信息與通信第十章正弦波振蕩電路

1、信息與通信第十章正弦波振蕩電路10-1 振蕩的根本原理一、反響放大器的根本方程二、起振過程和平衡條件10.2 RC正弦波振蕩器10.2.1 RC移相振蕩器 10.2.2 RC選頻振蕩器8/24/2022210.3 LC正弦波振蕩器10.3.1 變壓器耦合反響式振蕩器10.3.2 電容反響式振蕩電路10.3.3 電感反響式振蕩電路8/24/2022310.4 石英晶體振蕩器10.4.2 石英晶體的物理特性和電特性10.4.4 并聯(lián)型石英晶體振蕩器10.4.3 串聯(lián)型石英晶體振蕩器8/24/20224文氏電橋振蕩電路LC并聯(lián)諧振回路的特性LC正弦波振蕩電路分析穩(wěn)頻措施串聯(lián)晶體振蕩器舉例附 錄8/2

2、4/20225振蕩電路是指在沒有 輸入信號的條件下, 能夠自行產(chǎn)生一定幅度、一定頻率的輸出信號的電路。張弛振蕩電路產(chǎn)生方波、鋸齒波形等正弦振蕩電路反響型負(fù)阻型RC振蕩器LC振蕩器晶體振蕩器8/24/20226一、反響放大器的根本方程圖10.1 反響放大器10-1 振蕩的根本原理FoXfXiX AiX8/24/20227FoXfXiX AiX8/24/20228二、起振過程和平衡條件 反響型振蕩器組成方框圖FoUfU AiU8/24/202291起振過程及起振條件 相位起振條件 幅度起振條件 FoUfU AiU8/24/202210振幅平衡條件 相位平衡條件 FoUfU AiU8/24/2022

3、11(取n=0) 令那么 8/24/202212圖10.5 LC并聯(lián)回路負(fù)載相角與頻率的關(guān)系 8/24/202213起振平衡反響振蕩器的振蕩過程8/24/20221410.2 RC正弦波振蕩器RC 電路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩器。振蕩頻率較低，一般在幾十kHz以下。RC移相振蕩器RC選頻振蕩器選頻網(wǎng)絡(luò)采用RC超前或滯后移相網(wǎng)絡(luò)。選頻網(wǎng)絡(luò)采用RC串并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。8/24/20221510.2.1 RC移相振蕩器 圖10.17 RC串聯(lián)移相網(wǎng)絡(luò) 超前移相網(wǎng)絡(luò) 滯后移相網(wǎng)絡(luò) 8/24/202216圖10.18 RC串聯(lián)超前網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線 截止頻率 = RC 8/24/202217圖10.19 RC超前

4、移相網(wǎng)絡(luò)振蕩器 8/24/20221810.2.2 RC選頻振蕩器圖10.20 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 8/24/202219圖10.21 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線 8/24/202220圖10.22 文氏電橋振蕩器8/24/20222110.3 LC正弦波振蕩器采用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的反響式振蕩器稱為LC正弦波振蕩器?？梢援a(chǎn)生幾十兆赫以上的正弦波信號。 變壓器耦合反響式電感或電容反響式8/24/202222圖10.23 三種不同接法的變壓器耦合反響式振蕩器 是否滿足正反響判斷方法：“射基集同名規(guī)那么 (CE)(CB)(CB)CE：射基同名；-CB：射集同名。CC：射基同名。8/24/202

5、223LC2cbeCICILUbUf Uo10.3.2. 電容反響式振蕩電路圖10.24電容反響式振蕩器的交流通路CE 18/24/20222410.25電容反響式振蕩器電矢量關(guān)系 ILUoICUfLC2cbeCICILUbUf Uo18/24/202225LC2cbeCICILUbUf Uo18/24/202226圖10.25電容三點(diǎn)式振蕩器及其交流通路CB 8/24/202227圖10.25電容三點(diǎn)式振蕩器及其交流通路CB 8/24/20222810.3.3 電感反響式振蕩電路8/24/202229(b)UfUb UoIL ICRBRLcL1L2Cbe圖10.26電感反響式振蕩電路及其交流

6、通路 8/24/202230注：L1與L2之間無互感。(b)UfUb UoIL ICRBRLcL1L2Cbe8/24/202231電感或電容反響式振蕩器是否滿足正反響判斷方法“射同基反規(guī)那么 EB,EC:同性質(zhì)電抗元件; BE,BC:異性質(zhì)電抗元件. 8/24/202232例1 在振幅條件已滿足的前提下，用相位條件去判斷如下振蕩器是否能震蕩？ (b) (a) 8/24/20223310.4 石英晶體振蕩器1. 頻率的準(zhǔn)確性 2. 頻率的穩(wěn)定性中波播送發(fā)射機(jī)：10-5；電視發(fā)射機(jī)：10-7測量值 設(shè)計(jì)值 8/24/20223410.4.2 石英晶體的物理特性和電特性1. 石英諧振器的物理特性1)

7、 正壓電效應(yīng) 正壓電效應(yīng)：把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。 2反壓電效應(yīng)反壓電效應(yīng)：把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。 8/24/202235交變電場 機(jī)械形變振動.通常機(jī)械振動振幅和外加交變電場的振幅都非常微小。只有在外加交變電壓的頻率為某一 特定頻率時(shí)，振幅才突然增加，機(jī)械振動最強(qiáng)，電路里高頻電流最大，此現(xiàn)象稱為壓電諧振。通常說石英晶體就是指石英諧振器。諧振在晶體的基音(Fundamental)或奇次泛音(Overtone)(3、5、7次泛音) 。8/24/202236圖10.30 石英晶體的等效電路和電抗特性(a)晶體符號；(b)某振動模式的電等效電路2. 石英諧振器的電特性(a)(b)頻率豐富的諧振系統(tǒng)支架電容

8、幾個(gè)pF亨利百歐8/24/202237圖10.30 (c)某一頻率等效電路； (d)電抗特性其它支路失諧，近似開路8/24/2022388/24/202239其值約為10-3量級 8/24/20224010.4.3 串聯(lián)型石英晶體振蕩器T1 T2 R1 R2 R3 R4 R5R6 晶體 +VCC C uo 串聯(lián)型石英晶體振蕩器把石英晶體用作選頻短路線8/24/20224110.4.4 并聯(lián)型石英晶體振蕩器圖10.32 并聯(lián)型石英晶體振蕩器(a)原理電路; (b)交流通路并聯(lián)型石英晶體振蕩器把石英晶體用作電感元件 8/24/2022428/24/202243圖10.32 并聯(lián)型晶體振蕩器振蕩頻率

9、的圖解確定 Xewwpwg1wC1C2C1C2ws+晶體的標(biāo)稱頻率CL8/24/202244文氏電橋振蕩電路A+-RRCC8/24/202245A+-RRCC文氏電橋多用于產(chǎn)生20HZ200kHZ的低頻信號發(fā)生器中。8/24/2022461. 振蕩頻率因?yàn)檎袷庪娐返南辔粭l件為圖中，所以2. 起振條件即構(gòu)成的串聯(lián)電壓負(fù)反響電路，能起到穩(wěn)定輸出幅度的作用。提高了輸入電阻，減小了輸出電阻。8/24/202247A+-RRCC8/24/202248LC并聯(lián)諧振回路的特性CrL電路圖Z8/24/202249令8/24/202250一 諧振時(shí)回路參數(shù)固有角頻率8/24/202251二 LC并聯(lián)回路的頻率特

10、性并令考慮 附近情況，則可認(rèn)為；那么8/24/202252|Z|(b)幅頻特性感性容性(c)相頻特性8/24/202253考察不同的值時(shí)頻率特性，Q越大，幅頻特性越鋒利，說明選頻特性越好。時(shí)，純阻性時(shí)，Z顯容性，時(shí)，Z顯感性，8/24/202254LC正弦波振蕩電路分析一 電感反響式(電感三點(diǎn)式)+圖1 電感反響式振蕩器2318/24/202255(b)交流電路8/24/202256( LC回路呈純阻性,即滿足該條件 )( 同名端設(shè)置正確 )8/24/202257為折合到L1兩端的等效并聯(lián)總電阻。其中為互感。8/24/202258波形較差。因?yàn)榉错懭∽噪姼性礁撸错懺綇?qiáng)，反響和輸出信號中含高次

11、諧波。8/24/202259二.電容反響式振蕩電路(電容三點(diǎn)式)圖10-14 SMB-10示波器中LC振蕩器原理圖8/24/202260(b)交流通路8/24/202261 優(yōu)點(diǎn)：波形較好。因?yàn)榉答伻∽噪娙莘错懞洼敵鲂盘栔兄C波分量小。8/24/202262一 影響頻率穩(wěn)定度的主要因素1.電源電壓或溫度變化，使振蕩管的工作點(diǎn)變化，導(dǎo)致諧振回路等效電阻值變化，另外使管子的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)等效電容改變，它們都引起振蕩頻率的變化。2.回路L、C元件的老化，引起振蕩頻率的變化。3.負(fù)載變化引起振蕩頻率的變化。穩(wěn)頻措施8/24/202263二 穩(wěn)頻措施1.采用穩(wěn)定電源，穩(wěn)定直流工作點(diǎn)，以減小極間電容變化。2

12、.在負(fù)載和振蕩電路間加緩沖級，隔離負(fù)載對振蕩的影響。3.對決定振蕩頻率的元件要保證其準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。4.采用高Q值 LC振蕩電路，Q越高，選頻特性越好。實(shí)際LC回路的Q值最高僅達(dá)數(shù)百，頻率穩(wěn)定度很難突破 數(shù)量級。石英晶體振蕩電路頻率穩(wěn)定度可達(dá) 左右，甚至 。8/24/202264例題 對圖10-19晶體振蕩器，晶體串聯(lián)諧振頻率為10MHz.(1) 說明該電路屬于哪種形式的晶體振蕩電路。(2) 求所需L值.(3) 求等幅振蕩時(shí)的 值.8/24/202265圖 10-19 晶振電路8/24/202266解:(1) 該電路為串聯(lián)型晶體振蕩器，晶體等效為短路元件， 為反響電容， 兩端反響電壓與運(yùn)放輸出端電