正弦波振蕩電路

關(guān)于正弦波振蕩電路第1頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、正弦波振蕩的條件和電路的組成1.正弦波振蕩的形成無(wú)外加信號(hào)，輸出一定頻率一定幅值的信號(hào)。與負(fù)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(dòng)下（合閘通電瞬間），對(duì)于某一特定頻率f0的信號(hào)形成正反饋：第2頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月放大倍數(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(huì)越來(lái)越小，直至衰減為零。輸出會(huì)逐漸增大，產(chǎn)生振蕩。（1）假如（2）

由于半導(dǎo)體器件的非線性特性及供電電源的限制，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，穩(wěn)定在一定的幅值。。第3頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)對(duì)于f=f0信號(hào)有從小到大直至穩(wěn)幅的過程，即滿足起振條件。第4頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅第5頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1)放大電路：起放大作用，實(shí)現(xiàn)能量的控制2)正反饋網(wǎng)絡(luò)：滿足相位平衡條件3)選頻網(wǎng)絡(luò)：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(diǎn)，信號(hào)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(shí)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(yè)）

；4)是否滿足幅值條件，即是否一定振蕩。常合二為一5.分析方法第6頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相位條件的判斷方法：瞬時(shí)極性法

斷開反饋，在斷開處給放大電路加f＝f0的信號(hào)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？第7頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.

分類根據(jù)常用選頻網(wǎng)絡(luò)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)定第8頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、RC

正弦波振蕩電路1.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)(由相同的RC組成的串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)如下：)低頻段高頻段

在頻率從0～∞中必有一個(gè)頻率f0，φF＝0o。第9頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)(傳遞函數(shù))當(dāng)f=f0時(shí)，不但φ=0，且最大，為1/3。幅頻、相頻特性第10頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月∴RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)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?yàn)?，RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)匹配一個(gè)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越小越好第11頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(jí)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(fù)反饋，使電壓放大倍數(shù)大于3，且Ri大、Ro小，對(duì)f0影響小RC串并聯(lián)正弦振蕩電路對(duì)放大電路的要求：①對(duì)于振蕩頻率f0而言，必須是同相放大電路；②對(duì)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?。痪哂猩疃蓉?fù)反饋的電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路第12頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.

RC橋式正弦波振蕩電路（文氏橋振蕩器）1）用同相比例運(yùn)算電路作放大電路。

因同相比例運(yùn)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(fù)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(fù)反饋?zhàn)饔?。文氏橋振蕩器的特點(diǎn)？第13頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）頻率可調(diào)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(luò)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(diào)）頻率選擇（微調(diào)）雙聯(lián)可調(diào)電位器雙聯(lián)可調(diào)電容器切換電阻第14頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月討論一：合理連接電路，組成文氏橋振蕩電路第15頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月討論二：判斷圖示電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩嗎？1）RC移項(xiàng)式電路（P472的8.4題）1)RC移相電路有幾級(jí)才可能產(chǎn)生正弦波振蕩？2)若R和C互換呢？解：①對(duì)上圖，因?yàn)楣采浞糯箅娐返妮敵雠c輸入電壓反相（φA=-1800），且C1和R1、C2和R2、C3和Ri構(gòu)成三記移相電路，均為超前網(wǎng)絡(luò)，故在信號(hào)頻率由0到無(wú)窮大時(shí)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(shí)，φA+φF=0)；且在f=f0

時(shí)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(jí)才可能產(chǎn)生正弦波振蕩。第16頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②若R和C互換，因?yàn)楣采浞糯箅娐返妮敵雠c輸入電壓反相（φA=-1800），且R0和C1、R1和C2、R2和C3構(gòu)成三記移相電路，均為滯后網(wǎng)絡(luò)，故在信號(hào)頻率由0到無(wú)窮大時(shí)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(shí)，φA+φF=-3600)；且在f=f0

時(shí)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。第17頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(duì)于的信號(hào)，—滿足相位平衡條件優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

缺點(diǎn)：選頻特性差，輸出波形差第18頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)分析知，C2和RW構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)為正反饋，正反饋在放大電路的通頻段內(nèi)對(duì)不同頻率信號(hào)的強(qiáng)弱相同；CRC和RCR組成的雙T網(wǎng)絡(luò)所引起的反饋為負(fù)反饋，對(duì)不同頻率信號(hào)的強(qiáng)弱不同。所以在諧振頻率f0下雙T選頻網(wǎng)絡(luò)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(luò)解：選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)是兩個(gè)分開網(wǎng)絡(luò)。①CRC和RCR組成的雙T網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)；C2和RW構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。②判斷兩路反饋的極性：采用瞬時(shí)極性法，斷開場(chǎng)效應(yīng)管柵極的反饋，假如輸入電壓，并規(guī)定其對(duì)地為正，見右圖所示。第19頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月+-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(diào)節(jié)范圍解：（1）根據(jù)起振條件（2）振蕩頻率例題：第20頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月或加入穩(wěn)幅措施熱敏電阻穩(wěn)幅8CR1RfRCR為使電Au

為非線性，起振時(shí)，應(yīng)使Au>3，穩(wěn)幅后Au=3。正溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)二極管穩(wěn)幅8R1R2V1V2R312.4k>R2>8.1k起振時(shí)信號(hào)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為使失真小：R2<2R1f0=1.94kHz8.2k6.2k22k4.3k0.01F8.2k0.01F第21頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

理想LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在諧振時(shí)呈純阻性，且阻抗無(wú)窮大。f較小時(shí)，容抗大，網(wǎng)絡(luò)呈感性；f較大時(shí)，感抗大，網(wǎng)絡(luò)呈容性。諧振頻率為在損耗較小時(shí)，品質(zhì)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(diǎn)式、電容三點(diǎn)式1.LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性

上式8.1.14表明，選頻網(wǎng)絡(luò)的損耗R越小，在諧振頻率相同時(shí)，電容容量選的越小，電感數(shù)值選的越大，Q品質(zhì)因數(shù)越大，電路選頻特性越好。第22頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

在f＝f0時(shí)，電容和電感中電流各約為多少？網(wǎng)絡(luò)的電阻為多少？在f＝f0時(shí)，電路的電抗經(jīng)計(jì)算得：Z0=R+Q2R；在Q》1時(shí)，Z0=≈

Q2R≈QXL

≈QXC

在f＝f0時(shí)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的輸入電流為I0時(shí)，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?第23頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月附加相移LC選頻放大電路→正弦波振蕩電路

當(dāng)f=f0時(shí)，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(duì)于其余頻率的信號(hào)，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。第24頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

構(gòu)成正弦波振蕩電路最簡(jiǎn)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(diǎn)式、電容三點(diǎn)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。第25頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.

變壓器反饋式電路（理解）C1是必要的嗎？隔直通交特點(diǎn)：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！第26頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.電感反饋式電路（理解）反饋電壓取自哪個(gè)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(gè)抽頭分別接晶體管的三個(gè)極，故稱之為電感三點(diǎn)式電路。第27頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.

電感反饋式電路特點(diǎn)：耦合緊密，易振，振幅大，C用可調(diào)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(duì)高頻信號(hào)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：第28頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.

電容反饋式（電容三點(diǎn)式）電路（理解）

若要振蕩頻率高，則L、C1、C2的取值就要小。當(dāng)電容減小到一定程度時(shí)，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(diǎn)：波形好，振蕩頻率調(diào)整范圍小，適于頻率固定的場(chǎng)合。與放大電路參數(shù)無(wú)關(guān)作用？第29頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、電容三點(diǎn)式振蕩電路考畢茲振蕩器(Colpitts)×+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123LC3???第30頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)：波形較好缺點(diǎn)：2)V極間電容影響f01)調(diào)頻時(shí)易停振C3的改進(jìn)第31頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、石英晶體正弦波振蕩電路1.石英晶體的特點(diǎn)SiO2結(jié)晶體按一定方向切割的晶片。1）結(jié)構(gòu)晶片涂銀層焊點(diǎn)2）符號(hào)3）壓電效應(yīng)形變形變機(jī)械振動(dòng)外力第32頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4）壓電諧振—外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時(shí)，機(jī)械振動(dòng)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(dòng)態(tài)電感(10-3~102H)(大)rq

—

等效摩擦損耗電阻(小)Cq

—晶體的動(dòng)態(tài)電容(<0.1pF)(小)大小小大第33頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月容性感性阻性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(shí)的頻率，此時(shí)支路呈阻性。串聯(lián)諧振時(shí)，在諧振頻率下，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電抗等于rp并聯(lián)C0得容抗，因rp《Ω0c0，故可近似認(rèn)為石英晶體也呈阻性，等于rp。當(dāng)f<fs時(shí)，C0和Cp電抗較大，起主導(dǎo)作用，石英晶體呈容性。第34頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一般LC選頻網(wǎng)絡(luò)的Q為幾百，石英晶體的Q可達(dá)104～106；前者振蕩頻率的穩(wěn)定度為Δf/f為10－5，后者可達(dá)10－10～10－11。因此石英晶體的選頻特性是其它選頻網(wǎng)絡(luò)不能比擬的。當(dāng)f>fs時(shí)，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(dāng)f>fp時(shí)，電抗主要決定于