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1、正弦波振蕩器的分類正弦波振蕩器的分類變壓器耦合反饋式變壓器耦合反饋式電感反饋式(電感三點式)電感反饋式(電感三點式)電容反饋式(電容三點式)電容反饋式(電容三點式)LCLC振蕩器振蕩器RCRC移相振蕩器移相振蕩器RCRC選頻振蕩器選頻振蕩器RCRC振蕩器振蕩器石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器上次課內(nèi)容上次課內(nèi)容 振蕩的基本原理振蕩的基本原理 兩種兩種RC振蕩電路振蕩電路RC移相振蕩器移相振蕩器RC選頻振蕩器選頻振蕩器基本放大基本放大電路電路Ao反饋電路反饋電路FiXoXfX反饋信號代替了放大電路的輸入信號。反饋信號代替了放大電路的輸入信號。一、振蕩的基本原理一、振蕩的基本原理起始信號的產(chǎn)生:起始信
2、號的產(chǎn)生:在電源接通時,會在電路中激起在電源接通時,會在電路中激起一個微小的擾動信號,它是個非正弦信號,含有一一個微小的擾動信號,它是個非正弦信號,含有一系列頻率不同的正弦分量。系列頻率不同的正弦分量。起振起振平衡平衡1uuFA反饋振蕩器的振蕩過程反饋振蕩器的振蕩過程1uuFA起振條件:起振條件: 1uuFA1uuFAnFA2相位起振條件相位起振條件 幅度起振條件幅度起振條件 2 , 1 , 0n平衡條件:平衡條件:1uuFA振幅平衡條件振幅平衡條件 相位平衡條件相位平衡條件 1uuFAnFA22 , 1 , 0nRR1RfCCCRRUfUiUo一、一、RCRC超前移相網(wǎng)絡(luò)振蕩器:超前移相網(wǎng)絡(luò)
3、振蕩器: RCf6210 對于對于的信號,的信號, 180F 180A 0 AF 滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件二、二、RCRC選頻振蕩器:選頻振蕩器:UoRCCRUf(a)01RC13H(0(9090(b)(c)圖圖10.20 RC10.20 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò) RCo131F圖圖10.22 10.22 文氏電橋振蕩器文氏電橋振蕩器RCf210對于對于的信號,的信號, 0F 0A0 AF 滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件瞬時極性法瞬時極性法判別相位條件判別相位條件 所謂相位條件即電路中必須引入正反饋,所謂相位條件即電路中必須引入正反饋,故正弦波振蕩電路能否滿足相位條件即是故正弦波振蕩
4、電路能否滿足相位條件即是判斷電路中是否引入了正反饋判斷電路中是否引入了正反饋。瞬時極性判別方法:瞬時極性判別方法:輸入信號和反饋信號在三極管的同一極:輸入信號和反饋信號在三極管的同一極:輸入信號和反饋信號的輸入信號和反饋信號的瞬時極性相同為正瞬時極性相同為正反饋反饋,反之為負(fù)反饋。,反之為負(fù)反饋。UoRCCRUf(a)01RC13H(0(9090(b)(c)RCRC選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)RC選頻網(wǎng)絡(luò)中的輸入與輸出極性相同。選頻網(wǎng)絡(luò)中的輸入與輸出極性相同。311uRRAF311uRRAF12RRF12RRF即:即:即:即:本次課內(nèi)容本次課內(nèi)容 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器變壓器耦合反饋式變壓器耦合反饋
5、式電感反饋式(電感三點式)電感反饋式(電感三點式)電容反饋式(電容三點式)電容反饋式(電容三點式) LC LC振蕩器振蕩器10.3.1變壓器耦合反饋式振蕩器變壓器耦合反饋式振蕩器圖圖10.23 三種不同接法的變壓器耦合反饋式振蕩器三種不同接法的變壓器耦合反饋式振蕩器 互為同名端的相位相同;互為異名端的相位相反。互為同名端的相位相同;互為異名端的相位相反。變壓器上繞組的相位關(guān)系:變壓器上繞組的相位關(guān)系:共射組態(tài)共射組態(tài)共基組態(tài)共基組態(tài)共基組態(tài)共基組態(tài)補(bǔ)充:三點式振蕩器 (a)C1C2C3LRGgds(b)L2C3C2C1L1(02)(01)(c)L2L3C2C1L1(01)(02)X2X3X1+
6、_Ui=UfUO+_X1,X2,X3組成并聯(lián)組成并聯(lián)LC諧振網(wǎng)絡(luò)。諧振諧振網(wǎng)絡(luò)。諧振網(wǎng)絡(luò)中的三個引出網(wǎng)絡(luò)中的三個引出點分別接至三極管點分別接至三極管的三個極。因此稱的三個極。因此稱為三點式振蕩器。為三點式振蕩器。討論:討論:X1,X2,X3放置何種電抗元件,才放置何種電抗元件,才能滿足相位條件?能滿足相位條件?(a)C1C2C3LRGgds(b)L2C3C2C1L1(02)(01)(c)L2L3C2C1L1(01)(02)X2X3X1+_UO+_Ui=Uf為了滿足相位條件,為了滿足相位條件,Uf與與UO呈反相關(guān)系。呈反相關(guān)系。0OfUU0323 XXXX2、X3代表的電抗元件極性必須相反。代表
7、的電抗元件極性必須相反。即一個為電容,則另一個必為電感。即一個為電容,則另一個必為電感。諧振時,諧振時,LC回路呈現(xiàn)純電阻特性,即:回路呈現(xiàn)純電阻特性,即:X1+X2+X3=0,因此,因此,X2+X3= X1,帶入上式:,帶入上式:013XXX1與與X3的電抗特性相同。的電抗特性相同。 “射同基反射同基反”: 射極接的是相同性質(zhì)的電抗元件射極接的是相同性質(zhì)的電抗元件, 基極接的是相反性質(zhì)的電抗元件?;鶚O接的是相反性質(zhì)的電抗元件。判斷三點式振蕩電路是否滿足相位條件:判斷三點式振蕩電路是否滿足相位條件:X1與與X3的電抗特性相同。的電抗特性相同。X2與與X3的電抗特性不同。的電抗特性不同。三點式:
8、三點式:電容反饋式振蕩器電容反饋式振蕩器電感反饋式振蕩器電感反饋式振蕩器(a)C1C2C3LRGgds(b)L2C3C2C1L1(02)(01)(c)L2L3C2C1L1(01)(02)LC2C1+_UO+_(a )RLC1C2CC1000 pFRE700 RB22 kCB0.033 FRB1*L1.3 H0.033 FEC( 15 V)2000 pF(a)C1C2C3LRGgds(b)L2C3C2C1L1(02)(01)(c)L2L3C2C1L1(01)(02)CL2L1+_UO+_(a )RLC1C2CC1000 pFRE700 RB22 kCB0.033 FRB1*L1.3 H0.033
9、 FEC( 15 V)2000 pF(a )RLC1C2CC1000 pFRE700 RB22 kCB0.033 FRB1*L1.3 H0.033 FEC( 15 V)2000 pF21211CCCCLOSCCLLOSC211電容反饋式振蕩器電容反饋式振蕩器電感反饋式振蕩器電感反饋式振蕩器 10.3.2 電容三點式振蕩器電路電容三點式振蕩器電路(電容反饋式振蕩電路)(電容反饋式振蕩電路) 共射(共射(CE)組態(tài)組態(tài) 共基(共基(CB)組態(tài)組態(tài)(一)電容三點式振蕩電路(一)電容三點式振蕩電路(CE)共射電容三點振蕩器共射電容三點振蕩器LC2cbeCICILUbUf Uo1211211CCCjIC
10、jIUUFCLof21211CCCCLgLC2cbeCICILUbUf Uo1(二)(二) 電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器(CB) (a)RLC1C2CC1000 pFRE700 RB22 kCB0.033 FRB1*L1.3 H0.033 FEC(15 V)2000 pF(b)REUiUoLRe0C1C2UfRLR Re0e0是考慮實際是考慮實際LCLC回路具有損耗而添加的電阻。回路具有損耗而添加的電阻。012121gC CLCC112CFCC(b)REUiUoLRe0C1C2UfRL 10.3.3 電感三點式振蕩器電路電感三點式振蕩器電路 圖圖3.12 電感三點式振蕩器電路電感三點式振蕩
11、器電路(a)L1CC1RERB2CBRB1LC ECCEL2CCC2RLUiUf在在fTfg條件下,條件下,晶體管極間電容晶體管極間電容的影響可忽略不的影響可忽略不計。振蕩器的工計。振蕩器的工作頻率作頻率121()gLL C(3.210)Uf Ub Uo IL IC RBRLcL1L2Cbe(b)(c)RBRLcL1L2Cerbeb+-Ui+-UfgmUi(b)交流通路交流通路1212LLLjILjIUUFLcof10.4 10.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器10.4.110.4.1關(guān)于振蕩頻率的幾個指標(biāo)關(guān)于振蕩頻率的幾個指標(biāo)1. 1. 頻率的準(zhǔn)確性頻率的準(zhǔn)確性 0iii2. 2. 頻率的穩(wěn)
12、定性頻率的穩(wěn)定性000測量值測量值 設(shè)計值設(shè)計值 10.4.2 石英諧振器的物理特性和電特性 1. 石英諧振器的物理特性 石英晶體是SiO2的天然晶體。ZXXZ(a)(b)YYXXYXY圖圖3.31 晶體的形狀及橫斷面晶體的形狀及橫斷面 (a)晶體外形;晶體外形;(b)橫斷面橫斷面圖10.29 石英諧振器的結(jié)構(gòu) 管座電極石英片1)具有正壓電效應(yīng))具有正壓電效應(yīng) 正壓電效應(yīng)是指在晶體片兩個側(cè)面正壓電效應(yīng)是指在晶體片兩個側(cè)面上施加壓力時,晶體片就會產(chǎn)生機(jī)械變上施加壓力時,晶體片就會產(chǎn)生機(jī)械變形,與此同時,在它的表面上還會產(chǎn)生形,與此同時,在它的表面上還會產(chǎn)生異性電荷。異性電荷。正壓電效應(yīng)是將機(jī)械能
13、轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋U龎弘娦?yīng)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。反壓電效?yīng)(電致伸縮)是指在晶體反壓電效應(yīng)(電致伸縮)是指在晶體片兩個表面上施加電壓片兩個表面上施加電壓E E,晶體會產(chǎn)生機(jī),晶體會產(chǎn)生機(jī)械變形,如延伸。當(dāng)電壓的極性相反時,械變形,如延伸。當(dāng)電壓的極性相反時,晶體就會收縮。晶體就會收縮。反壓電效應(yīng)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。反壓電效應(yīng)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。2 2)具有)具有反壓電效應(yīng)反壓電效應(yīng)當(dāng)外加電壓頻率等于晶體的固有頻率當(dāng)外加電壓頻率等于晶體的固有頻率時,振動幅度最大,稱為諧振。時,振動幅度最大,稱為諧振。晶體是一種具有諧振性能的換能器,晶體是一種具有諧振性能的換能器,因此稱為石英諧振器。因此稱為石英諧振
14、器。4) 4) 具有各向異性具有各向異性 石英晶體的性能各個方向不同。石英晶體的性能各個方向不同。3) 3) 物理特性和化學(xué)特性及其穩(wěn)定物理特性和化學(xué)特性及其穩(wěn)定 石英晶體機(jī)械振動頻率的穩(wěn)定性非常石英晶體機(jī)械振動頻率的穩(wěn)定性非常好,受外界影響小。好,受外界影響小。5) 5) 具有多模性具有多模性 石英諧振器是一個頻率極其豐富的諧石英諧振器是一個頻率極其豐富的諧振系統(tǒng)。振系統(tǒng)。諧振頻率不僅有基音,還有泛諧振頻率不僅有基音,還有泛音。晶體振蕩器都是利用晶體的基音或音。晶體振蕩器都是利用晶體的基音或奇次泛音奇次泛音(3(3、5 5、7 7次泛音次泛音) ),而不用偶次而不用偶次泛音,因為只有基音和奇
15、次泛音才能有泛音,因為只有基音和奇次泛音才能有效的取出晶體表面上的電壓。效的取出晶體表面上的電壓。(a)(b)晶體C0Cq1rq1Lq1Cq3rq3Lq3圖圖10.30 10.30 石英晶體的等效電路和電抗特性石英晶體的等效電路和電抗特性(a)(a)晶體符號;晶體符號;(b)(b)某振動模式的電等效電路某振動模式的電等效電路2. 2. 石英諧振器的電特性石英諧振器的電特性(a)(a)(b)(b)頻率豐富的諧振系統(tǒng)頻率豐富的諧振系統(tǒng)支架電容支架電容無諧振時的無諧振時的固有電容固有電容模擬基音諧振模擬基音諧振模擬三次模擬三次泛音諧振泛音諧振圖圖10.18 10.18 某一頻率等效電路某一頻率等效電
16、路忽略忽略rq,等效電路兩端電抗:,等效電路兩端電抗:220202011()1111()1sqqepqqjLCj CjXj CjLCj C式中:式中: 1sqqL C晶體的串聯(lián)諧振角頻率。晶體的串聯(lián)諧振角頻率。 001pqqqC CLCC晶體的并聯(lián)諧振角頻率。晶體的并聯(lián)諧振角頻率。失諧支路,近似開路失諧支路,近似開路(c)(d )C0CqrqLq3Z(j)Xe0sp 圖圖10.30 (c)10.30 (c)某一頻率等效電路;某一頻率等效電路; (d)(d)電抗特性電抗特性感性感性容性容性容性容性qqsCL1 qqqpCCCCL 001 (c)(d )C0CqrqLq3Z(j)Xe0sp s發(fā)生
17、串聯(lián)諧振,電抗為發(fā)生串聯(lián)諧振,電抗為0 0,為純電阻,為純電阻,相移為相移為0 0。晶體用短路線代替。晶體用短路線代替。ps晶體表現(xiàn)為感性,可晶體表現(xiàn)為感性,可等效為一個電感等效為一個電感。)11(0 CCqssp 02CCqs 其值約為其值約為1010-3-3量級量級 (c)(d )C0CqrqLq3Z(j)Xe0sp 10.4.3 10.4.3 串聯(lián)型石英晶體振蕩器串聯(lián)型石英晶體振蕩器串聯(lián)型石英晶體振蕩器把石英晶體用作串聯(lián)型石英晶體振蕩器把石英晶體用作選頻選頻短路線。短路線。晶體接在正反饋回路中,當(dāng)振蕩器的工作晶體接在正反饋回路中,當(dāng)振蕩器的工作頻率頻率g等于晶體的串聯(lián)諧振頻率等于晶體的串
18、聯(lián)諧振頻率s時,晶時,晶體諧振器的阻抗近似為零;正反饋最強(qiáng)。體諧振器的阻抗近似為零;正反饋最強(qiáng)。圖圖10.3110.31串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器T T1 1 T T2 2 R R1 1 R R2 2 R R3 3 R R4 4 R R5 5R R6 6 晶體晶體 +V+VCCCC C C u uo o 振蕩器的工作頻率為:振蕩器的工作頻率為:s10.4.4 10.4.4 并聯(lián)型石英晶體振蕩器并聯(lián)型石英晶體振蕩器并聯(lián)型石英晶體振蕩器把石英晶體用作并聯(lián)型石英晶體振蕩器把石英晶體用作電感元件。電感元件。 振蕩器的工作頻率滿足:振蕩器的工作頻率滿足:ps(a)RLC1RERB2CBRB1LCECCCC2(b)RELqrqRLCqC0C1C2晶體Le圖圖10.32 10.32 并聯(lián)型石英晶體振蕩器并聯(lián)型石英晶體振蕩器(a)(a)原理電路原理電路; (b); (b)交流通路交流通路ps(b)RELqrqRLCqC0C1C
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