第九章振荡电路

第九章振荡电路第1页，课件共91页，创作于2023年2月第2页，课件共91页，创作于2023年2月9.1

正弦波振荡电路的振荡条件1.振荡条件2.起振和稳幅3.振荡电路基本组成部分第3页，课件共91页，创作于2023年2月若环路增益则去掉仍有稳定的输出振幅平衡条件相位平衡条件1.振荡条件正反馈电路第4页，课件共91页，创作于2023年2月负反馈自激条件:-1考虑耦合电容、极间电容等的影响自激振荡条件振幅平衡条件相位平衡条件正反馈自激条件:受正反馈网络影响不考虑极间电容等的影响振荡条件振幅平衡条件相位平衡条件与自激振荡的区别第5页，课件共91页，创作于2023年2月1满足上述条件后，一旦电源接通，随着时间增加输出幅度增大。增大到一定程度后，放大电路中晶体管将进入饱和或截至状态，输出正弦波将失真。——应采取稳幅措施（作用是当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从AF>1回到AF=1）2.起振与稳幅第6页，课件共91页，创作于2023年2月放大电路——没有放大，不可能产生振荡。 要保证电路具有放大功能反馈网络——形成正反馈，以满足相位平衡条件选频网络——以产生单一频率的正弦波(RC、LC)稳幅电路——以保证输出端得到不失真的正弦波3.基本组成部分第7页，课件共91页，创作于2023年2月a.检查电路是否满足以上几个组成部分c.将电路在放大器输入端断开，利用瞬时极性法判断电路是否满足相位平衡条件b.检查放大电路是否正常工作d.分析是否满足振荡产生的幅度条件。一般AF应略大于1判断电路能否产生振荡的分析方法第8页，课件共91页，创作于2023年2月1）振幅平衡条件是指振荡电路已进入稳态振荡而言的，欲使振荡电路能自选建立振荡，就必须满足的条件（自激）。2）振荡电路的振荡频率fo是由相位平衡条件决定的。一个正弦振荡电路只在一个频率下满足相位平衡条件，这个频率就是f。3)由R、C元件组成的选频网络的振荡电路称为RC振荡电路，产生1Hz~1MHz范围内的低频信号，由L、C组成的网络的振荡电路称为LC振荡电路，产生1MHz以上的高频信号。讨论第9页，课件共91页，创作于2023年2月9.2

RC正弦波振荡电路1.RC串并联式（桥式）振荡电路2.

RC移相式振荡电路3.双T选频网络式振荡电路第10页，课件共91页，创作于2023年2月1.RC串并联式（桥式）振荡电路选频和反馈网络放大电路（1）电路组成掌握此电路的关键是RC串并联支路的频率特性第11页，课件共91页，创作于2023年2月(2)RC串并联网络的频率特性低通高通可以起到选取频率的作用第12页，课件共91页，创作于2023年2月C1R1C2R2VOVfZ1Z2第13页，课件共91页，创作于2023年2月幅频特性相频特性1/3第14页，课件共91页，创作于2023年2月（3）振荡电路工作原理当时，(+)(+)(+)(+)用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件此时若放大电路的电压增益为：则振荡电路满足振幅平衡条件电路可以输出频率为的正弦波第15页，课件共91页，创作于2023年2月稳幅措施一：热敏元件热敏电阻的作用稳幅（4）稳幅措施---采用非线性元件稳定VO起振的幅度条件:Rf采用负温度系数的热敏电阻，R1采用正温度系数的热敏电阻第16页，课件共91页，创作于2023年2月稳幅措施二：利用非线性器件稳幅起振时,Vo很小,D1和D2截止，RD→∞,使Avf>3.Vo逐渐增大后,D1或D2导通，RD减小，使Avf

下降,最终输出趋于稳定。第17页，课件共91页，创作于2023年2月实验用电路：第18页，课件共91页，创作于2023年2月稳幅措施三：利用场效应管可变电阻区稳幅当JFET的VDS较小时，RDS可通过VGS改变。虚线框内元件和RDS组成负反馈。正常工作时，输出电压经二极管D整流和R4、C3滤波后，经R5和RP4加在场效应管栅极。当输出幅度增大，VGS变负,RDS自动加大使放大器放大倍数减小。一般只调整RP3和RP4，工作范围20Hz---20KHz稳幅原理稳幅RC选频网络第19页，课件共91页，创作于2023年2月2.RC移相式振荡电路（1）电路组成超前移相式RC振荡器第20页，课件共91页，创作于2023年2月滞后移相式RC振荡器构成移相式RC振荡电路时,一般要求RC移相网络为三阶或三阶以上。第21页，课件共91页，创作于2023年2月（2）工作原理由RC高通、低通电路的幅频特性及相频特性可知，每节RC电路的相位移小于900。所以两节RC电路组成的反馈网络（兼选频网络）是不能满足振荡的相位条件的。三节RC移相网络，其最大相移可接近2700，因此，有可能在特定频率f0下移相1800，即φf=1800。放大电路的相移（运放的输出与反相输入端比较）φa=1800，则有φf+

φa=3600或00。适当调节Rf的值，使Av适当，就可同时满足相位和平衡条件，产生正弦振荡。所以，一般判断时，只判断相位关系满足即可。第22页，课件共91页，创作于2023年2月3.RC双T式振荡电路0-180-360R’<R/2f/f0f/f090-900R’>R/2注：有源滤波器中R‘=R/2第23页，课件共91页，创作于2023年2月例:判断下列RC正弦振荡电路能否产生振荡T1为CB组态，T2为CE组态，φa=1800，φf=1800能不能第24页，课件共91页，创作于2023年2月T1、T2为CE组态，φa=1800，φf=1800能不能第25页，课件共91页，创作于2023年2月不能运放同相、反相端互换可以振荡第26页，课件共91页，创作于2023年2月9.3

LC正弦波振荡电路1.

LC选频放大电路2.变压器反馈式LC振荡电路3.三点式LC振荡电路4.石英晶体振荡电路第27页，课件共91页，创作于2023年2月LC并联回路R:回路的等效耗损电阻等效阻抗:1.

LC选频放大电路（1）并联谐振回路第28页，课件共91页，创作于2023年2月a.

谐振频率b.

谐振时的等效阻抗Q:回路品质因数,用来评价回路损耗的大小,一般为几十到几百第29页，课件共91页，创作于2023年2月c.

谐振电流LC并联回路谐振时,回路呈纯电阻性,这时U与I同相输入电流:谐振电流:即第30页，课件共91页，创作于2023年2月d.

回路的频率特性:在f=f0时,回路为纯阻性,且阻抗最大谐振回路的选频性能主要取决于Q,Q越大,选频性能越好第31页，课件共91页，创作于2023年2月(2)选频放大电路RLTr1Rb1Rb2TCbCeReVccTr25234图中由LC组成并联谐振回路，通过L的抽头与电源正端相连，从而有利于实现阻抗匹配。一般用Ⅱ型或Y参数等效电路进行分析。第32页，课件共91页，创作于2023年2月2.变压器反馈式LC振荡电路Cb+_+_（1）电路组成（2）振荡频率和起振条件通过选择高值的BJT和调整变压器的匝数比，可以满足，电路可以起振。同名端的判断:先找出公共端,输出端与反馈端如果互为同名端则同相,否则反相第33页，课件共91页，创作于2023年2月Rb1、Rb2、Re稳定管子的静态工作点，Ce和C1均为交流旁路电容。选用β较大的管子或增加变压器原副边之间的耦合程度（增加互感M），或增加副边线圈的匝数，都可使电路易于起振。第34页，课件共91页，创作于2023年2月(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)满足相位平衡条件满足相位平衡条件例：判断下列电路能否产生振荡第35页，课件共91页，创作于2023年2月能不能第36页，课件共91页，创作于2023年2月不能能第37页，课件共91页，创作于2023年2月第38页，课件共91页，创作于2023年2月3.三点式LC振荡电路CL1L2电感三点式电容三点式电路特点：A.若中间端点交流接地，则首端与尾端相位相反。三点的相位关系：B.若首端或尾端交流接地，则其他两端相位相同。C.交流接地点首先考虑实际“地”，再考虑直流源“VCC”。第39页，课件共91页，创作于2023年2月（1）电感三点式LC振荡电路振荡频率:其中:L’=L1+L2+2M第40页，课件共91页，创作于2023年2月第41页，课件共91页，创作于2023年2月（2）电容三点式振荡电路振荡频率:其中:第42页，课件共91页，创作于2023年2月第43页，课件共91页，创作于2023年2月两种改进型电容三点式振荡电路西勒电路其中:且:C1>>C3,C2>>C3克拉泼电路其中:第44页，课件共91页，创作于2023年2月例:判断下列LC三点式正弦振荡电路能否产生振荡能不能第45页，课件共91页，创作于2023年2月第46页，课件共91页，创作于2023年2月第47页，课件共91页，创作于2023年2月不能反馈接发射极可以能第48页，课件共91页，创作于2023年2月4.石英晶体振荡电路一、基本知识第49页，课件共91页，创作于2023年2月(1)压电效应

压电谐振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。压电谐振第50页，课件共91页，创作于2023年2月(2)符号和等效电路优点:Q值很大频率稳定度高L、C组成串联谐振电路L、C、C0组成并联谐振电路因此晶体有两个谐振频率：串联谐振频率:并联谐振频率:第51页，课件共91页，创作于2023年2月电抗频率特性示意图第52页，课件共91页，创作于2023年2月二.石英晶体正弦波振荡电路构成并联型串联型并联型串联型第53页，课件共91页，创作于2023年2月正弦波振荡电路的分析第一步：看电路结构（RC、LC），而且（RC、LC）所连接的两个端口就是放大电路的输出和输入端。第二步：如果是RC形式：（1）RC是串并联结构则按纯电阻的特点分析；（2）如果只有RC串联或并联结构，看是否为三级以上并且放大电路是反相电压放大器。第三步：如果是LC形式：（1）变压器结构的按同名端相位关系，判断是否为正反馈；（2）三点式结构的找交流接地点，把三个特殊点之间的相位关系确定出来，判断是否为正反馈。第54页，课件共91页，创作于2023年2月9.4非正弦波振荡电路1.比较器3.三角波和锯齿波产生电路2.矩形波和方波产生电路第55页，课件共91页，创作于2023年2月方波锯齿波矩形波

三角波u非正弦波波形图占空比=T1T第56页，课件共91页，创作于2023年2月1.比较器由运放构成功能:比较两个电压（输入信号与参考电压）的大小比较结果以输出高或低电平来表示类型：a.单门限电压比较器---过零比较器b.迟滞电压比较器（施密特触发器）c.窗口比较器（双门限）第57页，课件共91页，创作于2023年2月U+>U–时,Uo为高U+<U–时,Uo为低比较器中的运放工作在非线性区域；运放处于开环无反馈或带正反馈的状态；输出高电平或者低电平,呈现为开关状态；输入是模拟信号，输出是数字信号—“接口”a.求出阈值:

输出从一个电平跳变到另一个电平时所对应的输入电压值。b.分析输入与输出的关系,画出传输特性。特点：分析方法:第58页，课件共91页，创作于2023年2月(1)简单电压比较器一般结构与传输特性同相反相当UID=UI-VREF>0时，运放将处于正饱和状态，UO=UOH；当UID=UI-VREF<0时，运放立即转入负饱和状态，UO=UOL。临界状态UI=UREF即UOH

UOL，微小减小，UOL

UOH，微小增加。第59页，课件共91页，创作于2023年2月过零比较器当UREF=0时,输入信号电压UI每次过零时，输出就要产生突然的变化，这种比较器称为过零比较器。第60页，课件共91页，创作于2023年2月限幅措施第61页，课件共91页，创作于2023年2月例1：过零比较器的输入Vi已知，画出VO，VO’，VL的波形。第62页，课件共91页，创作于2023年2月第63页，课件共91页，创作于2023年2月例2：单门限比较器输入Vi包含有干扰信号时输出电压的波形在VI=Vth=VREF附近出现干扰，为了提高简单电压比较器的抗干扰能力引入迟滞比较器第64页，课件共91页，创作于2023年2月(2)迟滞电压比较器电路组成迟滞比较器是具有迟滞回环传输特性的比较器。在单门限电压比较器的基础上引入正反馈，就组成了具有双门限值的迟滞比较器（也叫施密特触发器）。第65页，课件共91页，创作于2023年2月传输特性第66页，课件共91页，创作于2023年2月门限电压第67页，课件共91页，创作于2023年2月第68页，课件共91页，创作于2023年2月(3)窗口比较器第69页，课件共91页，创作于2023年2月(4)三态比较器

第70页，课件共91页，创作于2023年2月第71页，课件共91页，创作于2023年2月2.方波产生电路方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。由于方波或矩形波包含极丰富的谐波，因此又称为多谐振荡电路。定义电路组成双向限幅电路（限流电阻R和两个背靠背的稳压管）迟滞比较器积分电路（Rf和C）第72页，课件共91页，创作于2023年2月工作原理输出电压究竟偏于正向饱和还是负向饱和，纯属偶然。充放电时间固定第73页，课件共91页，创作于2023年2月振荡周期三要素法:第74页，课件共91页，创作于2023年2月第75页，课件共91页，创作于2023年2月3.占空比可调的矩形波产生电路Rf1Rf2D1D2No方波的占空比为1/2，要调整占空比时，只需把方波电路中的电容C和反馈电阻Rf改变即可。Vo为正，D1导通，反向充电时间常数为Rf1C；Vo为负，D2导通，正向充电时间常数为Rf2C。选取Rf1/Rf2比值不同就改变了占空比，忽略二极管正向电阻时，振荡周期为第76页，课件共91页，创作于2023年2月第77页，课件共91页，创作于2023年2月电路组成迟滞比较器（同相输入A1）积分电路（充放电时间常数不等A2）4.锯齿波产生电路第78页，课件共91页，创作于2023年2月门限电压第79页，课件共91页，创作于2023年2月振荡周期由于电容C的正向与反向充电时间常数不相等，输出波形Vo为锯齿波，Vo1为矩形波电压。设忽略二极管的正向电阻，其振荡周期为第80页，课件共91页，创作于2023年2月5.三角波产生电路锯齿波电路中若R5，D支路开路，电容C的正、反向充电时间常数相等，则锯齿波变成三角波。三角波发生电路的工作波形第81页，课件共91页，创作于2023年2月在跳变的临界条件下:V+=V–=0Vo的峰值振荡周期第82页，课件共91页，创作于2023年2月正弦波振荡电路与非正弦波振荡电路的区别正弦波非正弦波分类RC（桥式、移相式、双T式）LC（变压器式、电容三点式、电感三点式、石英晶体式）矩形波（方波）锯齿波（三角波）判断输出是否有状态跳变组成放大电路、正反馈、选频网络、稳幅环节无选频网络参数振荡周期、振荡频率振荡周期、门限电压波形

U+>U–时,Uo为高U+<U–时,Uo为低第83页，课件共91页，创作于2023年2月第七、八、九章总结反馈正反馈负反馈瞬时极性法虚短、虚断（KCL）AVF=1/F四种组态判断运算电路振荡电路选频网络无选频网络正弦波振荡电路RCLCZ0三级以上且为反相放大器同名端交流接地点非正弦波振荡电路比较器U+>U–时,Uo为高U+<U–时,Uo为低RC串并联RC单一结构变压器反馈式电感、电容三点式石英晶体串、并联式第84页，课件共91页，创作于2023年2月练习1、两电路如图所示，试回答下列问题：（4分）（1）根据相位平衡条件判断两个电路是否有可能产生正弦波振荡；（2）可能振荡的电路属于什么类型的LC正弦波振荡电路？（3）可能振荡电路的振荡频率fo近似表达式是什么？

第85页，课件共91页，创作于2023年2月解：图（a）电路不满足相位平衡条件，不能振荡。图（b）