調(diào)諧放大器和正弦波振蕩器

1、第第 6 章調(diào)諧放大器和正弦波振蕩器章調(diào)諧放大器和正弦波振蕩器本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)6.1調(diào)諧放大器調(diào)諧放大器6.2正弦波振蕩器正弦波振蕩器本章小結(jié)本章小結(jié)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)理解調(diào)諧放大器的工作原理，了解基本調(diào)諧放大電路的理解調(diào)諧放大器的工作原理，了解基本調(diào)諧放大電路的構(gòu)成和工作原理。構(gòu)成和工作原理。理解自激振蕩的原理，掌握自激振蕩的條件，了解自激理解自激振蕩的原理，掌握自激振蕩的條件，了解自激振蕩的建立過程，掌握判別電路是否產(chǎn)生自激振蕩的方振蕩的建立過程，掌握判別電路是否產(chǎn)生自激振蕩的方法。法。理解變壓器耦合式理解變壓器耦合式 LC 振蕩器的構(gòu)成和工作原理。振蕩器的構(gòu)成和工作原理。了

2、解三點(diǎn)式了解三點(diǎn)式 LC 振蕩器的分類，清楚這些振蕩器的工作振蕩器的分類，清楚這些振蕩器的工作原理，理解三點(diǎn)式振蕩器的特點(diǎn)。原理，理解三點(diǎn)式振蕩器的特點(diǎn)。了解石英晶體的基本特性、符號(hào)、等效電路及諧振頻率了解石英晶體的基本特性、符號(hào)、等效電路及諧振頻率的基本知識(shí)。理解石英體振蕩電路的構(gòu)成和工作原理，的基本知識(shí)。理解石英體振蕩電路的構(gòu)成和工作原理，了解石英晶體在不同類型的振蕩電路中的作用。了解石英晶體在不同類型的振蕩電路中的作用。了解用集成運(yùn)放電路組成的了解用集成運(yùn)放電路組成的 LC 振蕩電路的工作原理。振蕩電路的工作原理。6.1調(diào)諧放大器調(diào)諧放大器6.1.1調(diào)諧放大器的工作原理調(diào)諧放大器的工作原

3、理6.1.2兩種基本的調(diào)諧放大電路兩種基本的調(diào)諧放大電路6.1.1調(diào)諧放大器的工作原理調(diào)諧放大器的工作原理調(diào)諧放大器：調(diào)諧放大器：具有選頻放大能力的放大電路。具有選頻放大能力的放大電路。電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：LC 諧振回路作負(fù)載。諧振回路作負(fù)載。應(yīng)用：應(yīng)用：無線電發(fā)射和接收設(shè)備。無線電發(fā)射和接收設(shè)備。一、一、LC 并聯(lián)電路并聯(lián)電路R 為并聯(lián)電路損耗電阻。為并聯(lián)電路損耗電阻。阻抗頻率阻抗頻率特性特性表示了表示了 LC 并聯(lián)電路的阻抗并聯(lián)電路的阻抗 Z 與信號(hào)頻率與信號(hào)頻率 f 之間的變化關(guān)之間的變化關(guān)系。當(dāng)系。當(dāng) f = f0 時(shí)，時(shí)，LC 并聯(lián)電路發(fā)生諧振，阻抗最大。當(dāng)并聯(lián)電路發(fā)生諧振，阻抗最大

4、。當(dāng) f f0 時(shí)，電路失諧，阻抗很小。因此，時(shí)，電路失諧，阻抗很小。因此，f0 稱為諧振頻率，稱為諧振頻率，又稱固有頻率，即又稱固有頻率，即LCf 210可見，元件可見，元件 L、C 取定值取定值時(shí)，諧振頻率時(shí)，諧振頻率 f0 是一個(gè)常數(shù)。是一個(gè)常數(shù)。可見，可見，LC 并聯(lián)電路并聯(lián)電路隨信號(hào)頻率的變化呈現(xiàn)不隨信號(hào)頻率的變化呈現(xiàn)不同的性質(zhì)。同的性質(zhì)。 2相位頻率特性相位頻率特性表示了表示了 LC 并聯(lián)電路兩端電壓并聯(lián)電路兩端電壓 v 和流進(jìn)并聯(lián)電路電流和流進(jìn)并聯(lián)電路電流 I 之之間的相位角之差間的相位角之差 與信號(hào)頻率與信號(hào)頻率 f 之間的變化關(guān)系。之間的變化關(guān)系。當(dāng)當(dāng) f = f0 時(shí)，時(shí)，

5、 = 0，電路呈純阻性；，電路呈純阻性；當(dāng)當(dāng) f 0，電路呈感性；，電路呈感性；當(dāng)當(dāng) f f0 時(shí)，時(shí)， 1，滿，滿足振幅條件。電路就能振蕩。足振幅條件。電路就能振蕩。由于反饋電壓由于反饋電壓 vf 取自取自 L 兩端，故改變線圈抽頭位置，可兩端，故改變線圈抽頭位置，可調(diào)節(jié)振蕩器的輸出幅度。調(diào)節(jié)振蕩器的輸出幅度。L 越大，反饋越強(qiáng)，振蕩輸出越大，越大，反饋越強(qiáng)，振蕩輸出越大，反之，反之，L2 越小，反饋越小，不易起振。越小，反饋越小，不易起振。電路振蕩頻率為電路振蕩頻率為CMLLLCf)2(212121 其中其中 M 是是 L與與 L 之間的互感系之間的互感系數(shù)。數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：振蕩頻率很高，

6、一般可達(dá)振蕩頻率很高，一般可達(dá)到幾十兆赫到幾十兆赫；缺點(diǎn)：波形失真較大。；缺點(diǎn)：波形失真較大。2電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器電路電路交流通路交流通路相位條件：當(dāng)線圈相位條件：當(dāng)線圈 1 端電位為端電位為“+”+”時(shí)，時(shí)，3 端電位為端電位為“-”-”。此電壓經(jīng)此電壓經(jīng) C1、C2 分壓后，分壓后，2 端電位低于端電位低于 1 端而高于端而高于 3 端，即端，即 vf 與與 vo 反相，經(jīng)反相，經(jīng) V 倒相放大后，使倒相放大后，使 1 端獲端獲“+”+”電位，形成正反電位，形成正反饋，滿足相位條件。饋，滿足相位條件。振幅條件：適當(dāng)?shù)倪x擇振幅條件：適當(dāng)?shù)倪x擇 C、C2 的數(shù)值，使電路具有的數(shù)值

7、，使電路具有足夠大的放大倍數(shù)，電路可產(chǎn)足夠大的放大倍數(shù)，電路可產(chǎn)生振蕩。生振蕩。電路振蕩頻率為電路振蕩頻率為 CLf 21o而而2121CCCCC 電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)：頻率較高，可達(dá)：頻率較高，可達(dá) 100 MHz 以上。優(yōu)點(diǎn)：輸出以上。優(yōu)點(diǎn)：輸出波形好。波形好。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)頻率不方便。調(diào)節(jié)頻率不方便。3改進(jìn)的電容三點(diǎn)式振蕩器改進(jìn)的電容三點(diǎn)式振蕩器Ci 和和 Co 分別是三極管的輸入和輸出電分別是三極管的輸入和輸出電容，其數(shù)值隨溫度而變化，直接影響容，其數(shù)值隨溫度而變化，直接影響 LC 回路的振蕩頻率。取回路的振蕩頻率。取 C1 Co，C2 Ci，以減小以減小 Ci 和和 Co 對(duì)振蕩頻率的

8、影響，提高其對(duì)振蕩頻率的影響，提高其穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。由于由于 C1、C2 的增大，會(huì)導(dǎo)致的增大，會(huì)導(dǎo)致 Q 值下降，值下降，且調(diào)節(jié)振蕩頻率時(shí)，必須同時(shí)改變且調(diào)節(jié)振蕩頻率時(shí)，必須同時(shí)改變 C1、C2，實(shí)屬困難。為此，在實(shí)屬困難。為此，在 LC 回路中的電感支回路中的電感支路串入一小電容路串入一小電容 C3，得到改進(jìn)的電容三點(diǎn)，得到改進(jìn)的電容三點(diǎn)式振蕩器。式振蕩器。取取 C3 C1，C3 C2。這樣，振蕩頻率這樣，振蕩頻率 f0 與與 C1、C2 、Ci、Co 基本無關(guān)，只取決基本無關(guān)，只取決于于 C3 和和 L。振蕩頻率為。振蕩頻率為) )( ( 7 . 2 . 62130LCf 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：振

9、蕩波形好，頻率比較穩(wěn)定。振蕩波形好，頻率比較穩(wěn)定。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) C3 時(shí)，輸出信號(hào)幅度時(shí)，輸出信號(hào)幅度會(huì)隨頻率增大而降低。會(huì)隨頻率增大而降低。6.2.3石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器電路特點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度高，可達(dá)電路特點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度高，可達(dá) 10-11 10-6 量級(jí)。量級(jí)。一、石英晶體的基本特性及其等效電路一、石英晶體的基本特性及其等效電路石英晶體諧振器是石英晶體諧振器是在晶片的兩個(gè)對(duì)面上噴在晶片的兩個(gè)對(duì)面上噴涂一對(duì)金屬極板，引出涂一對(duì)金屬極板，引出兩個(gè)電極，加以封裝所兩個(gè)電極，加以封裝所構(gòu)成的器件。構(gòu)成的器件。1壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)：壓電效應(yīng)：晶片在電壓產(chǎn)生的機(jī)械壓力下，其表面電荷

10、晶片在電壓產(chǎn)生的機(jī)械壓力下，其表面電荷的極性隨機(jī)械拉力而改變的一種現(xiàn)象。的極性隨機(jī)械拉力而改變的一種現(xiàn)象。壓電諧振：壓電諧振：外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時(shí)，外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時(shí)，回路發(fā)生串聯(lián)諧振，電流振幅最大的一種現(xiàn)象。產(chǎn)生壓電諧回路發(fā)生串聯(lián)諧振，電流振幅最大的一種現(xiàn)象。產(chǎn)生壓電諧振時(shí)的振蕩頻率稱晶體諧振器的諧振頻率。振時(shí)的振蕩頻率稱晶體諧振器的諧振頻率。2符號(hào)和等效電路符號(hào)和等效電路 當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí)，可用靜態(tài)電容當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí)，可用靜態(tài)電容 C0 來等效，一般約為幾來等效，一般約為幾皮法到幾十皮法；當(dāng)晶體振動(dòng)時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感皮法到幾十皮法；當(dāng)晶體振動(dòng)時(shí)，機(jī)械

11、振動(dòng)的慣性可用電感 L 來等效，一般為來等效，一般為 10-3 10-2 H；晶片的彈性可用電容；晶片的彈性可用電容 C 來等來等效，一般為效，一般為 10-2 10-1 pF；晶片振動(dòng)時(shí)的損耗用；晶片振動(dòng)時(shí)的損耗用 R 來等效，來等效，阻值約為阻值約為 102 。CLRQ1 由由可知，品質(zhì)因數(shù)可知，品質(zhì)因數(shù) Q 很大，可達(dá)很大，可達(dá) 104 106。加之晶體的固有頻率只與晶片的幾何尺寸加之晶體的固有頻率只與晶片的幾何尺寸有關(guān)，其精度高而穩(wěn)定。所以，采用石英有關(guān)，其精度高而穩(wěn)定。所以，采用石英晶體諧振器組成振蕩電路，可獲得很高的晶體諧振器組成振蕩電路，可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。頻率穩(wěn)定度。它有兩

12、個(gè)諧振頻率它有兩個(gè)諧振頻率（1）當(dāng)）當(dāng)L、C、R 支路串聯(lián)諧振時(shí)，等效電路的阻抗最小，支路串聯(lián)諧振時(shí)，等效電路的阻抗最小，串聯(lián)諧振頻率為串聯(lián)諧振頻率為 LCf 21s（2）當(dāng)?shù)刃щ娐凡⒙?lián)諧振時(shí)，并聯(lián)諧振頻率為）當(dāng)?shù)刃щ娐凡⒙?lián)諧振時(shí)，并聯(lián)諧振頻率為000121CCfCCCCLf sp由于由于 C C0，因此，因此 fs 和和 fp 兩個(gè)頻兩個(gè)頻率非常接近。率非常接近。3電抗頻率特性電抗頻率特性石英諧振器在石英諧振器在 fs 和和 fp 之間為感性，在此區(qū)域之外為容之間為感性，在此區(qū)域之外為容性。性。二、石英晶體振蕩電路二、石英晶體振蕩電路)()(00CCCCCC 振蕩頻率在晶體諧振器的振蕩頻率在

13、晶體諧振器的 fs 與與 fp 之間。由于回路電容是之間。由于回路電容是 C1 和和 C2 串聯(lián)串聯(lián)后與后與 Co 并聯(lián)，再與并聯(lián)，再與 C 串聯(lián)，則回路串聯(lián)，則回路電容為電容為1并聯(lián)型晶體振蕩電路并聯(lián)型晶體振蕩電路 振蕩回路由振蕩回路由 C1、C2 和晶體組成。和晶體組成。其中，晶體起電感其中，晶體起電感L L的作用。等效電的作用。等效電路：路：振蕩回路的諧振頻率為振蕩回路的諧振頻率為000)(21CCCCCLCf 由于由于 C C0 + C ，則諧振頻率近似為，則諧振頻率近似為s0fLCf 21可見，振蕩頻率基本上取決于晶體的固有頻率可見，振蕩頻率基本上取決于晶體的固有頻率 fs。故其頻。

14、故其頻率穩(wěn)定度高。率穩(wěn)定度高。2串聯(lián)型晶體振蕩電路串聯(lián)型晶體振蕩電路晶體與電阻晶體與電阻 R 串聯(lián)構(gòu)成正反饋電路。當(dāng)振蕩頻率等于晶串聯(lián)構(gòu)成正反饋電路。當(dāng)振蕩頻率等于晶體的固有頻率體的固有頻率 fs 時(shí)，晶體阻抗最小，且為純電阻，電路滿足時(shí)，晶體阻抗最小，且為純電阻，電路滿足自激振蕩條件而振蕩，其振蕩頻率為自激振蕩條件而振蕩，其振蕩頻率為 f0 = fs。否則不能振蕩。否則不能振蕩。調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)電阻 R 可獲得良好的正弦波輸出?？色@得良好的正弦波輸出。6.2.4用集成運(yùn)算放大器組成的振蕩電路用集成運(yùn)算放大器組成的振蕩電路L 和和 C 構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)與電阻構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)與電阻 R3 組成正反饋支路；組

15、成正反饋支路；R1 和和 R2 組成負(fù)反饋支路。組成負(fù)反饋支路。當(dāng)電源接通后，集成運(yùn)放輸出信號(hào)經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)選出頻率當(dāng)電源接通后，集成運(yùn)放輸出信號(hào)經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)選出頻率為為 的信號(hào)從同相端輸入，形成正反饋。的信號(hào)從同相端輸入，形成正反饋。LCf 21o輸出端可輸出頻率較高的正弦輸出端可輸出頻率較高的正弦波振蕩信號(hào)，其信號(hào)幅度由電位器波振蕩信號(hào)，其信號(hào)幅度由電位器 R3 調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。本章小結(jié)本章小結(jié)調(diào)諧放大器是一種選頻放大器。它利用調(diào)諧放大器是一種選頻放大器。它利用 LC 并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振電路的選頻特性在頻率眾多的信號(hào)中選出某一頻率的電路的選頻特性在頻率眾多的信號(hào)中選出某一頻率的信號(hào)加以放大。信號(hào)加以放

16、大。調(diào)諧放大器有單回路調(diào)諧和雙回路調(diào)諧兩種基本電路。調(diào)諧放大器有單回路調(diào)諧和雙回路調(diào)諧兩種基本電路。雙回路調(diào)諧放大器可以在一定的頻帶內(nèi)具有良好的選雙回路調(diào)諧放大器可以在一定的頻帶內(nèi)具有良好的選擇性。擇性。電路產(chǎn)生自激振蕩必須同時(shí)滿足相位平衡條件和振幅電路產(chǎn)生自激振蕩必須同時(shí)滿足相位平衡條件和振幅平衡條件。具體判別的關(guān)鍵為：電路必須是一個(gè)具有平衡條件。具體判別的關(guān)鍵為：電路必須是一個(gè)具有正反饋的正常放大電路。正反饋的正常放大電路。正弦波振蕩器實(shí)質(zhì)上是具有正反饋的放大器，正弦波振蕩器實(shí)質(zhì)上是具有正反饋的放大器，LC 振振蕩器常用于高頻振蕩，石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度蕩器常用于高頻振蕩，石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度很高。很高。 LC 振蕩器有變壓器耦合式和三點(diǎn)式。可以用集成運(yùn)振蕩器有變壓器耦合式和三點(diǎn)式?？梢杂眉蛇\(yùn)放組成放組成 LC 振蕩器。振蕩器的種類很多，可分為正弦振蕩器。振蕩器的種類很多，可分為正弦波和非正弦波兩大類。各種振蕩器都有各自的用途，波和非正弦波兩大類。各種振蕩器都有各自的用途，它們的集成電路的形式廣泛用于電子玩具、發(fā)聲設(shè)備它們的集成電路的形式廣泛用于電子玩具、發(fā)聲設(shè)備及石英電子鐘等各個(gè)方面。及石英電子鐘等各個(gè)方面。本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)了解調(diào)諧放大器的電路結(jié)構(gòu)、工作特點(diǎn)及工作原理。了解調(diào)諧放大器的電路結(jié)構(gòu)、工作特點(diǎn)及工作原理。理解正弦波振蕩電路的工作原理、振蕩條件。理解