振荡器的基本原理演示文稿

振荡器的基本原理演示文稿当前1页，总共76页。一.产生自激振荡的条件fidXXX-=改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。8.1正弦波振荡器的基本原理+Xi–f基本放大器A反馈网络FX+doXX当前2页，总共76页。如果：,ifXX=则去掉,iX仍有信号输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。Xi+f基本放大器A反馈网络FX+doXXXdof基本放大器A反馈网络FXX当前3页，总共76页。FA=1Xd=Xf所以，自激振荡条件也可以写成：自激振荡的条件：1、振幅条件：2、相位条件：pjjnFA2=+n是整数因为：..Xdof基本放大器A反馈网络FXX当前4页，总共76页。二.起振条件和稳幅原理起振条件：结果：产生增幅振荡（略大于）1、被动稳幅：器件非线性2、主动稳幅：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益。稳幅过程：起振时，稳定振荡时，稳幅措施：起振过程Xdof基本放大器A反馈网络FXX当前5页，总共76页。1.放大电路——实现能量控制。2.正反馈网络——满足起振条件。3.选频网络——只有一个频率满足振荡条件，从而获得单一频率的正弦波输出。常用的选频网络有RC选频和LC选频4.稳幅环节——使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小。三.正弦波振荡器的一般组成当前6页，总共76页。8.2RC正弦波振荡电路一.RC

串并联网络的选频特性R1C1

串联阻抗：R2C2

并联阻抗：选频特性：当前7页，总共76页。1.定性分析（1）当信号的频率很低时。>>R1>>R2其低频等效电路为：其频率特性为：当ω=0时，uf=0，│F│=0=+90°当ω↑时，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF90°当前8页，总共76页。（2）当信号的频率很高时。＜＜R1＜＜R2其高频等效电路为：其频率特性为：当ω=∞时，uf=0，│F│=0=-90°当ω↓时，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF-90°当前9页，总共76页。ω0=？│F│max=？由以上分析知：一定有一个频率ω0存在，当ω=ω0时，│F│最大，且=0°0|F|0φF90°0|F|0φF-90°频率很低频率很高当前10页，总共76页。2.定量分析R1C1

串联阻抗：R2C2

并联阻抗：当前11页，总共76页。通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，则有：式中：可见：当时，│F│最大，且=0°

│F│max=1/3当前12页，总共76页。RC串并联网络完整的频率特性曲线：当时，│F│=│F│max=1/3φF+90°|F|当前13页，总共76页。二.RC桥式振荡器的工作原理在f0处满足相位条件：因为：AF=131=F11f+=RRA1f2RR=只需：A=3输出正弦波频率：振幅条件：引入负反馈：选：当前14页，总共76页。RC桥式正弦波振荡电路反馈网络构成桥路EWB仿真当前15页，总共76页。例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才能起振？振荡频率f0=？AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k=1592Hz起振条件：当前16页，总共76页。能自动稳幅的振荡电路半导体热敏电阻(负温度系数）起振时Rt较大使A>3,易起振当uo幅度自激增长时，Rt减小，A减小。当uo幅度达某一值时，A→3

当uo进一步增大时，RT再减小,使A<3。因此uo幅度自动稳定于某一幅值。当前17页，总共76页。能自动稳幅的振荡电路

起振时D1、D2不导通，Rf1+Rf2略大于2R1。随着uo的增加，D1、D2逐渐导通，Rf2被短接，A自动下降，起到稳幅作用。

将Rf分为Rf1

和Rf2，

Rf2并联二极管当前18页，总共76页。K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。振荡频率的调节：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振荡频率：当前19页，总共76页。一、LC并联谐振回路的选频特性(阻性)LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。R为电感和回路中的损耗电阻8.3LC正弦波振荡器当时，产生并联谐振。谐振时，电路呈阻性：当前20页，总共76页。

Q为谐振回路的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。谐振时LC并联谐振电路相当一个大电阻。LC并联谐振回路的幅频特性曲线|Z|Q小Q大当前21页，总共76页。互感线圈的极性判别1234初级线圈次级线圈同名端1234+–+–在LC振荡器中，反馈信号通过互感线圈引出同名端：当前22页，总共76页。二.变压器反馈式LC振荡电路

工作原理：三极管共射放大器:利用互感线圈的同名端：

满足相位条件。振荡频率:当前23页，总共76页。判断是否是满足相位条件——相位平衡法：

断开反馈到放大器的输入端点，假设在输入端加入一正极性的信号，用瞬时极性法判定反馈信号的极性。若反馈信号与输入信号同相，则满足相位条件；否则不满足。(+)(-)(+)当前24页，总共76页。(+)(+)(+)(+)LC正弦波振荡器举例满足相位平衡条件当前25页，总共76页。（+）（+）（–）（+）

LC正弦波振荡器举例振荡频率:（–）满足相位平衡条件当前26页，总共76页。(a)(b)(c)例有以下三个变压器反馈式的电路，试分析能否满足相位平衡条件？都能满足相位平衡条件当前27页，总共76页。仍然由LC并联谐振电路构成选频网络三.三点式LC振荡电路原理：uf与uo反相uf与uo同相电感三点式：电容三点式：uf与uo反相uf与uo同相当前28页，总共76页。uf与uo反相uf与uo同相电感三点式：电容三点式：uf与uo反相uf与uo同相中间点交流接地，则首尾端相位相反首端或尾端交流接，则余下不接地两点相位相同当前29页，总共76页。

1.电感三点式LC振荡电路振荡频率：满足相位平衡条件满足相位平衡条件当前30页，总共76页。2.电容三点式LC振荡电路振荡频率：当前31页，总共76页。例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。满足相位平衡条件当前32页，总共76页。Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。8.4石英晶体振荡电路

频率稳定问题频率稳定度一般由来衡量——频率偏移量。——振荡频率。LC振荡电路Q——数百石英晶体振荡电路Q——10000500000当前33页，总共76页。一.

石英晶体2.基本特性1.结构：极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场压电效应：交变电压机械振动交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。当交变电压频率=固有频率时，振幅最大符号压电谐振当前34页，总共76页。3.石英晶体的等效电路与频率特性等效电路：静电电容（平行板电容）约几~几十皮法模拟晶体机械振动惯性10-3~10-2H晶体弹性电容10-4~10-1pF模拟机械振动摩擦损耗，很小又因加工精度很高，所以能获得很高的频率稳定度。因L大，C、R小，则当前35页，总共76页。等效电路：（1）串联谐振频率特性：

晶体等效纯阻且阻值≈0（2）并联谐振通常所以X感性0容性容性当前36页，总共76页。二.石英晶体振荡电路利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路。1.并联型石英晶体振荡器

石英晶体工作在fs与fp之间，相当一个大电感，与C1、C2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所以电路可以获得很高的振荡频率稳定性。X感性0容性容性当前37页，总共76页。2.串联型石英晶体振荡器

石英晶体工作在fs处，呈电阻性，而且阻抗最小，正反馈最强，相移为零,满足振荡的相位平衡条件。对于fs以外的频率，石英晶体阻抗增大,且相移不为零，不满足振荡条件，电路不振荡。

X感性0容性容性当前38页，总共76页。思考：下图的振荡电路能否产生振荡，若产生振荡,石英晶体处于何种状态？当前39页，总共76页。8.5电压比较器

将一个模拟电压信号与一参考电压相比较，输出一定的高低电平。功能：构成：运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。uoui0+UOM-UOM当前40页，总共76页。1.运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。运放工作在非线性状态基本分析方法2.运放工作在非线性状态的分析方法：若U+＞U-

则UO=+UOM；若U+＜U-

则UO=-UOM。虚断（运放输入端电流=0）注意：此时不能用虚短！uoui0+UOM-UOM当前41页，总共76页。uoui0+UOM-UOM1.过零比较器:（门限电平=0）uoui0+UOM-UOM一.单门限电压比较器当前42页，总共76页。tuituo+Uom-Uom例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。当前43页，总共76页。2.单门限比较器（与参考电压比较）uoui0+Uom-UomUREFUREF为参考电压当ui>UREF时,uo=+Uom当ui<UREF时,uo=-Uom

运放处于开环状态当前44页，总共76页。uoui0+Uom-UomUREF当ui<UREF时,uo=+Uom当ui>UREF时,uo=-Uom

若ui从反相端输入+-当前45页，总共76页。uoui0+UZ-UZ（1）用稳压管稳定输出电压忽略了UD3.限幅电路——使输出电压为一稳定的确定值当ui>0时,uo=+UZ当ui<0时,uo=-UZ

当前46页，总共76页。（2）稳幅电路的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路中uoui0+UZ-UZ当ui>0时,uo=-UZ当ui<0时,uo=+UZ

当前47页，总共76页。二.迟滞比较器1.工作原理——两个门限电压。特点:电路中使用正反馈——运放工作在非线性区。（1）当uo=+UZ时，（2）当uo=-UZ时，UT+称上门限电压UT-称下门限电压(UT+-UT-)称为回差电压当前48页，总共76页。迟滞比较器的电压传输特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-设ui

,当ui=<UT-时,

uo从-UZ+UZ这时,uo=-UZ,u+=UT-设初始值:

uo=+UZ,

u+=UT+设ui,当ui=>UT+时,

uo从+UZ-UZEWB仿真当前49页，总共76页。同相滞回比较器电压传输特性反相滞回比较器电压传输特性从运放的反相输入端输入从运放的同相输入端输入当前50页，总共76页。例题：Rf=10k，R2=10k

，UZ=6V，UREF=10V。当输入ui为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。上下限电压：uoui08V2V传输特性+6V-6V当前51页，总共76页。2V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V2V传输特性+6V-6V当前52页，总共76页。三、窗口电压比较器

时,VO1=VO2=VOL，VO=0；由此画出电压传输特性如图所示。电路有两个参考电压VRH和VRL，当＞VRH时，VO1=VOH，VO2=VOL，VO=VOH；当＜VRL时，VO1=VOL，VO2=VOH，VO=VOH；当当前53页，总共76页。三态电压比较器D2导，D1截，D2截，D1导，D2截，D1截，当前54页，总共76页。四、集成比较器1.LM311型集成比较器特点：电源电压可以单组+5V，也可±15V，适应范围宽；输出与TTL或CMOS平兼容；可以直接驱动多种负载（灯泡、继电器等）。当前55页，总共76页。LM311的几种实际连接集电极输出连接集电极输出连接发射极输出连接当前56页，总共76页。2.MC14574（CMOS）集成四电压比较器MC14574比较器电路原理图MC14574比较器引脚排列图当前57页，总共76页。1.电路结构由滞回比较电路和RC定时电路构成上下限:8.6非正弦波发生电路一、方波（矩形波）发生器EWB仿真当前58页，总共76页。2.工作原理：(1)设uo

=

+UZ,

此时，uO给C充电,uc

，则：u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦uc>UT+

,就有u->u+,uo

立即由＋UZ变成－UZ

。在uc<UT+

时，u-

<u+,

设uC初始值uC(0+)=0方波发生器uo保持+UZ不变+UZ当前59页，总共76页。此时，C向uO放电,再反向充电(2)当uo

=

-UZ时，u+=UT-uc达到UT-时，uo上跳。UT+uctUT-当uo

重新回到＋UZ

后，电路又进入另一个周期性的变化。-UZ0tuo+UZ-UZ当前60页，总共76页。0UT+uctUT-+UZuo0t-UZT完整的波形：如何计算振荡周期T？当前61页，总共76页。周期与频率的计算：0UT+uctUT-+UZ-UZT1T2TT=T1+T2=2T2

uc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e,=RC-tT2阶段uc(t)的过渡过程方程为:令t=0t=T/2当前62页，总共76页。周期与频率的计算：0UT+uctUT-+UZ-UZT1T2T令t=0t=T/2代如可推出:f=1/T当前63页，总共76页。3、占空比可调的方波发生器UZuo0t-UZ

改变电位器RW

的滑动端，就改变了冲放电的时间，从而使方波的占空比可调。TkT当前64页，总共76页。可见：调节电位器可改变占空比，不可改变周期。当前65页，总共76页。二、三角波及锯齿波信号发生器电路结构：迟滞比较器+反相积分器1.三角波发生器工作原理：对输出有上下限电压：EWB仿真当前66页，总共76页。若uo1=+UZ，uo2↓。

当u02≤-UT时，uo1由+UZ翻转为-UZ若uo1=-UZ，uo2↑。

当u02≥+UT时，uo1由-UZ翻转为+UZ同相滞回当前67页，总共76页。波形图0UT+uo2tUT-+UZuo10t

-UZT同相滞回当u02≤-UT时,uo1由+UZ翻转为-UZ当u02≥+UT时,uo1由-UZ翻转为+UZ若uo1=-UZ，uo2↑。若u