第6章-正弦波振荡换电路

第6章_正弦波振荡换电路第一页，共56页。信号产生电路(振荡器—Oscillators)主要性要求能：输出信号的幅度准确稳定输出信号的频率准确稳定概述第二页，共56页。1产生正弦波振荡的条件~放大电路反馈网络如果反馈电压uf与原输入信号ui完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号——自激振荡。图

反馈放大电路产生自激振荡的条件6.1正弦波振荡电路的基本原理第三页，共56页。如果：,ifXX=则去掉,iX仍有信号输出。基本放大电路A反馈电路FiXoXfX反馈信号代替了放大电路的输入信号。基本放大电路A反馈电路FiX++iXoXfX׳׳第四页，共56页。由此知放大电路产生自激振荡的条件是：即：所以产生正弦波振荡的条件是：——幅度平衡条件——相位平衡条件第五页，共56页。起振条件和稳幅原理振荡建立与稳定过程图起振条件：结果：产生增幅振荡（略大于）1、被动：器件非线性2、主动：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：第六页，共56页。起振条件放大器Au反馈网络FuUoUfUi

1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu

>1Au

Fu

<1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf

起振稳幅••2.正弦波振荡电路的起振与稳定过程第七页，共56页。负反馈放大电路的自激振荡现象相位条件又可写为幅度条件

AF=A+F=(2n+1)n=0,1,2,3…将||=

0改写为：FA&&+1||=0根据反馈基本方程，可知当时，相当放大倍数无穷大，也就是不需要输入放大电路就有输出，放大电路产生了自激。3.正弦波振荡电路与负反馈自激振荡电路的区别第八页，共56页。

AF是放大电路和反馈电路的总附加相移，如果在中频条件下，放大电路有180的相移。在其它频段电路中如果出现了附加相移AF，且AF达到180，使总的相移为360，负反馈变为正反馈。如果幅度条件满足要求，放大电路产生自激。在许多情况下反馈电路是由电阻构成的，所以：F=0，AF=

A+F=

A。第九页，共56页。左图是一个同相比例放大电路，其输入、反馈、净输入和输出信号的相位关系如右图所示。因运放输出与输入相移为0，若附加相移达到180，则可形成正反馈。同相比例运算电路矢量图同相比例运算电路第十页，共56页。6.2.1正弦波振荡电路的组成和分类1.放大电路Au2.正反馈网络Fu3.选频率网络—实现单一频率的振荡4.稳幅环节—使振荡稳定、波形好满足振荡条件组成:6.2正弦波振荡电路的组成、分类和分析方法第十一页，共56页。分类：正弦波振荡:非正弦波振荡：RC振荡器(1kHz~数百kHz)LC振荡器(几百kHz以上)石英晶体振荡器(频率稳定度高)方波、三角波、锯齿波等第十二页，共56页。放大器选频正反馈网络UoUfUi选频放大器正反馈网络UoUfUi判断:1.检查电路组成2.“Q”是否合适3.是否满足起振条件6.2.2振荡电路的分析方法第十三页，共56页。6.3.1文氏桥式振荡电路选频网络自激反馈信号6.3RC振荡电路1.电路组成用RC电路构成选频网络的振荡电路可分为文氏桥式移相式和双T式等电路形式第十四页，共56页。

R1C1串联阻抗：R2C2并联阻抗：选频特性：2.RC串并联网络的选频特性第十五页，共56页。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°第十六页，共56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°第十七页，共56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°第十八页，共56页。定量分析R1C1串联阻抗：R2C2并联阻抗：频率特性：第十九页，共56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第二十页，共56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|第二十一页，共56页。1)相位条件2)振荡条件Rf不能太大，否则正弦波将变成方波应使：••••3.电路的振荡频率和起振条件(1)振荡频率在f0处满足相位条件：(2)起振条件第二十二页，共56页。为使电Au为非线性，起振时，应使Au>3，稳幅后Au=3。CR1RfRCR正温度系数负温度系数热敏电阻稳幅4.负反馈支路的稳幅作用第二十三页，共56页。R1R2V1V2R3Au

1+R2/R1=3为使失真小：R2<2R1R2>2R1-R3Au

1+(R2+R3)/R1>3起振时信号小，二极管电阻大12.4k>R2>7.1kf0=1.94kHz二极管稳幅7.2k6.2k22k4.3k0.01F7.2k0.01F第二十四页，共56页。输出频率的调整：通过调整R或/和C来调整频率。uoC：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。_+RFRCCRKKR1R1R2R2R3R3A第二十五页，共56页。电子琴的振荡电路电路：RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21_+A第二十六页，共56页。_+RfR1C1C2R2AUoC3通常选取起振条件：Rf>12R优点：结构简单、经济

缺点：选频作用差，频率调节不便，输出波形差，输出幅度不够稳定。6.3.2RC移相式振荡电路第二十七页，共56页。_+RfR1CCR1R2R32CUoR3应略小于此时输出信号的频率稳定性较高，输出波形的线性失真较小。

但调节不便。6.3.3双T式振荡电路第二十八页，共56页。LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。类型：变压器反馈式、电感三点式、电容三点式LRCIs.Z6.4LC振荡电路6.4.1LC并联谐振电路的频率第二十九页，共56页。1.谐振频率f02.谐振阻抗Z03.回路品质因数Q第三十页，共56页。4.频率特性0Z

Z0Q大Q小0f90º-90ºQ增大幅频特性相频特性

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。第三十一页，共56页。5.阻抗与相位第三十二页，共56页。LC+VCCTRERB1RB2CECB—满足相位平衡条件×同名端同极性6.4.2变压器反馈式振荡电路第三十三页，共56页。把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC回路就有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形成了LC三点式正弦波发生电路。它们又分为电感三点式和电容三点式两类。LC三点式正弦波发生电路图a）电感三点式b）电容三点式三点式LC振荡电路第三十四页，共56页。C+VCCTRERB1RB2CECBL1L2C1×M123•••6.4.3电感三点式LC振荡电路第三十五页，共56页。优点：缺点：易起振(L间耦合紧)；易调节(C可调)。输出取自电感，对高次谐波阻抗大，输出波形差。第三十六页，共56页。考毕兹振荡器(Colpitts)×+VCCTRERB1RB2CECBLC1C2123LC3•••6.4.4电容三点式LC振荡电路第三十七页，共56页。优点：波形较好缺点：2)T极间电容影响f01)调频时易停振C3的改进第三十八页，共56页。1.结构和符号化学成分

SiO2结构晶片涂银层焊点符号*6.5石英晶体(Crystal)振荡电路6.5.1石英晶体简介第三十九页，共56页。2.压电效应形变形变机械振动外力压电谐振—外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。第四十页，共56页。3.等效电路rC0CLL

—

晶体的动态电感

(10-3~102H)(大)C

—晶体的动态电容

(<0.1pF)(小)r

—

等效摩擦损耗电阻(小)Co

—晶片静态电容

(几~几十pF)第四十一页，共56页。大小小大4.频率特性和谐振频率fXfPfS容性容性感性第四十二页，共56页。5.使用注意2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。1)要接一定的负载电容CL(微调)，

以达标称频率。第四十三页，共56页。1.并联式石英晶体振荡电路fs<f

<

fp，晶体呈感性+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC×6.5.2石英晶体振荡电路第四十四页，共56页。2.串联式石英晶体振荡电路

f=fs，晶体呈纯阻+VCCVRERB1RB2CBLC×第四十五页，共56页。一、信号产生电路的分类：正弦波振荡:非正弦波振荡：RC振荡器

(低频)LC振荡器

(高频)石英晶体振荡器(振荡频率精确)方波、三角波、锯齿波等。小结第四十六页，共56页。二、正弦波振荡条件、电路结构和选频电路1.振荡条件—振幅平衡条件—相位平衡条件n=0,1,2,••判断电路是否起振采用瞬时极性法，即断开反馈网络，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。第四十七页，共56页。2.振荡电路的两种结构放大器选频正反馈网络UoUfUi选频放大器正反馈网络UoUfUi3.选频电路及其特性第四十八页，共56页。1)RC

串并联式幅频特性0Fu

.相频特性0f90°–90°当

=0=1/RC时Fu=1/3.=0º电路第四十九页，共56页。2)LC并联谐振