第23講8~1正弦波振蕩電路

第二十三講正弦波振蕩電路一、正弦波振蕩電路二、RC正弦波振蕩電路三、LC正弦波振蕩電路四、石英晶體正弦波振蕩電路一、正弦波振蕩的條件和電路的組成1.正弦波振蕩的形成無外加信號，輸出一定頻率一定幅值的信號。與負反饋放大電路的振蕩的不同之處：在正弦波振蕩電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。在電擾動下（合閘通電瞬間），對于某一特定頻率f0的信號形成正反饋：放大倍數(shù)A=10反饋系數(shù)F＝0.2放大倍數(shù)A=2假如反饋系數(shù)F＝0.2輸出會越來越小，直至衰減為零。輸出會逐漸增大，產(chǎn)生振蕩。（1）假如（2）由于半導體器件的非線性特性及供電電源的限制，最終達到動態(tài)平衡，穩(wěn)定在一定的幅值。。2.正弦波振蕩的條件

一旦產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩，則電路的輸出量自維持，即幅值平衡條件相位平衡條件起振條件：

要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的f0，且在合閘通電時對于f=f0信號有從小到大直至穩(wěn)幅的過程，即滿足起振條件。3.正弦波振蕩起振與穩(wěn)幅電路如何從起振到穩(wěn)幅？穩(wěn)定的振幅非線性環(huán)節(jié)的必要性！實現(xiàn)穩(wěn)幅1)放大電路：起放大作用，實現(xiàn)能量的控制2)正反饋網(wǎng)絡：滿足相位平衡條件3)選頻網(wǎng)絡：確定f0，保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩4)非線性環(huán)節(jié)（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）：穩(wěn)幅4.正弦波振蕩電路的基本組成部分1)判斷是否存在主要組成部分；2)放大電路能否正常工作，即是否有合適的Q點，信號是否可能正常傳遞，沒有被短路或斷路；3)是否滿足相位條件，用瞬時極性法是否存在正反饋，即是否存在f0，是否可能振蕩（祥見下頁）

；4)是否滿足幅值條件，即是否一定振蕩。常合二為一5.分析方法相位條件的判斷方法：瞬時極性法

斷開反饋，在斷開處給放大電路加f＝f0的信號Ui，且規(guī)定其極性，然后根據(jù)

Ui的極性→Uo的極性→Uf的極性若Uf與Ui極性相同，則電路可能產(chǎn)生自激振蕩；否則電路不可能產(chǎn)生自激振蕩。

在多數(shù)正弦波振蕩電路中，輸出量、凈輸入量和反饋量均為電壓量。極性？6.

分類根據(jù)常用選頻網(wǎng)絡所用元件分類。1)RC正弦波振蕩電路：幾百千赫以下2)LC正弦波振蕩電路：幾百千赫～幾百兆赫3)石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定二、RC

正弦波振蕩電路1.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(由相同的RC組成的串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡如下：)低頻段高頻段在頻率從0～∞中必有一個頻率f0，φF＝0o。RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的頻率響應(傳遞函數(shù))當f=f0時，不但φ=0，且最大，為1/3。幅頻、相頻特性∴RC串并聯(lián)網(wǎng)絡在f0處發(fā)生諧振。要產(chǎn)生正弦波振蕩，需滿足起振條件：因為，RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡匹配一個電壓放大倍數(shù)略大于3的放大電路放大器+-RCRC+-放大電路的輸入電阻Ri與RC并聯(lián)支路并聯(lián)∴要求Ri越大越好放大電路的輸出電阻R0與RC串聯(lián)支路串聯(lián)；∴要求R0越小越好1)是否可用共射放大電路？2)是否可用共集放大電路？3)是否可用共基放大電路？4)是否可用兩級共射放大電路？2.電路組成(的一般原則)不符合相位條件不符合幅值條件輸入電阻小、輸出電阻大，影響f0

可引入電壓串聯(lián)負反饋，使電壓放大倍數(shù)大于3，且Ri大、Ro小，對f0影響小RC串并聯(lián)正弦振蕩電路對放大電路的要求：①對于振蕩頻率f0而言，必須是同相放大電路；②對于振蕩頻率f0而言，電壓放大倍數(shù)略大于3；③輸入電阻盡量大；④輸出電阻盡量小；具有深度負反饋的電壓串聯(lián)負反饋放大電路3.

RC橋式正弦波振蕩電路（文氏橋振蕩器）1）用同相比例運算電路作放大電路。

因同相比例運算電路U0、Ui有非常好的線性度，為了穩(wěn)定輸出電壓的幅值。故R1或Rf可用熱敏電阻（一般R1選正溫度系數(shù)熱敏電阻，Rf選負溫度系數(shù)熱敏電阻）；或加二極管作為非線性環(huán)節(jié)。起負反饋作用。文氏橋振蕩器的特點？2）頻率可調的文氏橋振蕩器加穩(wěn)壓管可以限制輸出電壓的峰-峰值。同軸電位器RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡改變電阻R或電容C可改變振蕩頻率切換電容頻段選擇（粗調）頻率選擇（微調）雙聯(lián)可調電位器雙聯(lián)可調電容器切換電阻討論一：合理連接電路，組成文氏橋振蕩電路討論二：判斷圖示電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩嗎？1）RC移項式電路（P472的8.4題）1)RC移相電路有幾級才可能產(chǎn)生正弦波振蕩？2)若R和C互換呢？解：①對上圖，因為共射放大電路的輸出與輸入電壓反相（φA=-1800），且C1和R1、C2和R2、C3和Ri構成三記移相電路，均為超前網(wǎng)絡，故在信號頻率由0到無窮大時相移為+2700~00，因此存在使相移為+1800（φF=+1800）的頻率，即存在滿足正弦波振蕩相位條件的頻率f0(此時，φA+φF=0)；且在f=f0時有可能滿足起振條件|AF|>1，所以上圖由可能產(chǎn)生正弦波振蕩。故RC移相電路有三級才可能產(chǎn)生正弦波振蕩。②若R和C互換，因為共射放大電路的輸出與輸入電壓反相（φA=-1800），且R0和C1、R1和C2、R2和C3構成三記移相電路，均為滯后網(wǎng)絡，故在信號頻率由0到無窮大時相移為00~-2700，因此存在使相移為-1800（φF=-1800）的頻率，即存在滿足正弦波振蕩相位條件的頻率f0(此時，φA+φF=-3600)；且在f=f0時有可能滿足起振條件|AF|>1，所以上圖由可能產(chǎn)生正弦波振蕩。1）RC移相式振蕩電路8CRRfRCRC一節(jié)RC環(huán)節(jié)移相90二節(jié)RC環(huán)節(jié)移相180三節(jié)RC環(huán)節(jié)移相270對于的信號，—滿足相位平衡條件優(yōu)點：結構簡單缺點：選頻特性差，輸出波形差經(jīng)分析知，C2和RW構成的反饋網(wǎng)絡為正反饋，正反饋在放大電路的通頻段內對不同頻率信號的強弱相同；CRC和RCR組成的雙T網(wǎng)絡所引起的反饋為負反饋，對不同頻率信號的強弱不同。所以在諧振頻率f0下雙T選頻網(wǎng)絡呈純阻性，等效電阻很大；因而電路僅可能產(chǎn)生頻率為f0的正弦波振蕩。2）RC雙T選頻網(wǎng)絡解：選頻網(wǎng)絡和正反饋網(wǎng)絡是兩個分開網(wǎng)絡。①CRC和RCR組成的雙T網(wǎng)絡構成選頻網(wǎng)絡；C2和RW構成反饋網(wǎng)絡。②判斷兩路反饋的極性：采用瞬時極性法，斷開場效應管柵極的反饋，假如輸入電壓，并規(guī)定其對地為正，見右圖所示。+-AuoR2CRfRR2R1R1C已知：R1=10K，R2=100K，Rf=18KR=10K，C=0.01uF試：求解（1）RW的下限值（2）振蕩頻率的調節(jié)范圍解：（1）根據(jù)起振條件（2）振蕩頻率例題：或加入穩(wěn)幅措施熱敏電阻穩(wěn)幅8CR1RfRCR為使電Au為非線性，起振時，應使Au>3，穩(wěn)幅后Au=3。正溫度系數(shù)負溫度系數(shù)二極管穩(wěn)幅8R1R2V1V2R312.4k>R2>8.1k起振時信號小，二極管電阻大Au

1+(R2+R3)/R1>3R2>2R1-R3起振后二極管電阻逐漸減小，Au

1+R2/R1=3為使失真?。篟2<2R1f0=1.94kHz8.2k6.2k22k4.3k0.01F8.2k0.01F理想LC并聯(lián)網(wǎng)絡在諧振時呈純阻性，且阻抗無窮大。f較小時，容抗大，網(wǎng)絡呈感性；f較大時，感抗大，網(wǎng)絡呈容性。諧振頻率為在損耗較小時，品質因數(shù)及諧振頻率各種損耗等效電阻三、LC正弦波振蕩電路類型：變壓器反饋式、電感三點式、電容三點式1.LC并聯(lián)網(wǎng)絡的選頻特性上式8.1.14表明，選頻網(wǎng)絡的損耗R越小，在諧振頻率相同時，電容容量選的越小，電感數(shù)值選的越大，Q品質因數(shù)越大，電路選頻特性越好。在f＝f0時，電容和電感中電流各約為多少？網(wǎng)絡的電阻為多少？在f＝f0時，電路的電抗經(jīng)計算得：Z0=R+Q2R；在Q》1時，Z0=≈

Q2R≈QXL

≈QXC在f＝f0時，當網(wǎng)絡的輸入電流為I0時，電容和電感的電流為QI0。??形成環(huán)流，大小是總電流的Q

倍LuCr–

+iiLiCIC?IL?U?I?附加相移LC選頻放大電路→正弦波振蕩電路

當f=f0時，電壓放大倍數(shù)的數(shù)值最大，且附加相移為0。0Z

Z0Q大Q小幅頻特性0f90o-90oQ增大相頻特性對于其余頻率的信號，電壓放大倍數(shù)不但數(shù)值減小，而且存在附加相移。電路舉由選頻特性。若在電路中引入正反饋，并能用反饋電壓取代輸入電壓，則電路就稱為正弦波振蕩電路。

構成正弦波振蕩電路最簡單的做法是通過變壓器引入反饋。根據(jù)引入反饋方式的不同，LC正弦波電路分為：變壓器反饋式、電感三點式、電容三點式；所用放大電路視振蕩頻率而定，可以是共射電路，也可以是共基電路。2.

變壓器反饋式電路（理解）C1是必要的嗎？隔直通交特點：易振，波形較好；耦合不緊密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。分析電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的步驟：1)是否存在組成部分（四部分）；2)放大電路是否能正常工作；3)是否滿足相位條件（存在正反饋）。為使N1、N2耦合緊密，將它們合二為一，組成電感反饋式電路。必須有合適的同銘端！3.電感反饋式電路（理解）反饋電壓取自哪個線圈？N2線圈反饋電壓的極性？同與假定輸入的電壓極性，存在正反饋。必要嗎？

電感的三個抽頭分別接晶體管的三個極，故稱之為電感三點式電路。3.

電感反饋式電路特點：耦合緊密，易振，振幅大，C用可調電容可獲得較寬范圍的振蕩頻率。波形較差，常含有高次諧波。

由于電感對高頻信號呈現(xiàn)較大的電抗，故波形中含高次諧波，為使振蕩波形好，采用電容反饋式電路。起振條件：4.

電容反饋式（電容三點式）電路（理解）

若要振蕩頻率高，則L、C1、C2的取值就要小。當電容減小到一定程度時，晶體管的極間電容將并聯(lián)在C1和C2上，影響振蕩頻率。為消除極間電容的影響，使振蕩頻率穩(wěn)定，故在電感支路串上小電容C。特點：波形好，振蕩頻率調整范圍小，適于頻率固定的場合。與放大電路參數(shù)無關作用？4、電容三點式振蕩電路考畢茲振蕩器(Colpitts)×+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123LC3???優(yōu)點：波形較好缺點：2)V極間電容影響f01)調頻時易停振C3的改進四、石英晶體正弦波振蕩電路1.石英晶體的特點SiO2結晶體按一定方向切割的晶片。1）結構晶片涂銀層焊點2）符號3）壓電效應形變形變機械振動外力4）壓電諧振—外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時，機械振動幅度急劇加大的現(xiàn)象。固有頻率只決定于其幾何尺寸，故非常穩(wěn)定。5）等效電路rqC0CqLqCo

—晶片靜態(tài)電容(幾~幾十pF)Lq

—

晶體的動態(tài)電感(10-3~102H)(大)rq

—

等效摩擦損耗電阻(小)Cq

—晶體的動態(tài)電容(<0.1pF)(小)大小小大容性感性阻性6）頻率特性和諧振頻率fs是Lp、Cp、rp支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振時的頻率，此時支路呈阻性。串聯(lián)諧振時，在諧振頻率下，整個網(wǎng)絡的電抗等于rp并聯(lián)C0得容抗，因rp《Ω0c0，故可近似認為石英晶體也呈阻性，等于rp。當f<fs時，C0和Cp電抗較大，起主導作用，石英晶體呈容性。

一般LC選頻網(wǎng)絡的Q為幾百，石英晶體的Q可達104～106；前者振蕩頻率的穩(wěn)定度為Δf/f為10－5，后者可達10－10～10－11。因此石英晶體的選頻特性是其它選頻網(wǎng)絡不能比擬的。當f>fs時，Lp、Cp、rp支路呈感性，將與C0產(chǎn)生并聯(lián)諧振，石英晶體又呈阻性，諧振頻率為：當f>fp時，電抗主要決定于C0，石英晶體又呈容性。所以，只有在：fs<f<fp的情況下，石英晶體才呈感性。故呈感性的頻帶很狹窄。7）使用注意（2)要有合適的激勵電平。過大會影響頻率穩(wěn)定度、振壞晶片；過小會使噪聲影響大，還能停振。（1)要接一定的負載電容CL(微調)，