RC正弦波振蕩電路的振蕩頻率與R實用教案

1、6.1.1. 振蕩振蕩(zhndng)的條的條件件fidXXX-=改成正反饋改成正反饋只有(zhyu)正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。6.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路(zhn dn din l)的基本原理的基本原理+Xi f基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡FX+doXX第1頁/共38頁第一頁，共39頁。如果：,ifXX=則去掉,iX仍有信號輸出。反饋信號代替(dit)了放大電路的輸入信號。Xi +f基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡FX+doXXXdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡FXX第2頁/共38頁第二頁，共39頁。FA=1Xd=Xf所以(suy)，自激振蕩條件也可以寫

2、成：自激振蕩的條件(tiojin)：（1）振幅條件：1|=AF（2）相位條件：pjjnFA2=+n是整數(shù)1.=FAAAAj=|因為：FFFj=|.動畫演示(ynsh)Xdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡FXX第3頁/共38頁第三頁，共39頁。6.1.2.振蕩的物理振蕩的物理(wl)過程過程起振條件(tiojin)(tiojin)：結(jié)果(ji gu)(ji gu)：產(chǎn)生增幅振蕩1|FA（略大于）1 1、被動：器件非線性2 2、主動：在反饋網(wǎng)絡中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的增益穩(wěn)幅過程：起振時，1|FA穩(wěn)定振蕩時，1|=FA穩(wěn)幅措施：起振過程Xdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)

3、絡反饋網(wǎng)絡FXX第4頁/共38頁第四頁，共39頁。接通電源(dinyun)后，各種電擾動放大(fngd)選 頻 正反饋 再放大(fngd)再正反饋 振蕩器輸出電壓器件進入非線性區(qū) 穩(wěn)幅振蕩過程：第5頁/共38頁第五頁，共39頁。1.1.放大電路2.2.正反饋網(wǎng)絡3.3.選頻網(wǎng)絡只對一個頻率滿足振蕩條件，從而獲得單一頻率的正弦波輸出。 常用的選頻網(wǎng)絡有RCRC選頻和LCLC選頻4.4.穩(wěn)幅電路使電路易于起振又能穩(wěn)定振蕩，波形(b xn)(b xn)失真小。6.1.3.6.1.3.正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路(zhn (zhn dn din l)dn din l)的組成的組成第6頁/共38頁第六頁

4、，共39頁。6.1.46.1.4、正弦波振蕩電路、正弦波振蕩電路(zhn (zhn dn din l)dn din l)的分析方法的分析方法 （一）判斷電路能否產(chǎn)生正弦波 1、檢查電路中是否存在(cnzi)放大電路、正反饋網(wǎng)絡、選頻網(wǎng)絡、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。 2、檢查放大電路能否正常工作，即能否建立合適的靜態(tài)工作點并能正常放大。 3、利用瞬時極性法判斷電路是否引入了正反饋，即是否滿足相位平衡條件。（二）計算(j sun)振蕩頻率、求起振條件第7頁/共38頁第七頁，共39頁。 由維持振蕩的條件(tiojin) 可知， 為實數(shù)，因此只要令復數(shù)表示式的虛部等于零，對頻率求解，即可求得振蕩頻率。將振蕩頻率代入起

5、振條件(tiojin) ，可求出滿足起振條件(tiojin)的有關電路參數(shù)值，即常用的以電路參數(shù)表示的起振條件(tiojin)。 FAFA（二）計算振蕩(zhndng)頻率、求起振條件FA第8頁/共38頁第八頁，共39頁。6.1.5、正弦波振蕩電路與負反饋放大(fngd)電路自激的比較振蕩電路振蕩電路負反饋電路負反饋電路反饋(fnku)極性不同引入正反饋產(chǎn)生(chnshng)自激振蕩引入負反饋改善電路性能電路結(jié)構(gòu)保證正反饋存在電抗元件使負反饋變正利用自激振蕩避免自激振蕩振蕩條件不同目的不同第9頁/共38頁第九頁，共39頁。6 . 2 RC橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路(zhn dn di

6、n l)6.2.1. RC 6.2.1. RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(wnglu)(wnglu)R1C1 串聯(lián)串聯(lián)(chunlin)阻抗：阻抗：212ofZZZUUF+=)j/1 (111CRZ+=222222j1 )j/1/(CRRCRZ+=R2C2 并聯(lián)阻抗：并聯(lián)阻抗：選頻特性：第10頁/共38頁第十頁，共39頁。212UUZZZFof+)j/1 (111CRZ+=222222j1)j/1/(CRRCRZ+=通常(tngchng)R1R2R，C1C2C，則有)1(j)1(1j1j1j11212122122211222CRRCCCRRCRRCRCRR-+)(RC1RCj31F-+=若

7、令 RC10=則上式變?yōu)?(-+=00j31F因為(yn wi)式中2f ，02f0 ffff00j3FRC2 f0 200231Ffffffjarctg 300ffff第11頁/共38頁第十一頁，共39頁。RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(wnglu)完整的頻率特性曲線：RC10= = 當 時， F= Fmax=1/30F=jRC10=RCfp p210= = Fo +90o |F|1/3第12頁/共38頁第十二頁，共39頁。6.2.2.基本電路形式及振蕩(zhndng)的建立過程0=Aj在 f0 處,0=Fj1.滿足(mnz)相位條件：因為(yn wi)：AF=131=F1f+=RRA1f2RR=只需：A=

8、3輸出正弦波頻率輸出正弦波頻率：RCfp210=0=+FAjj2.振幅條件：引入負反饋：選：RC橋式正弦波振蕩電路1f2RR3.起振條件第13頁/共38頁第十三頁，共39頁。4、穩(wěn)幅措施(cush)半導體熱敏電阻半導體熱敏電阻(負溫度系數(shù)）負溫度系數(shù)）起振時Rt較大 使A3,易起振。 當uo幅度自激增長時， Rt減小，A減小。 當uo幅度達某一值時， A3。 當uo進一步增大時， RT再減小 ,使Ar )1( jjj1CLrLC-+ Z )(C1LjrCL-+L= C1電路發(fā)生并聯(lián)諧振。其諧振角頻率為 LC10 f0 LC21p第18頁/共38頁第十八頁，共39頁。 Q為諧振(xizhn)回路

9、的品質(zhì)因數(shù)，Q值越大，曲線越陡越窄，選頻特性越好。CLQCQLQRCLZ= = = = =000 諧振時LCLC并聯(lián)諧振電路(dinl)(dinl)相當一個大電阻。LC并聯(lián)諧振(xizhn)回路的幅頻特性曲線o |Z|Q小小Q大大+ffff000Qj1ZZ 20020ffff1QZZffff00Q=jarctg 第19頁/共38頁第十九頁，共39頁?；ジ芯€圈(xinqun)的極性判別1234初級線圈初級線圈次級線圈次級線圈同名端同名端1234+ 在LC振蕩器中，反饋信號通過(tnggu)互感線圈引出同名(tngmng)端：第20頁/共38頁第二十頁，共39頁。6.3.2. 變壓器反饋變壓器反饋

10、(fnku)式式LC振振蕩電路蕩電路 工作(gngzu)原理：三極管共射放大器。三極管共射放大器。利用互感利用互感(hgn)線圈的同名端：線圈的同名端：180=Aj180=Fj360=+AAjj 滿足相位條件。振蕩頻率振蕩頻率:LCfp210第21頁/共38頁第二十一頁，共39頁。判斷是否是滿足判斷是否是滿足相位相位(xingwi)條條件件相位相位(xingwi)平衡法：平衡法： 斷開反饋到放大斷開反饋到放大器的輸入器的輸入(shr)端端點，假設在輸入點，假設在輸入(shr)端加入一正端加入一正極性的信號，用瞬時極性的信號，用瞬時極性法判定反饋信號極性法判定反饋信號的極性。若反饋信號的極性。若

11、反饋信號與輸入與輸入(shr)信號信號同相，則滿足相位條同相，則滿足相位條件；否則不滿足。件；否則不滿足。(+)(-)(+)第22頁/共38頁第二十二頁，共39頁。(+)(+)(+)(+)LC正弦波振蕩器舉例正弦波振蕩器舉例(j l)滿足(mnz)相位平衡條件第23頁/共38頁第二十三頁，共39頁。（+）（+）（）（+） LC正弦波振蕩器舉例正弦波振蕩器舉例(j l)振蕩振蕩(zhndng)頻率頻率:（）LCfp210滿足(mnz)相位平衡條件第24頁/共38頁第二十四頁，共39頁。仍然由LC并聯(lián)諧振電路(dinl)構(gòu)成選頻網(wǎng)絡6.3.3. 電感電感(din n)三點式三點式LC振振蕩電路蕩電

12、路原理(yunl)：uf與uo反相uf與uo同相電感三點式：電容三點式：uf與uo反相uf與uo同相第25頁/共38頁第二十五頁，共39頁。 電感(din n)三點式LC振蕩電路振蕩(zhndng)頻率：CMLLLCf)2(2121210+ + += = =p pp p第26頁/共38頁第二十六頁，共39頁。6.3.4. 電容電容(dinrng)三點式三點式LC振蕩振蕩電路電路振蕩(zhndng)頻率：212102121CCCCLLCf+ + = = =p pp p第27頁/共38頁第二十七頁，共39頁。例：試判斷(pndun)(pndun)下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。3021

13、LCfpV2eRRRb1CCcceb2c1RbCCLC3第28頁/共38頁第二十八頁，共39頁。Q值越高，選頻特性越好，頻率(pnl)越穩(wěn)定。6.4 石英晶體石英晶體(jngt)振蕩振蕩電路電路頻率穩(wěn)定度一般由 來衡量0ff 頻率偏移量。f 0f振蕩頻率。LC振蕩電路(zhn dn din l) Q 幾百石英晶體振蕩電路 Q 10000 500000 頻率穩(wěn)定問題第29頁/共38頁第二十九頁，共39頁。6.4.1. 石英石英(shyng)晶體的特性及等效電晶體的特性及等效電路路（一）結(jié)構(gòu)(jigu)及壓電效應：極板(j bn)間加電場極板間加機械力晶體機械變形晶體產(chǎn)生電場交變電壓機械振動交變電

14、壓機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關，穩(wěn)定性高。當交變電壓頻率 = 固有頻率時，振幅最大 符號壓電諧振壓電效應： 基本特性第30頁/共38頁第三十頁，共39頁。（二）石英(shyng)晶體的等效電路等效電路：LCfp p21s= =（1）串聯(lián)(chunlin)諧振（三）電抗(dinkng)特性： 晶體等效純阻且阻值00p121CCLCf+ += =p p（2）并聯(lián)諧振通常0CC 0s1CCf+ += =所以很很接接近近與與 psfffX感性感性0fsfp容性容性第31頁/共38頁第三十一頁，共39頁。6.4.2. 石英晶體石英晶體(jngt)正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的

15、特點(tdin)，構(gòu)成LC振蕩電路。1. 并聯(lián)(bnglin)型石英晶體振蕩器 石英晶體工作在fs s與fp p之間，相當一個大電感，與C C1 1、C C2 2組成電容三點式振蕩器。由于石英晶體的Q值很高，可達到幾千以上，所以電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。fX感性感性0fsfp容性容性第32頁/共38頁第三十二頁，共39頁。2. 串聯(lián)(chunlin)型石英晶體振蕩器 石英晶體工作在fs處，呈電阻性，而且阻抗最小，正反饋最強，相移為零,滿足振蕩的相位平衡條件。 對于fs以外的頻率，石英晶體阻抗增大(zn d),且相移不為零，不滿足振蕩條件，電路不振蕩。 fX感性感性0fsfp容性容性U+VRRRRebbe122C(+)(+).oCC1RRb1c(+)第33頁/共38頁第三十三頁，共39頁。例：分析下圖的振蕩電路能否產(chǎn)生振蕩，若產(chǎn)生振蕩, ,石英(shyn