第9章新 正弦波振蕩器

1、模 擬 電 子 技 術第第9 9章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器9.1正弦波產生電路的振蕩條件和一般問題正弦波產生電路的振蕩條件和一般問題9.2RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器9.3LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器9.4晶體振蕩器晶體振蕩器模 擬 電 子 技 術9.1正弦波產生電路的振蕩正弦波產生電路的振蕩條件和一般問題條件和一般問題正弦波產生電路的振蕩條件正弦波產生電路的振蕩條件正弦波產生電路的一般問題正弦波產生電路的一般問題模 擬 電 子 技 術信號產生電路信號產生電路( (振蕩器振蕩器Oscillators) )分類：分類：正弦波產生電路正弦波產生電路:非正弦波產生電路：非正弦波產生電路：方波、方

2、波、 三角波、三角波、 鋸齒波等鋸齒波等主要性主要性能要求：能要求：輸出信號的輸出信號的幅度準確穩(wěn)定幅度準確穩(wěn)定輸出信號的輸出信號的頻率準確穩(wěn)定頻率準確穩(wěn)定正弦波正弦波應用：應用： 用于電子儀器、通信、自動控制等用于電子儀器、通信、自動控制等模 擬 電 子 技 術正弦波產生電路的振蕩條件正弦波產生電路的振蕩條件Aidxoxix1.方框圖方框圖0ix00 xfidxx2.產生自激振蕩的條件產生自激振蕩的條件ofFxx AxxoidAxFxoo1AFfxF模 擬 電 子 技 術1AF1 1）振幅平衡條件振幅平衡條件2 FAAFn n = 0, 1, 2, 2 2）相位平衡條件（相位平衡條件（正反饋

3、正反饋）（1）平衡條件）平衡條件1AF模 擬 電 子 技 術 2AFn uf 起振起振穩(wěn)幅穩(wěn)幅1AF （2）起振條件）起振條件Aidxox微弱的電擾動中，某一頻微弱的電擾動中，某一頻率成分通過正反饋逐漸放率成分通過正反饋逐漸放大，則產生正弦振蕩。大，則產生正弦振蕩。fxF模 擬 電 子 技 術1. 放大電路放大電路 A2. 正反饋網絡正反饋網絡 F3. 選頻率網絡選頻率網絡實現(xiàn)單一頻率的振蕩實現(xiàn)單一頻率的振蕩4. 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)使振蕩穩(wěn)定、波形好使振蕩穩(wěn)定、波形好滿足振蕩條件滿足振蕩條件 1. 1.正弦波產生電路的組成正弦波產生電路的組成: :正弦波產生電路的一般問題正弦波產生電路的一般問題

4、 2. 2.振蕩電路的兩種結構：振蕩電路的兩種結構：模 擬 電 子 技 術放大器放大器選頻正選頻正反饋網絡反饋網絡UoUfUi選頻選頻放大器放大器正反饋正反饋網絡網絡UoUfUi3.3.正弦波產生電路的分類正弦波產生電路的分類: :RC 振蕩器振蕩器( (用于低頻用于低頻) )LC 振蕩器振蕩器( (用于高頻用于高頻) )石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器( (頻率穩(wěn)定度高頻率穩(wěn)定度高) )按選頻網絡分按選頻網絡分模 擬 電 子 技 術1） 檢查電路組成檢查電路組成2） 是否滿足相位條件是否滿足相位條件4.4.正弦波產生電路的分析方法正弦波產生電路的分析方法: :3） 是否滿足幅值條件是否滿足幅值條

5、件4） 是否滿足起振到穩(wěn)幅是否滿足起振到穩(wěn)幅5） 計算頻率計算頻率模 擬 電 子 技 術RC串并聯(lián)選頻網絡串并聯(lián)選頻網絡RC橋式振蕩器橋式振蕩器9.2RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器模 擬 電 子 技 術RC串并聯(lián)選頻網絡串并聯(lián)選頻網絡1. 電路組成電路組成模 擬 電 子 技 術ZZZUUFu21212.CjRZ11RCjRZ12其中其中2. 電路分析電路分析模 擬 電 子 技 術)j1/(j1Cj1/12CRCRRUUFu)1( j31RCRC )-(3100j模 擬 電 子 技 術 0 Fu .31 0 f90 90 3/arctan00F 200)/(91 uF式中式中: 0 = 1/RC當

6、當 = 0 時時 Fu = 1/3. = 00031jFu模 擬 電 子 技 術1. . 電路電路組成：組成：RC橋式振蕩器橋式振蕩器模 擬 電 子 技 術2. . 電路分析：電路分析：（1 1）看組成）看組成 （2 2）看放大）看放大（3 3）看是否滿足相位條件）看是否滿足相位條件（4 4）看是否滿足幅值條件）看是否滿足幅值條件iUfUCRf8R1RoUCR（5 5）計算振蕩頻率）計算振蕩頻率模 擬 電 子 技 術4. .振蕩器的起振與穩(wěn)幅振蕩器的起振與穩(wěn)幅8CR1RfRoUCRfU模 擬 電 子 技 術5. 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施熱敏電阻穩(wěn)幅熱敏電阻穩(wěn)幅8CR1RfRiUoUCRfU起振時，應使

7、起振時，應使 Au 3，穩(wěn)幅后，穩(wěn)幅后 Au = 3。 負溫度系數負溫度系數 )/1(1fuffRRART模 擬 電 子 技 術二極管穩(wěn)幅二極管穩(wěn)幅12.4 k R2 8.1 k 起振時信號小，起振時信號小，二極管電阻大二極管電阻大Au 1 + (R2+ R3)/R1 3R2 2R1 R3起振后二極管電阻逐漸減小，起振后二極管電阻逐漸減小，Au 1 + R2/R1 = 3R2 =2R1f0 = 1.94 kHzRCf 2108R1R2oUV1V2R38.2 k 6.2 k 22 k 4.3 k 0.01 F8.2 k 0.01 F模 擬 電 子 技 術掌握掌握RC正弦波振蕩器的分析方法正弦波振

8、蕩器的分析方法iUfU正反饋放大器正反饋放大器選頻網絡選頻網絡模 擬 電 子 技 術9.3LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器LCLC諧振回路的選頻特性諧振回路的選頻特性 變壓器耦合變壓器耦合LCLC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 三點式三點式LCLC正弦波振蕩器正弦波振蕩器模 擬 電 子 技 術類型：類型：變壓器反饋式變壓器反饋式 、 電感三點式、電感三點式、 電容三點式電容三點式LCLC諧振回路的選頻特性諧振回路的選頻特性串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路（主要）并聯(lián)諧振回路（主要）并聯(lián)諧振回路LC諧振回路諧振回路 LC并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路模 擬 電 子 技 術（2）分析）分析LrCIs.L 的等的等效損耗效

9、損耗電阻電阻Z)1( j1/CrrLrCL )j(j1)j(j1LrCLrCZ 諧振頻率諧振頻率 f0 1 0，LC LCf210 （1）電路）電路模 擬 電 子 技 術 變壓器耦合變壓器耦合LCLC正弦波振蕩器正弦波振蕩器根據放大電路的組態(tài)（共根據放大電路的組態(tài)（共e e、共、共b b）和諧振回）和諧振回路的接法分為：路的接法分為：發(fā)射極調諧發(fā)射極調諧、基極調諧基極調諧和和集集電極調諧電極調諧三種電路三種電路1 1、共射集電極調諧型變壓器耦合、共射集電極調諧型變壓器耦合LCLC振蕩器振蕩器主要分析振蕩電路能否振蕩，計算振蕩頻率主要分析振蕩電路能否振蕩，計算振蕩頻率模 擬 電 子 技 術L L

10、C C+VCCVRERB1RB2C CE EC CB Bo180A180 F o360AF滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件LCf 210模 擬 電 子 技 術2 2、共基發(fā)射極調諧型變壓器耦合、共基發(fā)射極調諧型變壓器耦合LCLC振蕩器振蕩器UiUf0A0F0 AF 滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件LCf 210模 擬 電 子 技 術共發(fā)射基極調諧型變壓器耦合共發(fā)射基極調諧型變壓器耦合LCLC振蕩器振蕩器UiUfo180A180Fo360AF滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件LCf 21032LLL3 3、模 擬 電 子 技 術4 4、應用、應用頻率更高時，由于互感線圈的分布電容的存頻率更高時，由

11、于互感線圈的分布電容的存在，限制了其頻率的提高在，限制了其頻率的提高共基極放大電路的截止頻率共基極放大電路的截止頻率 大于共發(fā)射大于共發(fā)射極放大電路的截止頻率極放大電路的截止頻率 ，所以共基極，所以共基極LCLC振蕩電路的產生的正弦波頻率比較高且穩(wěn)定，振蕩電路的產生的正弦波頻率比較高且穩(wěn)定，適用于中、短波適用于中、短波ff模 擬 電 子 技 術1、什么叫三點式、什么叫三點式LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 三點式三點式LCLC正弦波振蕩器正弦波振蕩器把并聯(lián)把并聯(lián)LC回路中的回路中的C或或L分成兩個，則分成兩個，則LC回路就回路就有三個端點。把這三個端點分別與有三個端點。把這三個端點分別與三極管的三

12、個三極管的三個極極或者與或者與場效應管的三個電極場效應管的三個電極或者與或者與集成運放集成運放的的同相輸入端、反相輸入端、輸出端同相輸入端、反相輸入端、輸出端相連就形成了相連就形成了LC三點式正弦波發(fā)生電路。三點式正弦波發(fā)生電路。模 擬 電 子 技 術結論結論：在：在LC三點式正弦波發(fā)生電路中，為了三點式正弦波發(fā)生電路中，為了 滿足產生振蕩的相位平衡條件，同性滿足產生振蕩的相位平衡條件，同性 質電抗的中間點必須接集成運放的同質電抗的中間點必須接集成運放的同 相輸入端相輸入端。模 擬 電 子 技 術C C+VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL L1 1L L2 2C C1 1M12

13、3oUiUfU3、 電感三點式電感三點式 振蕩電路振蕩電路哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器 ( (Hartly）模 擬 電 子 技 術 )2(2121210CMLLLCf 優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點：易起振易起振( (L 間耦合緊間耦合緊) )；易調節(jié)易調節(jié)( (C 可調可調) )。輸出取自電感，對輸出取自電感，對高次諧波阻抗大高次諧波阻抗大，輸出波形差。輸出波形差。模 擬 電 子 技 術LCCCCLCf212102121 +VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL LC C1 1C C2 2123oUiUfU4、 電容三點式電容三點式 振蕩電路振蕩電路考畢茲振蕩器考畢茲振蕩器 ( (Colpi

14、tts) )模 擬 電 子 技 術優(yōu)點：波形較好優(yōu)點：波形較好缺點：缺點：2) ) V 極間電容影響極間電容影響 f01) ) 調頻時易停振調頻時易停振模 擬 電 子 技 術3211111CCCC 212130LCLCf 電容三點電容三點式的改進式的改進+VCCVRERB1RB2C CE EC CB BL LC C1 1C C2 2123L LC3模 擬 電 子 技 術1） 看組成看組成2） 看放大看放大3） 看反饋看反饋五步分析法五步分析法: :4） 看幅度看幅度5） 求頻率求頻率（找到環(huán)、斷回路、加輸入、（找到環(huán)、斷回路、加輸入、看反饋）看反饋）模 擬 電 子 技 術例例1模 擬 電 子

15、技 術例例2模 擬 電 子 技 術1） 并聯(lián)諧振回路的有關知識并聯(lián)諧振回路的有關知識2） 變壓器耦合變壓器耦合LC正弦波振蕩器的電路正弦波振蕩器的電路分析（會判斷能否振蕩、會計算頻率）分析（會判斷能否振蕩、會計算頻率）3） 三點式振蕩器的構成原則、判斷方法，三點式振蕩器的構成原則、判斷方法，點感、電容三點式的特點和應用場合點感、電容三點式的特點和應用場合4）LC振蕩電路一般都用晶體管振蕩電路一般都用晶體管模 擬 電 子 技 術9.4晶體振蕩器晶體振蕩器石英晶體的基本知識石英晶體的基本知識 晶體振蕩器晶體振蕩器模 擬 電 子 技 術1、結構和符號、結構和符號化學成分化學成分 SiO2結構結構晶片

16、晶片涂銀層涂銀層焊點焊點符號符號石英晶體的基本知識石英晶體的基本知識模 擬 電 子 技 術2、 壓電效應壓電效應形變形變形變形變機械振動機械振動壓電諧振壓電諧振外加交變外加交變電壓的頻率等電壓的頻率等于晶體固有頻于晶體固有頻率時，機械振率時，機械振動幅度急劇加動幅度急劇加大的現(xiàn)象。大的現(xiàn)象。模 擬 電 子 技 術3、 等效電路等效電路rqC0CqLqLq 晶體的動態(tài)電感晶體的動態(tài)電感 ( (10 3 102 H) )( (大大) )Cq 晶體的動態(tài)電容晶體的動態(tài)電容 ( ( 0.1 pF) )( (小小) )rq 等效摩擦損耗電阻等效摩擦損耗電阻( (小小) ) 1qqqCLrQ Co 晶片靜

17、態(tài)電容晶片靜態(tài)電容 ( (幾幾 幾十幾十 pF) )模 擬 電 子 技 術 1qqqCLrQ 4、頻率特性和諧振頻率、頻率特性和諧振頻率fXfPfS容性容性感性 21 qqSCLf 1 0202CCLCCCLXqqqqq 1 0qSCCf 10202CCLCCCLXqqqqq模 擬 電 子 技 術5） 使用注意使用注意2) )要有合適的激勵電平。過大會影響要有合適的激勵電平。過大會影響 頻率穩(wěn)定度、振壞晶片；過小會使頻率穩(wěn)定度、振壞晶片；過小會使 噪聲影響大，還能停振。噪聲影響大，還能停振。1) )要要接接一定的負載電容一定的負載電容 CL( (微調微調) )， 以以達標稱頻率達標稱頻率fN。

18、此時石英晶體相當于電感；。此時石英晶體相當于電感；或者不接，串聯(lián)諧振，相當于電阻或者不接，串聯(lián)諧振，相當于電阻模 擬 電 子 技 術1、 構成晶體振蕩器的構成晶體振蕩器的原則原則 1 1）并聯(lián)型晶體振蕩器）并聯(lián)型晶體振蕩器 把晶體當作電感代替三點式電路把晶體當作電感代替三點式電路 中其中一個電感中其中一個電感 晶體振蕩器晶體振蕩器 2 2）串聯(lián)型晶體振蕩器）串聯(lián)型晶體振蕩器晶體串聯(lián)諧振，相當于電阻，構成正反饋晶體串聯(lián)諧振，相當于電阻，構成正反饋模 擬 電 子 技 術1） 并聯(lián)型并聯(lián)型fs f fp，晶體，晶體呈感性呈感性2、 構成晶體振蕩器的具體電路構成晶體振蕩器的具體電路模 擬 電 子 技

19、術+VCCVRERB1RB2C CE EC C3 3C C1 1C C2 2RC模 擬 電 子 技 術+VCCVRERB1RB2C CB BL LC C2） 串聯(lián)型串聯(lián)型 f = fs，晶體，晶體呈純阻呈純阻模 擬 電 子 技 術+VCCV1RERB1RB2C CRCRRE2V2模 擬 電 子 技 術小小 結結第第 9 章章模 擬 電 子 技 術一、信號產生電路的分類：一、信號產生電路的分類：正弦波振蕩正弦波振蕩:RC 振蕩器振蕩器 ( (低頻低頻) )LC 振蕩器振蕩器 ( (高頻高頻) )石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器( (振蕩頻率精確振蕩頻率精確) )模 擬 電 子 技 術二、二、正弦波振

20、蕩正弦波振蕩條件、電路結構和選頻電路條件、電路結構和選頻電路1. 振蕩條件振蕩條件 振幅平衡條件振幅平衡條件2 FAAFn 相位平衡條件相位平衡條件n = 0, 1, 2, 1 uuFA判斷電路是否起振采用判斷電路是否起振采用瞬時極性法，瞬時極性法，即斷開反饋即斷開反饋網絡，加一信號，如果信號極性逐級變化后，網絡，加一信號，如果信號極性逐級變化后，返回后與原信號同極性，則滿足相位平衡條件。返回后與原信號同極性，則滿足相位平衡條件。模 擬 電 子 技 術2. 振蕩電路的兩種結構振蕩電路的兩種結構放大器放大器選頻正選頻正反饋網絡反饋網絡UoUfUi選頻選頻放大器放大器正反饋正反饋網絡網絡UoUfUi3. 選頻電路及其特性選頻電路及其特性模 擬 電 子 技 術1) ) RC 串并聯(lián)式串并聯(lián)式幅幅頻頻特特性性 0 Fu .31相相頻頻特特性性 0 f90 90當當 = 0 = 1/RC 時時 Fu = 1/3. = 0電電路路模 擬 電 子 技 術2) ) LC并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路L Lu uC Cr r + +i ii iL Li iC C阻抗幅頻特性阻抗幅頻特性電路電路 0Z Z 0 阻抗相頻特