模拟电路技术基础 教案 第5章 正弦波振荡器

PAGEPAGE25.1正弦波振荡器的基本原理和类型教案课题名称正弦波振荡器的基本原理和类型所属科目模拟电路教学对象中职电子技术应用专业班同步教材模拟电路技术基础课型新授£复习教材主编欧小东课程性质理论教学£实践教学授课时间年月日授课教师计划课时2课时教学平台多媒体网络教室、学习通课堂教学资源教科书、多媒体教学课件线上学习资源教学视频、学习讨论、课堂练习题、在线开放课程教学目标知识目标：（1）理解正弦波振荡器在电子技术应用中的地位；（2）掌握正弦波振荡器的组成与作用；（3）理解正弦波振荡器的工作原理。能力目标：（1）会分析自激振荡器的基本工作原理；（2）能根据根据选频网络构成元器件的不同，辨别正弦波振荡器的类型。素质目标：（1）养成自主学习的习惯；（2）具备良好的人际交往能力、团队合作精神和优质服务意识；（3）养成严谨、细致的学习习惯。教学重点（1）正弦波振荡器的作用与组成，正弦波振荡器的类型；（2）正弦波振荡器的工作原理，掌握正弦波振荡器的起振条件、振幅平衡条件和相位平衡条件的内涵。教学难点教学方法自主学习法、任务驱动法、合作探究法、演示法课前准备教师：发布任务、推送资源，在线答疑解惑。学生：接收学习任务，查找相关资料自主学习；提出疑问。线下教学过程批注任务一正弦波振荡器的基本原理和类型1．LC回路中的自由振荡原理在图5-1（a）所示的原理图中，R为电容C和电感L的损耗等效电阻。1.1LC回路中的自由振荡过程1.2存在的问题—阻尼振荡1.3解决阻尼振荡的办法2．自激振荡的原理和振荡平衡条件当LC选频回路的固有频率与输入信号源ui的频率一致时，就可用反馈信号取代外加输入信号来保持等幅的输出信号，即放大电路的自激振荡。如图5-2（a）所示。自激振荡的基本原理。2.1“他激”状态2.2“自激”状态2.3自激振荡器2.3.1维持等幅振荡的条件（1）相位平衡条件：（反馈极性必须是正反馈）（2）振幅平衡条件：AuF=1（反馈信号uf等于输入信号ui）2.4振荡器的起振与稳幅过程从本质上讲，自激振荡器就是一个带选频网络的正反馈放大器。2.4.1起振过程频率为f0的信号经过放大、选频、正反馈、再放大几个不断增强的增幅振荡过程后，将振荡由弱到强地建立起来。这一增幅振荡的过程称为起振过程，因此，振荡电路的起振条件为AuF>12.4.2稳幅过程稳幅过程依赖稳幅装置，它分为内稳幅和外稳幅两种类型。内稳幅利用的是放大器的非线性调节放大倍数来实现振幅的稳定。外稳幅利用的是外加非线性环节实现放大倍数的调节来实现振幅的稳定。3．正弦波振荡器的分类根据选频网络构成元器件的不同，可把正弦波振荡器分为如下几类：（1）RC振荡器；选频网络若由电阻、电容组成。（2）LC振荡器；选频网络若由电感、电容组成。（3）石英晶体振荡器；选频网络由石英晶体组成。应知应会知识小结课后拓展：1.完成学习通上的线上作业。2.完成线下作业。（见5.5中同步练习题）一、填空题1、2、3。二、判断题2、4、6。三、单项选择题6、7。3.通过学习通上在线开放课程进行补差学习。4.课前预习。课后记要：5.2LC振荡器教案课题名称LC振荡器所属科目模拟电路教学对象中职电子技术应用专业班同步教材模拟电路技术基础课型新授£复习教材主编欧小东课程性质理论教学£实践教学授课时间年月日授课教师计划课时4课时教学平台多媒体网络教室、学习通课堂教学资源教科书、多媒体教学课件线上学习资源教学视频、学习讨论、课堂练习题、在线开放课程教学目标知识目标：（1）掌握LC振荡器的反馈方式和种类；（2）掌握各类LC正弦波振荡器的振荡频率的估算方法；（3）理解各类LC正弦波振荡器的工作原理。能力目标：（1）会分析各种LC正弦波振荡器的基本工作原理；（2）能运用瞬时极性法判断各种LC正弦波振荡器能否振荡。（3）能对LC正弦波振荡器电路进行安装调试和检修。素质目标：（1）养成自主学习的习惯；（2）具备良好的人际交往能力、团队合作精神和优质服务意识；（3）养成严谨、细致的学习习惯。教学重点（1）掌握LC振荡器的反馈方式和种类；（2）掌握各类LC正弦波振荡器的振荡频率的估算方法；（3）理解各类LC正弦波振荡器的工作原理。教学难点（1）能运用瞬时极性法判断各种LC正弦波振荡器能否振荡；（2）能对LC正弦波振荡器电路进行安装调试和检修教学方法自主学习法、任务驱动法、合作探究法、演示法课前准备教师：发布任务、推送资源，在线答疑解惑。学生：接收学习任务，查找相关资料自主学习；提出疑问。线下教学过程批注任务二LC振荡器利用LC并联网络具有的选频特性来实现选频的正弦波振荡器称为LC振荡器。LC振荡器又可分为变压器反馈式、电感反馈式、电容反馈式3种。5.2.1变压器反馈式振荡器1．电路结构和工作原理通过变压器互感耦合方式将正反馈信号回送到输入端，其电路结构如图5-4（a）所示。图5-4（b）是图5-4（a）所示电路的交流通路。电路特点和工作原理分析：（1）直流工作状态分析（2）交流工作状态分析电路的振荡频率为2．变压器反馈式振荡器的类型和特点根据LC选频网络所接三极管电极的不同，变压器反馈式振荡器分为变压器反馈调集、调基和调射3种基本类型，如图5-5所示。（2）变压器反馈式振荡器具有如下特点：5.2.2电感反馈式振荡器1．电路结构和工作原理电感反馈式振荡器的电路结构和交流通路分别如图5-6（a）、（b）所示。电路特点和工作原理分析：（1）直流工作状态分析（2）交流工作状态分析振荡频率为（1）由于电感反馈式中L1、L2的3个点分别与三极管的3个电极相连，故俗称电感三点式振荡器。（2）电感反馈式振荡器具有如下特点：5.2.3电容反馈式振荡器1．电路结构和工作原理电容反馈式振荡器的电路结构和交流通路分别如图5-7（a）、（b）所示。电路特点和工作原理分析：（1）直流工作状态分析（2）交流工作状态分析振荡频率为（1）由于电容反馈式中C1、C2的3个点分别与三极管的3个电极相连，故俗称电容三点式振荡器。（2）电容反馈式振荡器具有如下特点：2．知识拓展（2）由集成运放组成的振荡电路由集成运放组成的振荡电路如图5-8所示。5.2.4改进型电容反馈式振荡器（1）存在的问题（2）解决的方法是对电路进行改进，采用改进型电容反馈式振荡器，让Ci与Co的影响可忽略不计。采用改进型电容反馈式振荡器的典型应用电路有克拉泼振荡器和西勒振荡器。2.克拉泼振荡器克拉泼振荡器的电路及其交流通路分别如图5-10（a）、（b）所示。（2）工作原理分析：（3）电路的特点3.西勒振荡器。西勒振荡器弥补了克拉泼振荡器频率调节范围窄的不足，是另一种改进型的电容三点式振荡器。西勒振荡器的电路及其交流通路分别如图5-11（a）、（b）所示。（2）工作原理分析：（3）电路的特点频率调节时，通常不调节C3，而调节C4；振荡输出的幅度十分稳定。5.2.5LC振荡器应知应会知识拓展知识拓展一，分析正弦波振荡电路能否正常工作的步骤构成正弦波振荡器必须同时具备的3要素是：①合格的放大器；②具备选频网络；③具备正反馈网络。分析正弦波振荡电路能否正常工作的步骤可归纳如下。【实例1】分析如图5-12所示的各电路能否构成正弦波振荡器（其中的Cb、Ce、Cc均为隔直或旁路电容，对应在振荡频率上，它们的容抗可忽略不计），试说明原因。知识拓展二，正弦波振荡电路安装调试的过程中的故障现象与解决措施。【实例2】在对如图5-14所示的变压器反馈式振荡器电路进行安装调试的过程中，出现以下现象，试解释原因或说明解决问题的措施。现象一：对调反馈线圈的两个接线端子后就能起振。现象二：调整偏置电阻Rb1、Rb2或Re的阻值后就能起振。现象三：替换为β值更大的同类三极管后就能起振。现象四：适当增加反馈线圈的匝数后就能起振。现象五：适当增大L值或减小C值就能起振。现象六：从示波器上观测到如图5-15所示的输出波形。知识拓展三，迫停消振法简介。【实例3】LC振荡器是否能起振可利用迫停消振法来判定，试说明其判别原理。应知应会知识小结课后拓展：1.完成学习通上的线上作业。2.完成线下作业。（见5.5中同步练习题）一、填空题5、6。二、判断题3、5、8。三、单项选择题3、4、5、9。四、简答题3。3.通过学习通上在线开放课程进行补差学习。4.课前预习。课后记要：5.3RC振荡器教案课题名称RC振荡器所属科目模拟电路教学对象中职电子技术应用专业班同步教材模拟电路技术基础课型新授£复习教材主编欧小东课程性质理论教学£实践教学授课时间年月日授课教师计划课时2课时教学平台多媒体网络教室、学习通课堂教学资源教科书、多媒体教学课件线上学习资源教学视频、学习讨论、课堂练习题、在线开放课程教学目标知识目标：（1）理解RC振荡器适用于振荡频率为几百千赫兹以下的低频振荡的原因；（2）掌握不同类型的RC振荡器的振荡频率的估算方法；（3）理解不同类型的RC振荡器的工作原理。能力目标：（1）会分析两种不同类型的RC振荡器的基本工作原理；（2）能判断RC正弦波振荡器能否振荡。（3）能对RC正弦波振荡器电路进行安装调试和检修。素质目标：（1）养成自主学习的习惯；（2）具备良好的人际交往能力、团队合作精神和优质服务意识；（3）养成严谨、细致的学习习惯。教学重点（1）掌握RC振荡器的反馈方式和种类；（2）掌握两种不同类型的RC振荡器的振荡频率的估算方法；（3）理解两种不同类型的RC振荡器的工作原理。教学难点（1）能判断RC正弦波振荡器能否振荡；（2）能对RC正弦波振荡器电路进行安装调试和检修教学方法自主学习法、任务驱动法、合作探究法、演示法课前准备教师：发布任务、推送资源，在线答疑解惑。学生：接收学习任务，查找相关资料自主学习；提出疑问。线下教学过程批注任务三RC振荡器1.课程引入：RC振荡器适用于低频振荡的原因？2.RC振荡器的类型按选频网络结构的不同，RC振荡器分为RC桥式（也称文氏电桥）和RC移相式两种。5.3.1RC桥式振荡器RC桥式振荡器由RC串并联选频网络和同相放大器两部分组成，其结构框图如图5-16所示。1．RC串并联选频网络的选频特性图5-17中的RC串并联选频网络单独画出，如图5-18（a）所示。振荡输出信号f0由A、C两端反馈输入，经RC串并联网络选频后由B、C两端回送到同相放大器的输入端。（1）幅频特性。①当输入信号的频率趋于零时，其等效电路如图5-18（b）所示。②当输入信号的频率趋于无穷大时，其等效电路如图5-18（c）所示。由幅频特性可知，当它与放大倍数>3的放大器组成正反馈放大器时，便能满足起振条件。（2）相频特性。相频特性如图5-18（d）中的图（2）所示，不难看出，只有当f=f0时，RC串并联选频网络的移相才为零，才能满足振荡的相位平衡条件。（3）振荡频率。在如图5-17所示的两种典型电路结构的RC桥式振荡器中，当R1=R2=R，C1=C2=C时，电路的振荡频率为（4）振荡器的起振与稳幅过程。2．频率可调的RC桥式振荡器图5-19所示为一种频率可调的RC桥式振荡器实际应用电路。从图5-19中可以看出，用双连开关S切换到不同挡位的电阻，可以实现粗调；旋动双联可变电容C的旋钮，通过改变其容量来实现细调，这种正弦波信号发生器的输出频率可调范围为几赫兹到几千赫兹。【例5】通过RC串并联选频网络的选频特性分析如图5-20所示的电路是否能起振。【例6】RC桥式振荡电路如图5-21所示。已知R2=12kΩ，具有理想特性的集成运放的最大输出电压为15V。试求：（1）振荡输出频率f0。（2）确定Rw的调节范围及对应的输出峰值电压Uom的变化范围。5.3.2RC移相式振荡器RC移相式振荡器由反相放大器和的正反馈移相选频网络构成，其典型应用电路如图5-22所示。RC移相式振荡器的振荡频率均为。应知应会知识小结（1）RC振荡器适合振荡频率为几百千赫兹以下的低频振荡。按选频网络结构的不同，RC振荡器分为RC桥式和RC移相式两种。（2）RC桥式振荡器由RC串并联选频网络和同相放大器两部分组成，其振荡频率为。课后拓展：1.完成学习通上的线上作业。2.完成线下作业。（见5.5中同步练习题）一、单项选择题2、10。二、简答题4、5。二、计算题2、3。3.通过学习通上在线开放课程进行补差学习。4.课前预习。课后记要：5.4石英晶体振荡器教案课题名称石英晶体振荡器所属科目模拟电路教学对象中职电子技术应用专业班同步教材模拟电路技术基础课型新授£复习教材主编欧小东课程性质理论教学£实践教学授课时间年月日授课教师计划课时2课时教学平台多媒体网络教室、学习通课堂教学资源教科书、多媒体教学课件线上学习资源教学视频、学习讨论、课堂练习题、在线开放课程教学目标知识目标：（1）理解石英晶体振荡器频率稳定度高的原因；（2）掌握石英晶体振荡器的等效电路模型；（3）理解两种石英晶体振荡器的工作原理。能力目标：（1）会分析两种石英晶体振荡器的基本工作原理；（2）能判断石英晶体振荡器能否振荡。（3）能对石英晶体正弦波振荡器电路进行安装调试和检修。素质目标：（1）养成自主学习的习惯；（2）具备良好的人际交往能力、团队合作精神和优质服务意识；（3）养成严谨、细致的学习习惯。教学重点（1）掌握石英晶体振荡器的反馈方式和种类；（2）掌握石英晶体的等效电路和频率特性；（3）理解两种石英晶体振荡器的工作原理。教学难点（1）能判断石英晶体振荡器能否振荡；（2）能对石英晶体振荡器电路进行安装调试和检修教学方法自主学习法、任务驱动法、合作探究法、演示法课前准备教师：发布任务、推送资源，在线答疑解惑。学生：接收学习任务，查找相关资料自主学习；提出疑问。线下教学过程批注任务四石英晶体振荡器1.课程引入：石英晶体振荡器的特点与应用场合（1）LC、RC振荡器的不足之处（2）石英晶体振荡器特点与应用5.4.1石英晶体的特性1．石英晶体的压电效应与压电谐振现象（1）压电效应当给晶片两侧加电压时，晶片将产生机械形变；当给晶片两侧施加外力时，晶片两侧将产生电压的物理现象。如图5-24（a）所示。（2）压电谐振现象压电谐振时的频率称为石英晶体谐振器的振荡频率。2．石英晶体谐振器的等效电路和频率特性石英晶体谐振器的等效电路和电抗-频率特性如图5-25所示。（1）“等效元器件”说明：当石英晶体不振动时，可用静态电容C0来等效，一般为几皮法到几十皮法；当石英晶体振动时，机械振动的惯性可用电感L来等效，一般为10-3～10-2H；晶片的弹性可用电容C来等效，一般为10-2～10-1pF；晶片振动时的损耗用R来等效，约为