LC正弦波振蕩器PPT課件

1、20052005( (暑期培訓(xùn)班暑期培訓(xùn)班) ) 高頻信號發(fā)生高頻信號發(fā)生 器器 根據(jù)振蕩器產(chǎn)生信號頻率的高低根據(jù)振蕩器產(chǎn)生信號頻率的高低, ,振蕩器可分為低頻振蕩器可分為低頻 振蕩器和高頻振蕩器振蕩器和高頻振蕩器, ,以以RCRC選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的振蕩器產(chǎn)生的選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的振蕩器產(chǎn)生的 信號頻率通常信號頻率通常1MH1MH1MHZ Z, ,屬于高頻信號發(fā)生器。與屬于高頻信號發(fā)生器。與RCRC正弦正弦 波振蕩電路相似，波振蕩電路相似，LCLC正弦波振蕩電路同樣包括有放大電路、正弦波振蕩電路同樣包括有放大電路、 正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路。只是這里的選頻網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路。只是這

2、里的選頻網(wǎng)絡(luò) 是由是由LCLC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成，正反饋網(wǎng)絡(luò)因不同類型的并聯(lián)諧振電路構(gòu)成，正反饋網(wǎng)絡(luò)因不同類型的LCLC正正 弦波振蕩電路而有所不同。弦波振蕩電路而有所不同。 1 LC 1 LC并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng) 2 2 變壓器反饋?zhàn)儔浩鞣答丩CLC振蕩器振蕩器 3 3 電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式LCLC振蕩器振蕩器 4 4 電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式LCLC振蕩器振蕩器 5 5 石英晶體石英晶體LCLC振蕩器振蕩器 1 LC并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)并聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng) LC并聯(lián)諧振電路如圖1（a）所示。顯然輸出電壓 是頻率的函數(shù)： )()( io VfV （a）LC并聯(lián)諧振電路

3、圖1 LC并聯(lián)諧振電路與并聯(lián)諧振曲線 （b）并聯(lián)諧振曲線 輸入信號頻率過高，電容的旁路作用加強(qiáng)，輸出 減?。环粗l率太低，電感將短路輸出。并聯(lián)諧振曲 線如圖1（b）所示。 諧振時: 諧振頻率: 0 1 0 0 C L LC f 2 1 0 諧振時電感支路電流或電容支路電流與總電流之 比，稱為并聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù) C L R CRRLIIIIQ 1 /1/ 00CL 考慮電感支路的損耗， 用R表示，如圖2所示。 圖2 有損耗的諧振電路 對于圖1 (b)的諧振曲線，Q值大的曲線較陡較窄 ，圖中Q1Q2。并聯(lián)諧振電路的諧振阻抗 C L Q C Q LQ RC L Z 0 00 諧振時LC并聯(lián)諧振電

4、路相當(dāng)一個電阻。 2 變壓器反饋?zhàn)儔浩鞣答丩C振蕩電路振蕩電路 圖圖3變壓器反饋?zhàn)儔浩鞣答丩C振蕩電路振蕩電路 變壓器反饋LC振蕩電路如圖3所示。 LC并聯(lián)諧振電路作 為三極管的負(fù)載，反饋 線圈L2與電感線圈相 耦合,將反饋信號送入三 極管的輸入回路。交換 反饋線圈的兩個線頭， 可使反饋極性發(fā)生變化 。調(diào)整反饋線圈的匝數(shù) 可以改變反饋信號的強(qiáng) 度，以使正反饋的幅度 條件得以滿足。 有關(guān)同名端的極性 請參閱圖4。 圖4 同名端的極性 變壓器反饋LC振蕩 電路的振蕩頻率與并聯(lián) LC諧振電路相同，為 LC f 2 1 0 起振條件起振條件: : 其中：是折合到回路中與串 聯(lián)的等效損耗電阻；是2與的互

5、感。 振蕩的建立與穩(wěn)定振蕩的建立與穩(wěn)定: : 直至 M CRr FA be 1 BE E B bco UAF U U iiu , 3 電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式LC振蕩器振蕩器( (哈特萊哈特萊) ) 圖5 為電感三點(diǎn)式LC振蕩電路。電感線圈L1和L2是一 個線圈，2點(diǎn)是中間抽頭。如果設(shè)某個瞬間集電極電流減小， 線圈上的瞬時極性如圖所示。反饋到發(fā)射極的極性對地為 正，圖中三極管是共基極接法，所以使發(fā)射結(jié)的凈輸入減 小，集電極電流減小，符合正反饋的相位條件。 圖圖5 5 電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式LC振蕩器（振蕩器（CBCB） 圖圖6 6 電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式LC振蕩器（振蕩器（CE） 圖6 為另一種電感三

6、點(diǎn)式LC振蕩電路。 分析三點(diǎn)式LC振蕩電路常用如下方法，將諧振回 路的阻抗折算到三極管的各個電極之間，有Zbe、Zce、 Zcb ,如圖7所示。 圖7 三點(diǎn)式振蕩器 對于圖5 Zbe是L2、 Zce是L1、 Zcb是C。 可以證明若滿足相位平衡條件， Zbe和Zce必須同性質(zhì)， 即同為電容或同為電感，且與Zcb性質(zhì)相反。 對于圖6 起振條件起振條件: : 其中：L是折合到回路中與并 聯(lián)的等效總損耗電阻；是1與2的互感； 1 約為總匝數(shù)的 至 。 振蕩頻率振蕩頻率: : 電路特點(diǎn)電路特點(diǎn): : 振蕩頻率在幾十Z，易起振,頻率調(diào)節(jié)方便， 可調(diào)范圍大。 反饋信號取自1,高次諧波較強(qiáng),波形差。 L b

7、e R r ML ML FA 1 2 1 4 1 8 1 CMLLLC f )2(2 1 2 1 21 （a）CB組態(tài) （b）CE組態(tài) 圖8 電容三點(diǎn)式LC振蕩電路 與電感三點(diǎn)式LC振蕩電路類似的有 電容三點(diǎn)式LC振蕩電路，見圖8。 4 電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式LC振蕩器振蕩器( (考畢茲考畢茲) ) 對于圖8（b) 起振條件起振條件: : 其中：L是折合到回路中與 并聯(lián)的等效總損耗電阻。 振蕩頻率振蕩頻率: : 電路特點(diǎn)電路特點(diǎn): : 振蕩頻率較高,達(dá)幾百Z，反饋信號取自 電容,高次諧波較弱,波形較好。 頻率調(diào)節(jié)較不方便，振蕩頻率較高時,受三 極管極間電容影響而使頻率穩(wěn)定度下降。 L be R

8、r C C FA 1 2 1 21 21 2 1 2 1 CC CC L LC f 電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式LCLC振蕩器的改進(jìn)振蕩器的改進(jìn) 型型 改進(jìn)目標(biāo): 1.提高fo穩(wěn)定性； 2.方便fo的調(diào)節(jié)。 克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器: : 特點(diǎn)特點(diǎn): : 1.fo 1.fo穩(wěn)定度較高；穩(wěn)定度較高； 2.Fo 2.Fo在小范圍內(nèi)在小范圍內(nèi) 調(diào)節(jié)方便；調(diào)節(jié)方便； 3.fo 3.fo較高時，較高時，vovo 明顯下降；明顯下降； 圖中圖中C C C C1 1（C C2 2） 西勒振蕩器：西勒振蕩器： 因因C C3 3的取值對輸出幅度和頻率覆蓋系數(shù)有影的取值對輸出幅度和頻率覆蓋系數(shù)有影 響，故這里改用固定電容

9、，避免響，故這里改用固定電容，避免f fo o高時輸出幅度高時輸出幅度 的下降，而的下降，而f fo o的調(diào)節(jié)則由的調(diào)節(jié)則由C C完成；另外，采用負(fù)完成；另外，采用負(fù) 溫度系數(shù)的溫度系數(shù)的C C還可補(bǔ)償還可補(bǔ)償L L的溫度系數(shù)引起的的溫度系數(shù)引起的f fo o漂移，漂移， 故運(yùn)用廣泛。故運(yùn)用廣泛。 例1：圖11.13為一個三點(diǎn)式振蕩電路 試判斷是否滿足相位平衡條件。 (a) (b) 圖9 例題1的電路圖 例1 LC振蕩電路的頻率穩(wěn)定度取決于LC諧振回路的品 質(zhì)因數(shù)Q（= ）的大小，為此，應(yīng)盡量減小回 路的損耗電阻，并增大L/C的值，由于材料、體積的限 制，以及分布及雜散電容的影響，一般LC回路

10、的Q值 最高只達(dá)數(shù)百，即便采取各種措施，頻率穩(wěn)定度也難 超過10-5的數(shù)量級，此時往往采用高Q值的石英晶體諧 振器代替一般的LC回路。 石英晶體具有較高的L/C值，構(gòu)成的振蕩電路的頻 率穩(wěn)定度可達(dá)10-610-11數(shù)量級，故得到廣泛的應(yīng)用。 5 石英晶體石英晶體LC振蕩電路振蕩電路 C L RR L O 1 . .石英諧振器的基本特性和等效電路石英諧振器的基本特性和等效電路 利用石英晶體作諧振器是因其有壓電效應(yīng)：利用石英晶體作諧振器是因其有壓電效應(yīng)： 正壓電效應(yīng)：逆壓電效應(yīng)：正壓電效應(yīng)：逆壓電效應(yīng)： 機(jī)械形變機(jī)械形變 諧振原理： 外加交變電壓機(jī)械振動表面周期性地產(chǎn)生 正負(fù)電荷從外電路看相當(dāng)于有

11、一交流電流流過 晶片振幅最大 交流電流最大壓電諧振 )( QENE )( QE ov ff 當(dāng)時當(dāng)時 等效電路： 兩個諧振頻率：兩個諧振頻率： .L.Lg gC Cg gR Rg g支路（串聯(lián)支路）支路（串聯(lián)支路） 2.L 2.Lg gC Cg gR Rg gC Co o支路（并聯(lián)支路）支路（并聯(lián)支路） 因為因為CoC,CoC,所以所以f fp pffs s 可在晶體兩端并聯(lián)電容 可在晶體兩端并聯(lián)電容C C（不宜過大，（不宜過大， 會影響會影響Q Q值）通過調(diào)節(jié)值）通過調(diào)節(jié)C C實(shí)現(xiàn)頻率微實(shí)現(xiàn)頻率微 調(diào)，通常晶體產(chǎn)品上所標(biāo)頻率是指調(diào)，通常晶體產(chǎn)品上所標(biāo)頻率是指 并聯(lián)電容并聯(lián)電容C=30pFC=

12、30pF時的振蕩頻率。時的振蕩頻率。 LC fs 2 1 o s o o p C C f CC CC L f 1 2 1 利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點(diǎn)，構(gòu) 成LC振蕩電路，如圖10所示。 (a)串聯(lián)型 f0 =fs （b）并聯(lián)型 fs f0fp 圖10 石英晶體振蕩電路 2.2.兩種石英晶體振蕩電路兩種石英晶體振蕩電路 石英晶體的 阻抗頻率特性曲 線見圖11.15, 圖11 石英晶體的電抗曲線 它有一個串聯(lián)諧 振頻率fs,一個并 聯(lián)諧振頻率 fp， 二者十分接近。 對于圖對于圖11 (a)11 (a)的電路與電感三點(diǎn)式振蕩的電路與電感三點(diǎn)式振蕩 電路相似。要使反饋信號能傳遞到發(fā)射極，電路相似。要使反饋信號能傳遞到發(fā)射極， 為此石英晶體應(yīng)處于串聯(lián)諧振點(diǎn)，此時晶體為此石英晶體應(yīng)處于串聯(lián)諧振點(diǎn)，此時晶體 的阻抗接近為零。的阻抗接近為零。 對于圖對于圖10(b)10(b)的電路，滿足正反饋的條件，為的電路，滿足正反饋的條件，為 此，石英晶體必須呈電感性才能形成此，石英