正弦波振蕩電路ppt課件

1、8.1.1 正弦波振蕩電路的工作原理正弦波振蕩電路的工作原理8.1.2 RC振蕩電路振蕩電路8.1.3 LC振蕩電路振蕩電路8.1.4 振蕩電路的頻率穩(wěn)定和振幅穩(wěn)定振蕩電路的頻率穩(wěn)定和振幅穩(wěn)定8.1.5 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路一、電路組成一、電路組成 8.1.1 正弦波振蕩電路的工作原理正弦波振蕩電路的工作原理滿足振蕩條件滿足振蕩條件使唯一頻率的信號使唯一頻率的信號滿足振蕩條件，從滿足振蕩條件，從而輸出正弦波而輸出正弦波放大電路放大電路正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定輸出信號幅值穩(wěn)定輸出信號幅值穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)內(nèi)穩(wěn)幅內(nèi)穩(wěn)幅外穩(wěn)幅外穩(wěn)幅輸出波形好輸出波形好電擾動

2、產(chǎn)生窄脈沖電擾動產(chǎn)生窄脈沖穩(wěn)幅使信號增大到一定穩(wěn)幅使信號增大到一定程度后維持大小不變。程度后維持大小不變。起振：起振：平衡：平衡：二、振蕩產(chǎn)生的基本原理二、振蕩產(chǎn)生的基本原理 正反饋回送并放大信號正反饋回送并放大信號選頻產(chǎn)生正弦波選頻產(chǎn)生正弦波1. 起振條件起振條件1 uuFA振幅起振條件振幅起振條件相位起振條件相位起振條件)0,1,2,( 2 fa nn 因為起振時應(yīng)滿足因為起振時應(yīng)滿足: : 而而故得故得.i.fUU .i.fUAFUuu 1. uuAF三、振蕩的平衡條件與起振條件三、振蕩的平衡條件與起振條件1. 起振條件起振條件1 uuFA振幅起振條件振幅起振條件相位起振條件相位起振條件

3、)0,1,2,( 2 fa nn 2. 平衡條件平衡條件1 uuFA振幅平衡條件振幅平衡條件相位平衡條件相位平衡條件)0,1,2,( 2 fa nn 要產(chǎn)生正弦波，必須有要產(chǎn)生正弦波，必須有選頻網(wǎng)絡(luò)使唯一頻率的信號選頻網(wǎng)絡(luò)使唯一頻率的信號構(gòu)成正反饋。構(gòu)成正反饋。 電路參數(shù)設(shè)計要滿足振幅電路參數(shù)設(shè)計要滿足振幅起振條件。起振條件。 相位條件確定振蕩頻率，相位條件確定振蕩頻率，振幅平衡條件確定信號幅度。振幅平衡條件確定信號幅度。三、振蕩的平衡條件與起振條件三、振蕩的平衡條件與起振條件討論：討論： (1) 觀察電路組成是否完備，即電路是否包含了放大電路、選觀察電路組成是否完備，即電路是否包含了放大電路

4、、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路四個部分。頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路四個部分。 (2) 判斷放大電路能否正常工作，即靜態(tài)工作點是否合適，動判斷放大電路能否正常工作，即靜態(tài)工作點是否合適，動態(tài)信號能否正常傳輸。態(tài)信號能否正常傳輸。 (3) 利用瞬時極性法判斷是否滿足相位條件：找到放大電路輸入利用瞬時極性法判斷是否滿足相位條件：找到放大電路輸入端將反饋斷開，假設(shè)在斷開處加端將反饋斷開，假設(shè)在斷開處加 ui，并設(shè)，并設(shè)ui 瞬時極性為正；然后根據(jù)瞬時極性為正；然后根據(jù)放大電路和反饋電路的特性推導(dǎo)放大電路和反饋電路的特性推導(dǎo)uf的瞬時極性；將的瞬時極性；將uf 與與ui 的瞬時極性的瞬時極性進(jìn)行比較。若

5、它們對于公共電位參考點的瞬時極性相同，則構(gòu)成正反進(jìn)行比較。若它們對于公共電位參考點的瞬時極性相同，則構(gòu)成正反饋，滿足相位條件，電路可能產(chǎn)生振蕩，否則，電路不可能振蕩。饋，滿足相位條件，電路可能產(chǎn)生振蕩，否則，電路不可能振蕩。 (4) 在滿足相位條件的基礎(chǔ)上，定性判斷電路是否可能滿足振幅在滿足相位條件的基礎(chǔ)上，定性判斷電路是否可能滿足振幅起振條件，若滿足則電路能產(chǎn)生正弦波振蕩，否則不能。起振條件，若滿足則電路能產(chǎn)生正弦波振蕩，否則不能。如何定性判斷電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩？如何定性判斷電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩？一、一、 RC RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)8.1.2 RC振蕩電路振蕩電路)j1/

6、(j1Cj1/.1.2.CRCRRUUFu 令令 0 = 1/RC可得可得)( j3100.Fu 一、一、 RC RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)3/arctan00f 2002.)/(31 uF當(dāng)當(dāng) = 0 = 1/RC 時時 = 0 ，即輸出電壓與輸入電壓同相。，即輸出電壓與輸入電壓同相。 Fu .達(dá)到最大，為達(dá)到最大，為 1/390-9008.1.2 RC振蕩電路振蕩電路當(dāng)當(dāng) 0 = 1/RC 時時,傳遞函數(shù)值較小，傳遞函數(shù)值較小，且輸出電壓與輸入電壓不同相。且輸出電壓與輸入電壓不同相。RRCRFR1C放大器放大器1. 電路組成電路組成同相同相二、二、RC 橋式振蕩電路橋式振蕩電路Ui

7、d. +Uo. 構(gòu)成同相放大器構(gòu)成同相放大器2. 常用的常用的RC 橋式振蕩電路橋式振蕩電路n 參數(shù)選擇：參數(shù)選擇：一般通過切換高一般通過切換高穩(wěn)定度的電容進(jìn)穩(wěn)定度的電容進(jìn)行頻段轉(zhuǎn)換，再行頻段轉(zhuǎn)換，再采用雙聯(lián)電位器采用雙聯(lián)電位器進(jìn)行頻率細(xì)調(diào)。進(jìn)行頻率細(xì)調(diào)。RCf 2101F2RR 因為振蕩頻率處，因為振蕩頻率處，為滿足起振振幅條件為滿足起振振幅條件 ，應(yīng)使，應(yīng)使即即 1 uuFA 31. uF3. uA3)/(11F. RRAu2. 常用的常用的RC 橋式振蕩電路橋式振蕩電路n 參數(shù)選擇：參數(shù)選擇：RCf 2101F2RR RF 不能太大，不能太大，否則正弦波將否則正弦波將失真，甚至變失真，甚

8、至變成方波。成方波。n 穩(wěn)幅措施：采用負(fù)溫度系數(shù)熱穩(wěn)幅措施：采用負(fù)溫度系數(shù)熱n 敏電阻實現(xiàn)外穩(wěn)幅。敏電阻實現(xiàn)外穩(wěn)幅。1F/1RRAu 起振時，熱敏電阻處于冷態(tài)，起振時，熱敏電阻處于冷態(tài)，RF 阻值較大，阻值較大， 大，大， 起振容易。起振容易。 FRT.oU .fI uA由于運放始終線性工作，因此波形好。由于運放始終線性工作，因此波形好。2. 常用的常用的RC 橋式振蕩電路橋式振蕩電路最后達(dá)到最后達(dá)到 =3，進(jìn)入平衡狀態(tài)。進(jìn)入平衡狀態(tài)。uA例例8.1.1解：解：kHz 94. 1210 RCf相當(dāng)于負(fù)溫度系相當(dāng)于負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻數(shù)的熱敏電阻 解：解：kHz 94. 1210 RCf例例8.

9、1.1 32FRRR .oU3RuAuA解續(xù)：解續(xù)：例例8.1.1 132F2 RRRR 122RR 123122RRRR 一、一、LC LC 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路8.1.3 LC振蕩電路振蕩電路采用采用 LC 諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)常用的有：變壓器反饋式常用的有：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L 的等效損的等效損耗電阻。耗電阻。C 的損耗可忽的損耗可忽略。略。)j(j1)j(j1LrCLrCZ 通常通常 r 0 時，時， 0, 失失諧大時回路呈容性。諧大時回路呈容性。 當(dāng)當(dāng) 0,失失諧大時回路呈感性。諧大時回路呈感性。 二、變壓器反饋式

10、振蕩電路二、變壓器反饋式振蕩電路LCf 210三、三點式三、三點式 LC LC 振蕩電路振蕩電路( (一一) ) 電感三點式電感三點式 振蕩電路振蕩電路HartleyHartley振蕩器）振蕩器）交流通路交流通路( (一一) ) 電感三點式電感三點式 振蕩電路振蕩電路HartleyHartley振蕩器）振蕩器）交流通路交流通路三、三點式三、三點式 LC LC 振蕩電路振蕩電路CMLLf)2(21210 優(yōu)點：優(yōu)點： 易起振，易起振， 頻率易調(diào)調(diào)頻率易調(diào)調(diào)C）缺陷：缺陷：輸出波形差。輸出波形差。1. Colpitts 振蕩電路振蕩電路交流通路交流通路（二）（二） 電容三點式振蕩電路電容三點式振蕩

11、電路1. Colpitts 振蕩電路振蕩電路交流通路交流通路（二）（二） 電容三點式振蕩電路電容三點式振蕩電路優(yōu)點：優(yōu)點： 輸出波形好。輸出波形好。LCCCCLCf2121021 21 缺陷：缺陷： 頻率不易調(diào)節(jié)；頻率不易調(diào)節(jié)； 三極管極間電容影響三極管極間電容影響 f0 及其穩(wěn)定性。及其穩(wěn)定性。2. Clapp振蕩電路改進(jìn)型電容三點式）振蕩電路改進(jìn)型電容三點式）C3 C1 ， C3 C2 33211111CCCCC 2130LCf 特點：波形好、頻率穩(wěn)定、頻率調(diào)節(jié)方便。特點：波形好、頻率穩(wěn)定、頻率調(diào)節(jié)方便。C3與與E相連的為同性質(zhì)電抗，相連的為同性質(zhì)電抗，不與不與E端相連的為異性質(zhì)電抗。端相

12、連的為異性質(zhì)電抗。（三三點式振蕩電路的組成原則（三三點式振蕩電路的組成原則例例8.1.2kHz948)2(21210 CMLLfa （a a） 能夠。構(gòu)成電感三點式振蕩電路能夠。構(gòu)成電感三點式振蕩電路MHz63. 5 212121b0 LCCCCf（b b能夠。構(gòu)成電容三點式振蕩電路能夠。構(gòu)成電容三點式振蕩電路8.1.4 振蕩電路的頻率穩(wěn)定和振幅穩(wěn)定振蕩電路的頻率穩(wěn)定和振幅穩(wěn)定一、頻率穩(wěn)定一、頻率穩(wěn)定1. 頻率穩(wěn)定度的概念頻率穩(wěn)定度的概念 指在規(guī)定時間內(nèi)，規(guī)定的溫度、濕度、電源電壓等變化范圍 內(nèi)，振蕩頻率的相對變化量。0ff 標(biāo)稱頻率標(biāo)稱頻率實際頻率實際頻率f 與標(biāo)稱頻率之差，與標(biāo)稱頻率之差，

13、稱頻率的絕對偏差或絕對頻率準(zhǔn)確度。稱頻率的絕對偏差或絕對頻率準(zhǔn)確度。0fff 頻率穩(wěn)定度有長期、短期和瞬時之分，通常指的是短期穩(wěn)定度，頻率穩(wěn)定度有長期、短期和瞬時之分，通常指的是短期穩(wěn)定度，即一天之內(nèi)振蕩頻率的相對變化量。即一天之內(nèi)振蕩頻率的相對變化量。一、頻率穩(wěn)定一、頻率穩(wěn)定1. 頻率穩(wěn)定度的概念頻率穩(wěn)定度的概念 指在規(guī)定時間內(nèi)，規(guī)定的溫度、濕度、電源電壓等變化范圍 內(nèi)，振蕩頻率的相對變化量。8.1.4 振蕩電路的頻率穩(wěn)定和振幅穩(wěn)定振蕩電路的頻率穩(wěn)定和振幅穩(wěn)定2. 影響頻率穩(wěn)定度的因素及提高頻率穩(wěn)定度的措施影響頻率穩(wěn)定度的因素及提高頻率穩(wěn)定度的措施外因：溫度、電源電壓以及負(fù)載變化。內(nèi)因：電路

14、的穩(wěn)頻能力。外因：溫度、電源電壓以及負(fù)載變化。內(nèi)因：電路的穩(wěn)頻能力。措施：選用高質(zhì)量的電感器、電容器，盡量提高措施：選用高質(zhì)量的電感器、電容器，盡量提高Q值；減小負(fù)值；減小負(fù) 載對諧振回路的影響；提高電源電壓的穩(wěn)定度等。載對諧振回路的影響；提高電源電壓的穩(wěn)定度等。 指在規(guī)定的條件下，輸出信號變化的相對變化量。0UU 實際輸出電壓實際輸出電壓U 與標(biāo)稱電壓與標(biāo)稱電壓 之差，之差，0UUU 0U外因：溫度、電源電壓以及元器件參數(shù)變化。內(nèi)因：電路的穩(wěn)幅能力。外因：溫度、電源電壓以及元器件參數(shù)變化。內(nèi)因：電路的穩(wěn)幅能力。措施：電路要有較好的自動穩(wěn)幅能力；選用高穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源；措施：電路要有較好的自

15、動穩(wěn)幅能力；選用高穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源； 減小負(fù)載與振蕩電路之間的耦合。減小負(fù)載與振蕩電路之間的耦合。 二、振幅穩(wěn)定二、振幅穩(wěn)定8.1.5 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路頻率穩(wěn)定度高達(dá)頻率穩(wěn)定度高達(dá)10-6 10-8 及以上，而及以上，而LC 振蕩電路的難突破振蕩電路的難突破 10-5 。一、石英晶體諧振器的阻抗特性一、石英晶體諧振器的阻抗特性 石英是一種各向異性的結(jié)晶體，其化石英是一種各向異性的結(jié)晶體，其化學(xué)成分是學(xué)成分是SiO2 。從一塊晶體上按一定的。從一塊晶體上按一定的方方位角切割成的薄片稱為晶片。在晶片的兩位角切割成的薄片稱為晶片。在晶片的兩面涂上銀層作為電極，電極上焊出兩根引面涂上

16、銀層作為電極，電極上焊出兩根引線固定在管腳上，封裝后就構(gòu)成了石英晶線固定在管腳上，封裝后就構(gòu)成了石英晶體諧振器。體諧振器。 1. 1. 石英諧振器結(jié)構(gòu)石英諧振器結(jié)構(gòu)2. 石英晶體的壓電效應(yīng)與諧振特性石英晶體的壓電效應(yīng)與諧振特性電極間加電場電極間加電場電極間加機械力電極間加機械力晶體機械變形晶體機械變形晶體產(chǎn)生電場晶體產(chǎn)生電場壓電效應(yīng)：壓電效應(yīng)：交變電壓交變電壓機械振動機械振動交變電流交變電流當(dāng)交變電壓頻率當(dāng)交變電壓頻率=固有頻率時，產(chǎn)生共振，振幅最固有頻率時，產(chǎn)生共振，振幅最大，產(chǎn)生的交變電流最大。大，產(chǎn)生的交變電流最大。類似回路諧振，稱壓電諧振。類似回路諧振，稱壓電諧振。諧振特性：諧振特性：

17、2. 石英晶體諧振器的符號、等效電路和電抗特性石英晶體諧振器的符號、等效電路和電抗特性Co 靜態(tài)電容，較大。靜態(tài)電容，較大。Lq 晶體振動時的動態(tài)電感晶體振動時的動態(tài)電感 ，很大。，很大。Cq 晶體振動時的動態(tài)電容，很小。晶體振動時的動態(tài)電容，很小。rq 等效摩擦損耗電阻，很小。等效摩擦損耗電阻，很小。所以所以 非常高，非常高，具有很好的選擇性和頻穩(wěn)度。具有很好的選擇性和頻穩(wěn)度。 1qqqCLrQ 2. 石英晶體諧振器的符號、等效電路和電抗特性石英晶體諧振器的符號、等效電路和電抗特性Co 靜態(tài)電容，較大靜態(tài)電容，較大Lq 晶體振動時的動態(tài)電感晶體振動時的動態(tài)電感 ，很大，很大Cq 晶體振動時的

18、動態(tài)電容，很小晶體振動時的動態(tài)電容，很小rq 等效摩擦損耗電阻，很小等效摩擦損耗電阻，很小串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率 21 qqsCLf 并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率sq0q0qP 21 fCCCCLf 只在只在 之間的很窄頻率范圍內(nèi)呈感性，之間的很窄頻率范圍內(nèi)呈感性，且感抗曲線很陡，故用作電感時具有很強的且感抗曲線很陡，故用作電感時具有很強的穩(wěn)頻作用。一般用電感或串諧特性，不用容性。穩(wěn)頻作用。一般用電感或串諧特性，不用容性。 psff 和和并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器晶體作為高晶體作為高Q 電感元件，電感元件，與其它元件共同構(gòu)成諧振回路。與其它元件共同構(gòu)成諧振回路。晶體作為正反饋通路中的晶體作為正反饋通路中的高選擇性短路元件，任務(wù)高選