正弦波振蕩電路的分析方法

波形產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)1正弦波振蕩電路的分析方法RC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路4石英晶體振蕩器5非正弦波發(fā)生電路一、正弦波振蕩電路的分析方法產(chǎn)生正弦波振蕩的條件y/2U1sin①ty/2U1sin①t如果反饋電壓uf與原輸入信號(hào)ui完全相等，則即使無(wú)外輸入信號(hào)，放大電路輸出端也有一個(gè)正弦波信號(hào)一一自激振蕩。由此知放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：沸=沸fi即：沸=泌=廖推=沸foii所以產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是：耕=1\AF\=1—幅度平衡條件argAF=^+甲=±2nnn=0,1,2,A相位平衡條件分析步驟：判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩檢查電路是否具備正弦波振蕩的組成部分；檢查放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是否能保證放大電路正常工作；分析電路是否滿足自激振蕩的相位平衡條件和振幅平衡條件。判斷相位平衡條件的方法是：瞬時(shí)極性法。估算振蕩頻率和起振條件，振蕩頻率由相位平衡條件決定。a.寫出回路增益料的表示式令氣+*=±2nn，即可求得滿足該條件的f0，此頻率即為振蕩頻率;令f=f0時(shí)的|辯＞1，即得起振條件。正弦波產(chǎn)生電路一般應(yīng)包括以下幾個(gè)基本組成部分：(1)放大電路。

反饋網(wǎng)絡(luò)。選頻網(wǎng)絡(luò)。⑷穩(wěn)幅電路。判斷一個(gè)電路是否為正弦波振蕩器，就看其組成是否含有上述四個(gè)部分。二、RC正弦波振蕩電路(文氏電橋)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路電路組成：T王T王放大電路一一集成運(yùn)放A；選頻與正反饋網(wǎng)絡(luò)一一R、C串并聯(lián)電路；穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——RF與R'組成的負(fù)反饋電路。Z+ZRC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性R1+j^C+1+j^RC1221Z+ZZu<>66取R]=R2=R圖8.2.2c1=C2=C，令C言)+j3RC1O0RC1則:1WW

3+j(—o)①①得RC串并聯(lián)電路的幅頻特性為:F=■32+（竺-％）2I①①①①相頻特性為：狀5字當(dāng)號(hào)①?gòu)VRe時(shí)，，牛3最大，％=0。振蕩頻率與起振條件1-振蕩頻率f=2SRC2.起振條件f=f0時(shí)，|斗=3由振蕩條件知：|用彳＞1,所以起振條件為：|奇＞3同相比例運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)為氣=1+R，即要求：Rf＞2R振蕩電路中的負(fù)反饋（自動(dòng)穩(wěn)幅）引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，提高帶負(fù)載能力。R’反饋系數(shù)F=r*rF則電路可以起振，改變RF，可改變反饋深度。增加負(fù)反饋深度，并且滿足|奇＞3，并產(chǎn)生比較穩(wěn)定而失真較小的正弦波信號(hào)。則電路可以起振，振蕩頻率的調(diào)節(jié)f02丸RC調(diào)節(jié)電阻R或電容C的值，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率；利用波段開(kāi)關(guān)換接不同容量的電容，對(duì)頻率進(jìn)行粗調(diào)；利用同軸電位器，對(duì)振蕩頻率進(jìn)行細(xì)調(diào)。（二）其他形式的RC振蕩電路1、移相式振蕩電路集成運(yùn)放產(chǎn)生的相位移中A=180°，如果反饋網(wǎng)絡(luò)再相移180°，即可滿足產(chǎn)生正弦波振蕩的相位平衡條件。當(dāng)f=f0時(shí)，相移180°，滿足正弦波振蕩的相位條件。2、雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路振蕩頻率約為：Ol>1并聯(lián)電路的導(dǎo)納:Y=j"+1R2+(3L)2_-c--^oL0R2+(3L)20二0時(shí)，電路發(fā)生并聯(lián)諧振?！鮢=_x_’。5RC_R起振條件R^，32、雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路振蕩頻率約為：Ol>1并聯(lián)電路的導(dǎo)納:Y=j"+1R2+(3L)2_-c--^oL0R2+(3L)20二0時(shí)，電路發(fā)生并聯(lián)諧振。□如果放大電路的放大倍數(shù)足夠大，同時(shí)滿足振幅平衡條件，即可產(chǎn)生正弦波振蕩。三種RC振蕩電路的比較名稱RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路移相式振蕩電路雙T網(wǎng)絡(luò)選頻振蕩電路電路形式€CC\RR振蕩頻率f=1J02冗RCf=1J02*3冗RCf05RC起振條件|牛3Rf>12Rp.QI,R3<R，捋〉1電路特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合可方便地連續(xù)調(diào)節(jié)振蕩頻率，便于加負(fù)反饋穩(wěn)幅電路，容易得到良好的振蕩波形。電路簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)方便，適用于波形要求不高的輕便測(cè)試設(shè)備中。選頻特性好，適用于產(chǎn)生單一頻率的振蕩波形。LC正弦波振蕩電路LC并聯(lián)電路的特性：當(dāng)頻率變化時(shí)，并聯(lián)電路阻抗的大小和性質(zhì)都發(fā)生變化。并聯(lián)諧振角頻率%=1R

■()2+1注。L1①并聯(lián)諧振角頻率%=1R

■()2+1注。L當(dāng)Q>>1時(shí)，e0a&，諧振頻率：九-驀C

-j備(R+j")(-j*?網(wǎng)Z=RTOC\o"1-5"\h\z11-j——+R+j"R+j(①L-——)LC并聯(lián)回路的阻抗:①C①CLRC①L11+j——(1)\o"CurrentDocument"R①2LC在諧振頻率附近，ZRZ0，可見(jiàn)，Q值不同，1+jQ（1-方32回路的阻抗不同。發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，^LC1L回路等效阻抗：Z^^-―0LC并聯(lián)回路的阻抗:在諧振頻率附近，ZRZ0，可見(jiàn)，Q值不同，1+jQ（1-方32回路的阻抗不同。發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，^LC1L回路等效阻抗：Z^^-―0YRCL?oRc，3L

-0-R1：工R\C結(jié)論：1.當(dāng)f=f0時(shí)，電路為純電阻性，等效阻抗最大；當(dāng)f<f0時(shí)，電路為有性；當(dāng)f>f0時(shí)，電路為容性。所以LC并聯(lián)電路具有選頻特性。圖2.電路的品質(zhì)因數(shù)Q愈大，選頻特性愈好。諧振時(shí)LC回路中的電流電容支路的電流：好30C牛牛團(tuán)并聯(lián)回路的輸入電流:R2+(30L)2所以：片|=q|*，當(dāng)q>>1時(shí)，閱>>悴，片|>>件片件I聲C■CL''CL結(jié)論：諧振時(shí)，電容支路的電流與電感支路的電流大小近似相等，而諧振回路的輸入電流極小。（三）變壓器反饋式振蕩電路1、電路組成用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。（瞬時(shí)極性法）2、振蕩頻率和起振條件1振蕩頻率fo?頃廣起振條件6>宅￡M(四)電感三點(diǎn)式振蕩電路(Hartley)1、電路組成用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。2、振蕩頻率和起振條件”11振蕩頻率f=——=——=02叭LC2\：(%+L2+2M)C起振條件6>%:二-導(dǎo)L+MR電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)由于二線圈之間耦合很緊，因此容易起振。調(diào)節(jié)頻率方便。一般用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的頻率。輸出波形中含有較大的高次諧波，故波形較差。8.3.45.頻率穩(wěn)定度不高。(五)電容三點(diǎn)式振蕩電路(Colpitts)1、電路組成用瞬時(shí)極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。2、振蕩頻率和起振條件振蕩頻率f=一L02冗"C2叭2冗Lq+C2CC—1_2(六)電容三點(diǎn)式改進(jìn)型振蕩電路振蕩頻率圖8.3.5選擇C<<C1，C<<C2,減小了三極管極間電容對(duì)振蕩頻率的影響，適用于產(chǎn)生高頻振蕩。各種LC振蕩電路的比較名稱變壓器反饋式電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式改進(jìn)型電路形式[IF'?11路k*亂f用—02冗JLC1f1f彪1振蕩頻率f=.02冗J(q+L2+2M)C)2氣LeeL-L2-C+C1202冗1L?,1+1+1CCC起振條件r—R'Cp>—M超L+Mrp>?上拿L+MR2展-R112同左頻率調(diào)節(jié)方法及范圍頻率可調(diào)，范圍較寬。同左頻率可調(diào)，圍較小。范同左振蕩波形一般較差好好頻率穩(wěn)定度可達(dá)10-4同左可達(dá)10-4?10-5可達(dá)10-5適用頻率幾千赫~幾十兆赫同左幾兆赫?一百兆赫同左（七）石英晶體振蕩器石英晶體的基本特性和等效電路1、基本特性壓電效應(yīng)：在石英晶片的兩極加一電場(chǎng)，晶片將產(chǎn)生機(jī)械變形；若在晶片上施加機(jī)械壓力，在晶片相應(yīng)的方向上會(huì)產(chǎn)生一定的電場(chǎng)。壓電諧振：晶片上外加交變電壓的頻率為某一特定頻率時(shí)，振幅突然增加。2、等效電路靜電電容：C0機(jī)械振動(dòng)慣性：L晶片彈性：C磨擦損耗：RXo…一…—1串聯(lián)諧振頻率尸虱宜-1"C并聯(lián)諧振頻率fp-—,=f.1+—2冗\(yùn)L———'oC+Co一、并聯(lián)型石英晶體振蕩電路電抗頻率特性交流等效電路圖8.4.2CC1―2-C'=C1+C2振蕩頻率f-——1,02丸:LC(Co+C\C+C+C1o由于C?Co+C，fCC1―2-C'=C1+C2當(dāng)振蕩頻率等于fS時(shí)，晶體阻抗最小，且為純電阻，此時(shí)正反饋?zhàn)顝?qiáng)，相移為零，電路滿足自激振蕩條件。振蕩頻率匕=二圖8.5.2調(diào)節(jié)R可改變反饋的強(qiáng)弱，以獲得良好的正弦波。（八）非正弦波發(fā)生電路矩形波發(fā)生電路一、電路組成滯回比較器：集成運(yùn)放、R1、R充放電回路：R、C；鉗位電路：VDZ、R3。二、工作原理設(shè)t=0時(shí)，“c=0，Wq=+UZRC充放電滯回—回路比較器u=UC=U+時(shí)，輸出跳變，UOUZ,則uR——1—UR+Rz=uC=U+時(shí)，輸出又一次跳變，uO=+UZ當(dāng)三、振蕩周期電容的充放電規(guī)律：（8）］e+U（8）U(t)=U(。)-U對(duì)于放電，UC（°尸+FrUz12U(8)—~U，T=RC解得:結(jié)論:T=2RCln（1+色）R2改變充放電回路的時(shí)間常數(shù)及滯回比較器的電阻，即可改變振蕩周期。矩形波的幅度與R1、R2和UZ有關(guān)。四、占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路使電容的充、放電時(shí)間常數(shù)不同且可調(diào)，即可使矩形波發(fā)生器的占空比可調(diào)。充電時(shí)間T12VDi+Hl2RT=2(R+Rr)Cln(1+十)R+R〃W-2R+RW三角波發(fā)生電路一、電路組成A］滯回比較器A2反向積分電路

二、工作原理設(shè)t=0時(shí)，u。］=+