正弦波振蕩電路

1、正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路振蕩器：振蕩器：信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路分類：分類：正弦波振蕩正弦波振蕩非正弦波振蕩：非正弦波振蕩：RC 振蕩器振蕩器( (1 kHz 數(shù)百數(shù)百 kHz) )LC 振蕩器振蕩器( (幾百幾百 kHz 以上以上) )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) )方波、方波、 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幅度準(zhǔn)確穩(wěn)定準(zhǔn)確穩(wěn)定輸出信號的輸出信號的頻率頻率準(zhǔn)確穩(wěn)定準(zhǔn)確穩(wěn)定一、振蕩的概念一、振蕩的概念1. 自激振蕩現(xiàn)象自激振蕩現(xiàn)象當(dāng)擴(kuò)音器的音量開得太大時(shí)，會(huì)引起一陣刺耳的哨叫聲。當(dāng)擴(kuò)音器的音量開得太大時(shí)

2、，會(huì)引起一陣刺耳的哨叫聲。 圖圖1 擴(kuò)音系統(tǒng)中的電聲振蕩擴(kuò)音系統(tǒng)中的電聲振蕩 這種現(xiàn)象是由于當(dāng)揚(yáng)聲器靠近話筒時(shí)，來自揚(yáng)聲器這種現(xiàn)象是由于當(dāng)揚(yáng)聲器靠近話筒時(shí)，來自揚(yáng)聲器的聲波激勵(lì)話筒，話筒的聲波激勵(lì)話筒，話筒感應(yīng)電壓感應(yīng)電壓，輸入放大器，然后揚(yáng)，輸入放大器，然后揚(yáng)聲器又把放大了的聲音再送回話筒，形成聲器又把放大了的聲音再送回話筒，形成正反饋正反饋。如此。如此反復(fù)循環(huán)，就形成了聲電和電聲的自激振蕩哨叫聲。反復(fù)循環(huán)，就形成了聲電和電聲的自激振蕩哨叫聲。 放大電路在放大電路在沒有輸入信號的情況下有輸出信號，沒有輸入信號的情況下有輸出信號，即即產(chǎn)生了自激振蕩。產(chǎn)生了自激振蕩。2. 產(chǎn)生正弦波自激振蕩的條

3、件產(chǎn)生正弦波自激振蕩的條件（1）振蕩條件）振蕩條件放大器放大器反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)UiAuFuUoUfRL微弱的電擾動(dòng)中，某一頻微弱的電擾動(dòng)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(chǎn)生正弦振蕩。大，則產(chǎn)生正弦振蕩。;ioUUAu ;ofUUFu 1 uuFA 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合閘瞬間電流突變合閘瞬間電流突變在電路處在穩(wěn)定工作狀態(tài)，沒有輸入情況下，維持在電路處在穩(wěn)定工作狀態(tài)，沒有輸入情況下，維持 不不變，就必須：變，就必須：ifUU0U 振幅平衡條件振幅平衡條件2 FAAFn 相位平衡條件相位平

4、衡條件n = 0, 1, 2, 1 uuFA振幅平衡條件：說明反饋信號與輸入信號幅值要相等振幅平衡條件：說明反饋信號與輸入信號幅值要相等 相位平衡條件：說明反饋信號與輸入信號同相相位平衡條件：說明反饋信號與輸入信號同相（2）起振條件起振條件起振條件起振條件 2AFn 1 AF iouuAu ofuuFu 放大器放大器Au反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FuUoUfUiuf 起振起振穩(wěn)幅穩(wěn)幅起振時(shí)反饋信號比輸入信號幅值要大起振時(shí)反饋信號比輸入信號幅值要大3. 自激式振蕩器的組成自激式振蕩器的組成一個(gè)自激式振蕩器由以下幾部分組成：一個(gè)自激式振蕩器由以下幾部分組成：基本放大電路基本放大電路 作用是對反饋信號進(jìn)行放大

5、；作用是對反饋信號進(jìn)行放大；選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò) 作用是獲得單一確定的振蕩頻率；作用是獲得單一確定的振蕩頻率；正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò) 作用是將輸出回路中的能量取出一部作用是將輸出回路中的能量取出一部分加到基本放大器的輸入端。分加到基本放大器的輸入端。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 保持輸出幅度穩(wěn)定保持輸出幅度穩(wěn)定二、二、 LC 正弦波振蕩電器正弦波振蕩電器類型：類型：變壓器反饋式變壓器反饋式 、 電感三點(diǎn)式、電感三點(diǎn)式、 電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式1、變壓器反饋式、變壓器反饋式 LC 振蕩電路振蕩電路LRCIs.L 的等的等效損耗效損耗電阻電阻1(j)j1(j)jRLCZRLC/11j()L RCLRR C諧振頻率諧振

6、頻率 f0 1 0，LC LCf210 ( (一一) ) LC 并聯(lián)回路的特性并聯(lián)回路的特性ZLR正弦波振蕩器的振蕩頻率正弦波振蕩器的振蕩頻率f 取決于選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)取決于選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)正弦波振蕩電器輸出的是正弦波振蕩電器輸出的是一定幅值，一定頻率的正弦波信號一定幅值，一定頻率的正弦波信號并聯(lián)諧振的本質(zhì)并聯(lián)諧振的本質(zhì) 電流諧振電流諧振LuCR +iiLiC1) ) Z = Z0 呈純阻呈純阻2) )形成形成環(huán)流環(huán)流，大小是總電流的，大小是總電流的 Q 倍倍IQILLQIZZIILLC 000CLII ICILUI（二）、變壓器反饋式（二）、變壓器反饋式LCLC正弦波振蕩器正弦波振蕩器LC+VC

7、CVRERB1RB2CECB180 A 180 F 0 AF 滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件LCf 2102. 電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式 LC 振蕩電器振蕩電器C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1 )2(2121210CMLLLCf 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：易起振易起振( (L 間耦合緊間耦合緊) )；易調(diào)節(jié)易調(diào)節(jié)( (C 可調(diào)可調(diào)) )。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。M123oUiUfU3.3.電容三點(diǎn)式振蕩電路電容三點(diǎn)式振蕩電路考畢茲振蕩器考畢茲振蕩器LCCCCLCf212102121 優(yōu)點(diǎn)：波形較好優(yōu)點(diǎn)：波形較好缺點(diǎn)：缺點(diǎn)

8、：2) ) V 極間電容影響極間電容影響 f01) ) 調(diào)頻時(shí)易停振調(diào)頻時(shí)易停振克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器3211111CCCC 31C 212130LCLCf +VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123LC3改進(jìn)改進(jìn)oUiUfU三、三、 RC 正弦振蕩正弦振蕩RC 串并聯(lián)電路選頻網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)電路選頻網(wǎng)絡(luò) 0 = 1/RCf0 = 1/2RC四、四、 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路( (一一) )石英晶體諧振器的阻抗特性石英晶體諧振器的阻抗特性1. 結(jié)構(gòu)和符號結(jié)構(gòu)和符號化學(xué)成分化學(xué)成分 SiO2結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)晶片晶片涂銀層涂銀層焊點(diǎn)焊點(diǎn)符號符號2. 壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)形變形變形變形變機(jī)械振動(dòng)機(jī)械

9、振動(dòng)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(shí)，機(jī)械振率時(shí)，機(jī)械振動(dòng)幅度急劇加動(dòng)幅度急劇加大的現(xiàn)象。大的現(xiàn)象。us3. 等效電路等效電路RqC0CqLqCo 模擬模擬晶片靜態(tài)電容晶片靜態(tài)電容( (幾幾 幾十幾十 pF) )Lq 模擬模擬機(jī)械振動(dòng)的慣性機(jī)械振動(dòng)的慣性( (10 3 102 H) )( (大大) )Cq 模擬晶體的彈性模擬晶體的彈性( (Cq 石英晶體可產(chǎn)生兩種諧振：石英晶體可產(chǎn)生兩種諧振： fs串聯(lián)諧振頻率，串聯(lián)諧振頻率，fp并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率 多諧振蕩器是一種產(chǎn)生矩形脈沖的自激振蕩器。CR1uc8 47 3 6 5552 5 10

10、.01FuoUCCR2ucuotttP1tP20UCC/32UCC/30(a) 電路(b) 工作波形接通接通UCC后，后，UCC經(jīng)經(jīng)R1和和R2對對C充電。當(dāng)充電。當(dāng)uc上升到上升到2UCC/3時(shí)，時(shí)，uo=0，V導(dǎo)通，導(dǎo)通，C通過通過R2和和T放電，放電，uc下降。當(dāng)下降。當(dāng)uc下降到下降到UCC/3時(shí)，時(shí)，uo又由又由0變?yōu)樽優(yōu)?，V截止，截止，UCC又經(jīng)又經(jīng)R1和和R2對對C充電。如此重復(fù)上述過程，充電。如此重復(fù)上述過程，在輸出端在輸出端uo產(chǎn)生了連續(xù)的產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。矩形脈沖。無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（多諧振蕩器）無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（多諧振蕩器）555定時(shí)器構(gòu)成水位監(jiān)控報(bào)警電路UCC4876213

11、5CR1R2CC 水位正常情況下，電容C 被短接，揚(yáng)聲器不能發(fā)音；水位下降到探測器以下時(shí)，555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器工作，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音報(bào)警。石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 石英晶體多諧振蕩器是以石英晶體作為選頻元件構(gòu)石英晶體多諧振蕩器是以石英晶體作為選頻元件構(gòu)成的多諧振蕩器。成的多諧振蕩器。 只有當(dāng)頻率為只有當(dāng)頻率為fs（串聯(lián)諧振）時(shí)，石英晶體的等效（串聯(lián)諧振）時(shí)，石英晶體的等效阻抗才最小，并且是純電阻性的。阻抗才最小，并且是純電阻性的。 諧振頻率諧振頻率fs只與晶片的幾何尺寸有關(guān)，所以諧振頻只與晶片的幾何尺寸有關(guān)，所以諧振頻率準(zhǔn)確，且穩(wěn)定性高。率準(zhǔn)確，且穩(wěn)定性高。19.（）在不

12、需要外加輸入信號的情況下，放大電路能夠（）在不需要外加輸入信號的情況下，放大電路能夠輸出持續(xù)的、有足夠幅度的輸出持續(xù)的、有足夠幅度的直流直流信號的現(xiàn)象叫振蕩。信號的現(xiàn)象叫振蕩。答案：答案： （一定幅值，一定頻率的正弦波信號）（一定幅值，一定頻率的正弦波信號）1.（）自激振蕩器是一個(gè)（）自激振蕩器是一個(gè)需外加需外加輸入信號的選頻放大器。輸入信號的選頻放大器。答案：答案：42.( )( )正弦波振蕩器的振蕩頻率正弦波振蕩器的振蕩頻率f取決于取決于 。 A.反饋強(qiáng)度反饋強(qiáng)度 B.反饋元件的參數(shù)反饋元件的參數(shù) C.放大器的放大倍數(shù)放大器的放大倍數(shù) D.選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù) 答案：答案：D233.233.（）（）LCLC振蕩器中，為容易起振而引入的反饋屬于振蕩器中，為容易起振而引入的反饋屬于 。 A.A.負(fù)反饋負(fù)反饋 B.B.正反饋正反饋 C.C.電壓反饋電壓反饋 D.D.電流反饋電流反饋答案：答案：B54. （）多諧振蕩器是一種產(chǎn)生（）多諧振蕩器是一種產(chǎn)生 的電路。的電路。A.正弦波正弦波 B.鋸齒波鋸齒波 C.矩形脈沖矩形脈沖 D.尖頂脈沖尖頂脈沖 答案：答案：C55.()石英晶體多諧振蕩器的振蕩頻率石英晶體多諧振蕩器的振蕩頻率 。 A.只決定于石英晶體本身的諧振頻率只決定于石英晶體本身的諧振頻率 B.決