模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第23講 正弦波振蕩電路

1、第二十三講 正弦波振蕩電路第二十三講 正弦波振蕩電路一、正弦波振蕩的條件和電路的組成二、RC正弦波振蕩電路三、LC正弦波振蕩電路四、石英晶體正弦波振蕩電路一、正弦波振蕩的條件和電路的組成一、正弦波振蕩的條件和電路的組成1. 正弦波振蕩的條件正弦波振蕩的條件 無(wú)外加信號(hào)，輸出一定頻率一定幅值的信號(hào)。無(wú)外加信號(hào)，輸出一定頻率一定幅值的信號(hào)。 與負(fù)反饋放大電路的振蕩的不同之處：在正弦波振蕩電與負(fù)反饋放大電路的振蕩的不同之處：在正弦波振蕩電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。在電擾動(dòng)下，對(duì)于某一特定頻率在電擾動(dòng)下，對(duì)于某一特定頻率f0的信號(hào)形成正反饋：的信號(hào)形成正反

2、饋：oioXXX 由于半導(dǎo)體器件的非線(xiàn)性特性及供電電源的限制，最由于半導(dǎo)體器件的非線(xiàn)性特性及供電電源的限制，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，穩(wěn)定在一定的幅值。終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，穩(wěn)定在一定的幅值。1. 正弦波振蕩的條件正弦波振蕩的條件211FAnFAFA 一旦產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩，則一旦產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩，則電路的輸出量自維持，即電路的輸出量自維持，即ooXFAX幅值平衡條件幅值平衡條件相位平衡條件相位平衡條件1FA起振條件：起振條件： 要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿(mǎn)足相位條件的要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿(mǎn)足相位條件的f0，且在，且在合閘通電時(shí)對(duì)于合閘通電時(shí)對(duì)于f= f0信號(hào)有從小到大直至穩(wěn)幅的過(guò)程，信號(hào)有從小到大直至穩(wěn)幅的過(guò)

3、程，即滿(mǎn)足起振條件。即滿(mǎn)足起振條件。2. 起振與穩(wěn)幅起振與穩(wěn)幅1FA電路如何從起振到穩(wěn)幅？電路如何從起振到穩(wěn)幅？oX)(ifXXooXFAAFAF穩(wěn)定的穩(wěn)定的振幅振幅非線(xiàn)性環(huán)節(jié)非線(xiàn)性環(huán)節(jié)的必要性！的必要性！3. 基本組成部分基本組成部分1) 放大電路：放大作用放大電路：放大作用2) 正反饋網(wǎng)絡(luò)：滿(mǎn)足相位條件正反饋網(wǎng)絡(luò)：滿(mǎn)足相位條件3) 選頻網(wǎng)絡(luò)：確定選頻網(wǎng)絡(luò)：確定f0，保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩，保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩4) 非線(xiàn)性環(huán)節(jié)（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）：穩(wěn)幅非線(xiàn)性環(huán)節(jié)（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）：穩(wěn)幅1) 是否存在主要組成部分；是否存在主要組成部分；2) 放大電路能否正常工作，即是否有合適的放大電路能否正常工作，即是否

4、有合適的Q點(diǎn)，信號(hào)是點(diǎn)，信號(hào)是 否可能正常傳遞，沒(méi)有被短路或斷路；否可能正常傳遞，沒(méi)有被短路或斷路；3) 是否滿(mǎn)足相位條件，即是否存在是否滿(mǎn)足相位條件，即是否存在 f0，是否可能振蕩，是否可能振蕩 ；4) 是否滿(mǎn)足幅值條件，即是否一定振蕩。是否滿(mǎn)足幅值條件，即是否一定振蕩。常合二為一常合二為一4 4、分析方法、分析方法相位條件的判斷方法：相位條件的判斷方法：瞬時(shí)極性法瞬時(shí)極性法斷開(kāi)反饋，在斷開(kāi)處給放大電路加斷開(kāi)反饋，在斷開(kāi)處給放大電路加 ff0的信號(hào)的信號(hào)Ui，且規(guī)，且規(guī)定其極性，然后根據(jù)定其極性，然后根據(jù) Ui的極性的極性 Uo的極性的極性 Uf的極性的極性若若Uf與與Ui極性相同，則電路可

5、能產(chǎn)生自激振蕩；否則電路不極性相同，則電路可能產(chǎn)生自激振蕩；否則電路不可能產(chǎn)生自激振蕩?？赡墚a(chǎn)生自激振蕩。 在多數(shù)正弦波振蕩電路在多數(shù)正弦波振蕩電路中，輸出量、凈輸入量和中，輸出量、凈輸入量和反饋量均為電壓量。反饋量均為電壓量。 iU極性？極性？5. 分類(lèi)分類(lèi)常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分類(lèi)。常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分類(lèi)。1) RC正弦波振蕩電路：幾百千赫以下正弦波振蕩電路：幾百千赫以下2) LC正弦波振蕩電路：幾百千赫幾百兆赫正弦波振蕩電路：幾百千赫幾百兆赫3) 石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定二、二、RC 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路1. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)串并

6、聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)低頻段低頻段高頻段高頻段900 0Ff，Uf900 Ff，UfUo.Uf.I.Uo.Uf.I. 在頻率從在頻率從0中必有一個(gè)頻率中必有一個(gè)頻率f0，F(xiàn)0。CRCRCRUUF j1 j1 j1of ) 1 ( j31RCRCFRC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)當(dāng)當(dāng) f=f0時(shí)，不但時(shí)，不但=0，且，且 最大，為最大，為1/3。F)( j31 21000ffffFRCf，則令1)是否可用共射放大電路？是否可用共射放大電路？2)是否可用共集放大電路？是否可用共集放大電路？3)是否可用共基放大電路？是否可用共基放大電路？4)是否可用兩級(jí)共射放大電路？是否可用兩級(jí)共射放大電路

7、？2. 電路組成電路組成 應(yīng)為應(yīng)為RC 串并聯(lián)網(wǎng)路配一個(gè)電壓放大倍數(shù)略大于串并聯(lián)網(wǎng)路配一個(gè)電壓放大倍數(shù)略大于3、輸入電、輸入電阻趨于無(wú)窮大、輸出電阻趨于阻趨于無(wú)窮大、輸出電阻趨于0的放大電路。的放大電路。不符合相位條件不符合相位條件不符合相位條件不符合相位條件輸入電阻小、輸出輸入電阻小、輸出電阻大，影響電阻大，影響f0 可引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使可引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使電壓放大倍數(shù)大于電壓放大倍數(shù)大于3，且，且Ri大、大、Ro小，對(duì)小，對(duì)f0影響小影響小3. RC橋式正弦波振蕩電路（文氏橋振蕩器）橋式正弦波振蕩電路（文氏橋振蕩器）用同相比例運(yùn)算電路作放大電路。用同相比例運(yùn)算電路作放大電路。 因同

8、相比例運(yùn)算電路有非常好的線(xiàn)因同相比例運(yùn)算電路有非常好的線(xiàn)性度，故性度，故R或或Rf可用熱敏電阻，或加可用熱敏電阻，或加二極管作為非線(xiàn)性環(huán)節(jié)。二極管作為非線(xiàn)性環(huán)節(jié)。文氏橋振蕩文氏橋振蕩器的特點(diǎn)？器的特點(diǎn)？1f2RR 頻率可調(diào)的文氏橋振蕩器頻率可調(diào)的文氏橋振蕩器 改變電容以粗調(diào)，改變電改變電容以粗調(diào)，改變電位器滑動(dòng)端以微調(diào)。位器滑動(dòng)端以微調(diào)。 加穩(wěn)壓管可以限制輸出電加穩(wěn)壓管可以限制輸出電壓的峰壓的峰-峰值。峰值。同軸同軸電位器電位器討論一：討論一：合理連接電路，組成文氏橋振蕩電路合理連接電路，組成文氏橋振蕩電路討論二：討論二：判斷圖示電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩嗎？判斷圖示電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩嗎？

9、RC 移項(xiàng)式電路移項(xiàng)式電路RC 雙雙T選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)iU 選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)。1) RC 移相電路有幾級(jí)才可移相電路有幾級(jí)才可能產(chǎn)生正弦波振蕩？能產(chǎn)生正弦波振蕩？2) 若若R 和和C 互換呢？互換呢？三、三、LC 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 1. LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性L(fǎng)CfCLRQ 2110 ， 理想理想LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在諧振時(shí)呈純阻性，且并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在諧振時(shí)呈純阻性，且阻抗無(wú)窮大。阻抗無(wú)窮大。LCf 210諧振頻率為諧振頻率為在損耗較小時(shí)，品質(zhì)因數(shù)及諧振頻率在損耗較小時(shí)，品質(zhì)因數(shù)及諧振頻率損耗損耗 在在ff0時(shí)，電容和電感中電流各約

10、為多少？網(wǎng)絡(luò)的電時(shí)，電容和電感中電流各約為多少？網(wǎng)絡(luò)的電阻為多少？阻為多少？ 構(gòu)成正弦波構(gòu)成正弦波振蕩電路最簡(jiǎn)振蕩電路最簡(jiǎn)單的做法是通單的做法是通過(guò)變壓器引入過(guò)變壓器引入反饋。反饋。附加相移附加相移LC選頻放大電路選頻放大電路正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 當(dāng)當(dāng)f=f0時(shí)，時(shí)，電壓放大倍電壓放大倍數(shù)的數(shù)值最數(shù)的數(shù)值最大，且附加大，且附加相移為相移為0。放大電路放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)Uo2. 變壓器反饋式電路變壓器反饋式電路)(0iffUfUC1是必要的嗎？是必要的嗎？特點(diǎn)：特點(diǎn)： 易振，波形較好；耦合不緊密，易振，波形較好；耦合不緊密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。分析電路是

11、否可能產(chǎn)生正弦分析電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的步驟：波振蕩的步驟：1) 是否存在組成部分是否存在組成部分2) 放大電路是否能正常工作放大電路是否能正常工作3) 是否滿(mǎn)足相位條件是否滿(mǎn)足相位條件 為使為使N1、N2耦合緊密，將它們合二為一，組成電感反饋耦合緊密，將它們合二為一，組成電感反饋式電路。式電路。必須有合適的同銘端！必須有合適的同銘端！3. 電感反饋式電路電感反饋式電路反饋電壓取自哪個(gè)線(xiàn)圈？反饋電壓取自哪個(gè)線(xiàn)圈？反饋電壓的極性？反饋電壓的極性？)(0iffUfU必要嗎？必要嗎？ 電感的三個(gè)抽頭分別接晶電感的三個(gè)抽頭分別接晶體管的三個(gè)極，故稱(chēng)之為電體管的三個(gè)極，故稱(chēng)之為電感三點(diǎn)式電路。感三

12、點(diǎn)式電路。3. 電感反饋式電路電感反饋式電路特點(diǎn)：耦合緊密，易振，振特點(diǎn)：耦合緊密，易振，振幅大，幅大，C 用可調(diào)電容可獲得用可調(diào)電容可獲得較寬范圍的振蕩頻率。波形較寬范圍的振蕩頻率。波形較差，常含有高次諧波。較差，常含有高次諧波。減小。增大，則具有相關(guān)性；若增大與故阻就是它自身的負(fù)載，因?yàn)榉糯箅娐返妮斎腚奆ANFA 1 由于電感對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)較大的電抗，故波形中含高由于電感對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)較大的電抗，故波形中含高次諧波，為使振蕩波形好，采用電容反饋式電路。次諧波，為使振蕩波形好，采用電容反饋式電路。4. 電容反饋式（電容三點(diǎn)式）電路電容反饋式（電容三點(diǎn)式）電路iUfU)(2121210CCCC

13、Lf 若要振蕩頻率高，則若要振蕩頻率高，則L、C1、C2的取值就要小。當(dāng)電容減的取值就要小。當(dāng)電容減小到一定程度時(shí)，晶體管的極間電容將并聯(lián)在小到一定程度時(shí)，晶體管的極間電容將并聯(lián)在C1和和C2上，影上，影響振蕩頻率。響振蕩頻率。LCfCCCC21 021，則且若特點(diǎn)：波形好，振蕩頻率調(diào)整范圍小，適于頻率固定的場(chǎng)合。特點(diǎn)：波形好，振蕩頻率調(diào)整范圍小，適于頻率固定的場(chǎng)合。C與放大電路參數(shù)無(wú)關(guān)與放大電路參數(shù)無(wú)關(guān)作用？作用？四、石英晶體正弦波振蕩電路四、石英晶體正弦波振蕩電路 1. 石英晶體的特點(diǎn)石英晶體的特點(diǎn)SiO2結(jié)晶體按一定方向切割的晶片。結(jié)晶體按一定方向切割的晶片。壓電效應(yīng)和壓電振蕩：機(jī)械變形

14、和電場(chǎng)的關(guān)系壓電效應(yīng)和壓電振蕩：機(jī)械變形和電場(chǎng)的關(guān)系固有頻率只決定于其幾何尺寸，故非常穩(wěn)定。固有頻率只決定于其幾何尺寸，故非常穩(wěn)定。容性容性感性感性阻性阻性L(fǎng)CffCC21 ps0，故因 一般一般LC選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻網(wǎng)絡(luò)的Q為幾百，石英晶體的為幾百，石英晶體的Q可達(dá)可達(dá)104106；前者；前者f/f為為105，后者可達(dá)，后者可達(dá)10101011。2. 電路電路 石英晶體工作在哪個(gè)區(qū)？石英晶體工作在哪個(gè)區(qū)？ 是哪種典型的正弦波振蕩是哪種典型的正弦波振蕩電路？電路？ 石英晶體工作在哪個(gè)區(qū)？石英晶體工作在哪個(gè)區(qū)？ 兩級(jí)放大電路分別為哪種兩級(jí)放大電路分別為哪種基本接法？基本接法？ C1的作用？的作用？（1）并