐振频率，并通过线圈L1、L2之间的互感耦合把信号反馈至三极管基极。（3）电路特点变压器耦合式振荡器功率增益高，容易起振。但由于共发射极电流放大系数随工作频率的增高而急剧降低，故其振荡幅度很容易受到振荡频率大小的影响，因此常用于固定频率的振荡器。【三点式振荡电路】1.电感三点式振荡电路如图4-7所示电路是电感三点式正弦波振荡电路。三极管的三个电极分别与LC回路中L的三个端点相连，所以叫电感三点式。a)电感三点式正弦波振荡电路原理图b)电感三点式正弦波振荡电路连线图图4-7电感三点式正弦波振荡电路（1）电路组成及原理振荡线圈被分成L1、L2两部分，L1、L2和C组成选频电路和反馈电路，其中L2为反馈线圈，实现正反馈，满足振荡的相位平衡条件。反馈电压从电感线圈的一段L2取出，使电路产生正反馈，反馈电压的大小可以通过改变线圈的抽头的位置来调整。（2）电路特点由于互感的存在使电路容易起振，频率调节范围宽（改变电容C），可产生几百千赫到几十兆赫兹的正弦信号，但输出波形较差。2.电容三点式振荡电路电路如图4-8所示电路是电容三点式振荡电路。三极管的三个电极与电容支路的三个点相接，所以叫电容三点式。a)电容三点式振荡电路原理图b)电容三点式振荡电路连线图图4-8电容三点式振荡电路（1）电路组成及原理电容C1、C2和L组成选频电路和反馈电路。反馈电压从C2上取出，使电路产生正反馈，通过调节C1、C2的比值就会得到足够的反馈电压，电路便可起振。（2）电路特点电容三点式振荡电路的特点是，C1、C2较小时，振荡频率较高，一般可达到100M赫兹以上，不但起振稳定，而且输出波形好。4.2.3石英晶体振荡器

在工程应用中，如实验用的低频及高频信号产生电路中，往往要求正弦波振荡电路的振荡频率有一定的稳定性。如果需要稳定性较高的振荡电路，可以使用晶体振荡电路。晶体的特点是当其有外加压力时可以将机械能转化为电能，或者是当其有外加电压时可以将电能转化成机械能；当给晶体加一个交流电压时，晶体会产生收缩，形成机械振荡，并与交流信号相同；这种现象称为石英晶体的压电效应。根据晶体的构造，它有一个固有的振荡频率，如果外加交流信号与晶体的固有频率相匹配，晶体的振动就会加剧。如果外加交流信号的频率与晶体的固有频率相差较大，产生的振荡就会很小。晶体的机械振动频率是一个常数，这一点对振荡电路来说是非常理想的。晶体材料一般固定在两个金属电极之间，当晶体发生弹性形变时，这两个电极依然需要与晶体保持良好的接触，晶体一般放在金属壳中。在电路中，用符号Y来表示。石英晶体的外形结构及实物图如图4-10所示。a)石英晶体的外形结构图b)石英晶体实物图图4-10石英晶体的外形结构图及其实物图a)石英晶体等效电路b)石英晶体电路符号图4-11石英晶体等效电路、电抗-频率特性及电路符号图

如图4-11b)所示为石英晶体的符号，如图4-11a)所示为等效电路。

目前石英晶体振荡器已广泛应用于石英钟、频率计、彩色电视机、手持移动电话、计算机等各类电子设备中，如图4-12所示。图4-12石英晶体振荡电路的应用a)并联型石英晶体振荡电路b)串联型石英晶体振荡图4-13石英晶体振荡电路技能训练：制作LC正弦波振荡电路并用示波器和频率计测量相关电量参数和波形

【训练目标】1.掌握LC正弦波振荡电路电路原理。2.会用示波器和频率计测量相关电量参数和波形。【训练材料】元件清单，见教材。【训练内容及步骤】1.电路原理如图4-16所示。

图4-16LC正弦波振荡电路2．电路作用：将直流能量转换为具有一定波形参数的交流振荡信号。3．电路元器件的检测： （1）色环电阻器：识读其标称阻值，并用万用表测量其实际阻值（2）电解电容：识别其类型与引脚的排列，并用万用表检测其质量的好坏（3）三极管：识别其引脚，并用万用表检测其质量的好坏（4）变压器：检测其质量的好坏4．电路的制作： （1）按电路原理图绘制布局草图，进行搭接，连线图如图4-17所示。图4-17LC正弦波振荡电路连线图（2）按工艺要求对元件引脚进行成型加工。元器件的引线不要齐根弯折，应该留有一定的距离，不少于2mm，以免损坏元件。（3）按布局插装、排列元件。（4）按焊接工艺要求对元器件进行焊接。（5）焊接各项端子。（6）调试已制作好的电路主板，达到指标要求。5．电路的调试：（1）检查电路接线无误后，接通6V电源。调节RP，使放大管V的集电极电流为1mA。（2）判断电路是否起振，将万用表置于2.5V直流电压挡，测放大管V的基极与发射极之间的电压VBE。如果VBE出现反偏或浅正