九章振蕩電路

第九章振蕩電路9.1振蕩電路的作用及分類9.2正弦波振蕩電路基本原理9.3非正弦波信號(hào)發(fā)生器基本原理9.4集成信號(hào)發(fā)生器12023/6/99.1振蕩電路的作用與分類【振蕩電路(也稱為振蕩器)的作用】一是能量的傳遞，二是信號(hào)的處理?！菊袷幤鞯姆诸悺堪凑袷幤鞴ぷ髟矸诸悾喊措娐吩诸悾喊凑袷幤鬏敵鲱l率分類： 9.2正弦波振蕩電路基本原理【振蕩電路的特點(diǎn)】（1）無(wú)外加信號(hào)，輸出一定頻率一定幅值的信號(hào)；（2）電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控；（3）在電擾動(dòng)下，對(duì)于某一特定頻率的信號(hào)形成正反饋；（4）由半導(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?！菊也ㄕ袷幍臈l件】正弦波振蕩電路平衡條件：Uf：反饋電壓F：反饋系數(shù)Uf

=FUoUo=AUi正弦波振蕩電路框圖沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，此時(shí)，Uo=AUi=Auf=AFUo即：正弦波振蕩電路起振副度條件:°=fiUU???íì=+=T=π211FAnFAFAjj???íì=+>T>π211FAnFAFAjj【正弦波振蕩電路的組成】（1)放大電路：放大作用（2)正反饋網(wǎng)絡(luò)：滿足相位條件（3)選頻網(wǎng)絡(luò)：確定，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【正弦波振蕩的分析方法】（1）電路的組成是否具備正弦波振蕩電路的四個(gè)基本環(huán)節(jié)；（2）判斷基本放大電路能否正常工作，是否建立起合適的靜態(tài)工作點(diǎn)并能正常放大；（3）利用瞬時(shí)極性法判斷電路是否引入正反饋；（4）分析是否滿足幅值條件。9.2.1RC型正弦波振蕩器1.RC串并聯(lián)電路的選頻特性RC串并聯(lián)選頻電路RC正弦波振蕩電路副頻特性RC正弦波振蕩電路相頻特性2．RC橋式正弦波振蕩電路組成為RC串并聯(lián)網(wǎng)路配一個(gè)電壓放大倍數(shù)略大于3、輸入電阻趨于無(wú)窮大、輸出電阻趨于0的放大電路。RC橋式正弦波振蕩電路3．振蕩的建立與穩(wěn)定當(dāng)電路接通電源后，電路中的噪聲和干擾信號(hào)沿放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路環(huán)行，不同的頻率分量獲得了不同的環(huán)路增益和相移。4．穩(wěn)幅措施振蕩達(dá)到一定幅度后，環(huán)路增益從大于1，自動(dòng)減小到1，維持等幅輸出。一般有兩類穩(wěn)幅措施：（1）利用放大器件本身的非線性；（2）采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻穩(wěn)幅。5．振蕩頻率計(jì)算RC型正弦波振蕩器適合產(chǎn)生幾赫茲至幾百千赫茲的低頻信號(hào)。振蕩頻率:

9.2.2ＬＣ正弦波振蕩器1.LC并聯(lián)回路的選頻特性LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生并聯(lián)諧振的條件為：

諧振角頻率為：必須有合適的同名端！2.變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路分析電路的步驟：（1)組成部分是否完整（2)放大電路是否能正常工作（3)是否滿足相位條件電路特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：易振，波形較好；

缺點(diǎn)：耦合不緊密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。3.電感反饋式LC正弦波振蕩電路電感反饋式LC正弦波振蕩電路電感的三個(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。電路特點(diǎn)：優(yōu)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。缺點(diǎn)：波形較差，常含有高次諧波。為使振蕩波形好，采用電容反饋式電路。4.電容反饋式LC正弦波振蕩電路電容反饋式LC正弦波振蕩電路電路特點(diǎn)：波形好，振蕩頻率調(diào)整范圍小，適于頻率固定的場(chǎng)合。

用LC并聯(lián)回路擔(dān)任選頻網(wǎng)絡(luò)的ＬＣ正弦波振器。其振蕩頻率一般在１MHz以上，甚至可高達(dá)1000MHz。262023/6/99.2.3石英晶體振蕩器1.石英晶體的基本特點(diǎn)SiO2結(jié)晶體按一定方向切割的晶片。壓電效應(yīng)和壓電振蕩：機(jī)械變形和電場(chǎng)的關(guān)系固有頻率取決于其幾何尺寸，故非常穩(wěn)定。2.石英晶體等效電路石英晶體符號(hào)石英晶體等效電路石英晶體電抗頻率特性282023/6/9電路有兩個(gè)特定的諧振頻率。當(dāng)L，C，R支路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，諧振頻率為:當(dāng)頻率高于fs時(shí)，L，C，R支路呈感性，可與電容Co發(fā)并聯(lián)諧振，并聯(lián)諧振頻率為:fs與fp值非接近。292023/6/93.石英晶體振蕩器電路類型（1）串聯(lián)型石英晶體振蕩器：當(dāng)石英晶體發(fā)生串聯(lián)諧振，即時(shí)，呈純阻性，相移為零。此時(shí)若把石英晶體作為放大電路的反饋網(wǎng)絡(luò)，并起選頻作用，只要滿足相位條件就構(gòu)成了串聯(lián)型石英晶體振蕩器。302023/6/9串聯(lián)型石英晶體振蕩器并聯(lián)型石英晶體振蕩器312023/6/9

之間呈感性特點(diǎn)，與外接電容器可構(gòu)成并聯(lián)晶體振蕩器，又稱電容三點(diǎn)式振蕩器。由于（2）并聯(lián)型石英晶體振蕩器：利用石英晶體在頻率為和和

非常接近，故其振蕩器頻率高度穩(wěn)定。9.3非正弦波信號(hào)發(fā)生器基本原理322023/6/9【常用的非正弦波】矩形波三角波鋸齒波尖頂波階梯波332023/6/99.3.1矩形波發(fā)生器1.工作狀態(tài)輸出無(wú)穩(wěn)態(tài)，有兩個(gè)暫態(tài)；定義為第一暫態(tài)與第二暫態(tài)。2.電路組成（1）開(kāi)關(guān)電路：輸出只有高電平和低電平兩種狀態(tài)，采用電壓比較器。（2）反饋網(wǎng)絡(luò)：自控，在輸出為某一狀態(tài)時(shí)孕育翻轉(zhuǎn)成另一狀態(tài)的條件。應(yīng)引入反饋。矩形波發(fā)生器352023/6/9（3）延遲環(huán)節(jié)：使得兩個(gè)狀態(tài)均維持一定的時(shí)間，決定振蕩頻率。利用RC電路實(shí)現(xiàn)。電容上的波形輸出波形3.原理分析（1）電容初始電壓為零，設(shè)電源接通瞬間電壓比較器輸出高電平（第一暫態(tài)），電壓比較器同相輸入端的電位為362023/6/9此時(shí)，通過(guò)電阻R向電容C充電，電容電壓以時(shí)間常數(shù)=RC的指數(shù)規(guī)律上升。

時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出低電平

（第二暫態(tài)），電壓比較器同相輸入端電位變?yōu)?72023/6/9（2）當(dāng)上升到≥此時(shí)，電容以時(shí)間常數(shù)=RC的規(guī)律放電，Uc下降,當(dāng)Uc下降到UV≥

時(shí)，比較器又一次改變狀態(tài)，輸出電壓跳變?yōu)?，高?382023/6/94.輸出方波周期

若利用二極管的單向?qū)c(diǎn)性，使電容充電和放電回路時(shí)間常數(shù)不同，便可得到占空比可調(diào)的矩波信號(hào)發(fā)生器。392023/6/99.3.2三角波和鋸齒波發(fā)生器1.電路組成用積分運(yùn)算電路可將方波變?yōu)槿遣?。三角波發(fā)生器三角波形圖2.原理分析A1同相輸入端電位可根據(jù)疊加原理求出，即

U1+=+

由于A1反相輸入端電壓U1_=0,有U1+=0，所以U在三角波信號(hào)發(fā)生器的基礎(chǔ)上，只要對(duì)電路稍加改動(dòng)，即可構(gòu)成鋸齒波信號(hào)發(fā)生電路。9.4集成信號(hào)發(fā)生器9.4.1集成函數(shù)發(fā)生器及其應(yīng)用1.5G8038的原理框圖、封裝外形5G8038結(jié)構(gòu)框圖5G8038引腳圖2．5G8038主要特點(diǎn)（1）同時(shí)有三種波形輸出：正弦波、三角波、方波。（2）工作頻率范圍：0。001Hz～500kHz。（3）失真度低：1%。（4）使用簡(jiǎn)單，外接元件少。3．集成函數(shù)發(fā)生器應(yīng)用如圖所示是產(chǎn)生正弦波、三角波和方波信號(hào)的函數(shù)發(fā)生器的典型電路圖。輸出信號(hào)可直接從2、3、9腳高阻輸出或經(jīng)一個(gè)集成放大器低阻輸出。5G8038典型應(yīng)用電路函數(shù)發(fā)生器所產(chǎn)生的振蕩頻率為：9.4.2555集成信號(hào)發(fā)生器1.電路結(jié)構(gòu)555定時(shí)電路由電阻分壓器、比較器、基本RS觸發(fā)器、MOS開(kāi)關(guān)及輸出緩沖器五個(gè)基本單位組成。555