《第5章振荡电路ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章振荡电路ppt课件.ppt（35页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、,第五章 振荡电路,第一节 RC正弦波振荡器,第二节 LC正弦波振荡器,第三节 石英晶体正弦波振荡器,第五章 振荡电路,第四节 非正弦波振荡器,第五章 振荡电路,第一节 RC正弦波振荡器,一、自激振荡的基本原理,二、 RC串并联选频电路,三、文氏桥式RC振荡器,第五章 振荡电路,一、自激振荡的基本原理 .,自激振荡（self excited oscillation）: 如果放大电路的输入端不加信号，其输出端仍有一定频率和幅度的信号出现的现象。,自激振荡器组成：,1自激振荡的基本条件,自激振荡器（oscillator）：实现自激振荡的电路。,基本放大器,反馈电路,第五章 振荡电路,(1)相位平衡
2、条件：反馈信号uf与输入信号ui同相位，即uf与ui的相位差 应为,(2)幅度平衡条件：反馈信号uf应大于或等于输入信号ui ,即,因为,将该式代入上式得,，而,，,要产生自激振荡，必须具备两个基本条件：,第五章 振荡电路,2.正弦波振荡器的基本组成,正弦波振荡器一般由三个基本部分组成: 基本放大器、正反馈电路、选频和稳幅电路。,选频电路（frequency selective circuit）: 为了获得单一频率的正弦波，振荡电路还必须具有选频作用的电路。,RC正弦波振荡器、LC正弦波振荡器、 石英晶体正弦波振荡器。,依据选频网络，正弦波振荡器可划分为：,第五章 振荡电路,3. 振荡的建立和
3、稳定,振荡电路是一个闭合的正反馈系统，正反馈使整个电路的信号振幅不断增长，而放大器的非线性则使信号振幅减小，信号最后达到一个相对稳定的幅度，从而形成一定幅度的稳定振荡。,起振,稳幅,第五章 振荡电路,二、RC串并联选频电路,图(c)是uo与 ui的相位差 随频率变化的曲线，称为相频特性。由图可知：在一个适当的中间频率f0处，输出电压与输入电压同相位。,图(b)是电压传输系数 Tf随频率变化的曲线，称为幅频特性。,RC串并联选频电路由一个R1C1串联电路与一个R2C2并联电路构成。,第五章 振荡电路,R1C1 串联阻抗：,R2C2 并联阻抗：,第五章 振荡电路,选频特性：,RC串并联电路的电压传
4、输系数为:,在 、 的条件下，上式变为,时，相移为0。此时,当,振荡频率:,第五章 振荡电路,三、文氏桥式RC振荡器,运放的输出电压uo分两路反馈，一路加于RC串并联选频电路，其输出端A与运放同相端(+)相连；另一路经电阻R3、R4分压，反馈到运放反相端(-)。,当 f = f 0时，选频电路构成一个正反馈支路，满足相位平衡条件。,运放的电压放大倍数：,就可满足幅度平衡条件。,该电路的振荡频率：,第五章 振荡电路,稳幅措施:,半导体热敏电阻R3 ： (负温度系数）,RC桥式振荡器的振荡频率和输出幅度比较稳定，波形失真小，可产生频率范围相当宽的低频正弦波信号，而且频率调节方便。但由集成运放构成的
5、振荡器的振荡频率一般不超过1MHz，若要产生更高的振荡频率，可采用LC正弦波振荡器。,第五章 振荡电路,第二节 LC正弦波振荡器,二、电感三点式振荡器,一、变压器反馈式振荡器,三、电容三点式振荡器,第五章 振荡电路,一、变压器反馈式振荡器,电感线圈L与电容C组成并联谐振回路，作为晶体三极管的集电极负载，起选频作用。,满足相位平衡条件：,三极管共射放大器:,利用互感线圈同名端：,振荡频率:,适用于频率约为几十kHz到几MHz的情况。,第五章 振荡电路,二、电感三点式振荡器,并联谐振回路的电感线圈的三个端点分别与三极管的三个电极相连，所以称为电感三点式振荡器。反馈信号uf 来自线圈L2上的电压，故
6、又称为电感反馈式振荡器。,第五章 振荡电路,满足相位平衡条件:,C,+UCC,T,RE,RB1,RB2,CE,CB,L1,L2,C1,1,2,3,振荡频率:,式中 M 是线圈 L1和 L2之间的互感系数。,该电路振荡频率中等，一般可达到几十MHz。,LC并联谐振回路的电容的三个端点分别与三极管的三个电极相连，所以称为电容三点式振荡器。反馈信号uf来自电容C2 的电压，故又称为电容反馈式振荡器。,第五章 振荡电路,三、电容三点式振荡器,第五章 振荡电路,+UCC,T,RE,RB1,RB2,CE,CB,L,C1,C2,1,2,3,满足相位平衡条件:,振荡频率:,这种电路振荡频率较高，一般可达到10
7、0MHz以上。,第五章 振荡电路,三、串联型晶体振荡器,第三节 石英晶体正弦波振荡器,一、石英晶体的结构和电特性,二、并联型晶体振荡器,第五章 振荡电路,若在石英晶体两表面施加一压力或拉力，则两表面之间会出现一定的电场，这种物理现象称为压电效应。相反，若在晶体两面之间施加一交变电场，将引起晶体机械变形，晶体厚薄会发生变化，这种现象称为逆压电效应。,压电效应与逆压电效应：,化学成分：SiO2,石英晶体结构:,晶片,符号:,一、石英晶体的结构和电特性,第五章 振荡电路,石英晶体的压电谐振：,石英晶体利用压电效应产生压电谐振，即当外加交变电场的频率与石英晶体机械振动的固有频率相同时，石英晶体机械振动
8、的幅度达到最大。这种现象与LC 回路的谐振十分相似。石英谐振回路的Q值很大，因此，石英晶体组成振荡器时可获得很高的频率稳定性。,第五章 振荡电路,石英晶体的电特性：,石英晶体的电特性用图(b)所示的等效电路表示。图中C0是晶片与金属极板之间构成的静电容，L为石英谐振器的等效电感，C为石英谐振器的等效电容，R为表示晶体振动时因磨擦损耗造成的电阻。,第五章 振荡电路,图(c)是石英晶体的电抗频率特性曲线：,两个谐振频率f1和f2将电抗频率特性分为三个区域： （1）当外加频率 f f2 时，电路电抗又表现为电容性。,晶体串联谐振的频率f1为:,晶体并联谐振频率f2为:,两个谐振频率越接近，石英晶体呈
9、感性的区域 （ f1 f2 ）就越窄，其选择性就越好。,第五章 振荡电路,二、并联型晶体振荡器,石英晶体以电感 L （注意：它并不是晶体的等效电感L）的形式与C1、C2构成LC 并联谐振回路，其振荡频率在很窄的频率范围内 f1 f2 ，此时晶体振荡器表现为电感性。,第五章 振荡电路,三、串联型晶体振荡器,石英晶体连接在共基放大器T1的射极与T2的射极跟随器的射极之间作为正反馈电路，工作在串联谐振状态，其振荡频率为 f1，此时晶体振荡器表现为电阻性。,第五章 振荡电路,四、集成函数发生器,第四节 非正弦波发生器,一、矩形波发生器,二、三角波发生器,三、锯齿波发生器,第五章 振荡电路,振荡周期:,
10、调整电阻R1、R2、R3和电容C的数值，可以改变振荡频率；而改变UZ值可以调整输出矩形波的幅度。,一、矩形波发生器,第五章 振荡电路,设初态 uC = u- = 0，即电路处于工作稳定状态；当uo=+UZ 时，则u+=+UT，uC UT ；uo通过 R3对电容器C 正向充电， uC； 当 uC=+UT时，uo=-UZ ，则 u+=-UT； 电容 C开始通过 R3放电， uC; 当 uC = -UT时，uo=+UZ ,则u+=+UT； uo又通过 R3对电容器 C正向充电。,电路产生矩形波的的工作过程：,如此周期地变化，电路产生自激振荡，在输出端得到矩形波电压，在电容器两端产生三角波电压。,第五
11、章 振荡电路,二、三角波发生器,该电路的振荡周期:,调节R1、R2 、R3的阻值和C 的容量，可改变振荡频率；调节R1、R2的阻值，可改变三角波幅度。,第五章 振荡电路,电路产生三角波的的工作过程：,电路工作稳定后，在u01= -UZ期间， 电容C通过R3放电，u0 u+1u01； (由于 ，而u01从-UZ跳变为+UZ时, ，则u0线性上升。) 在u01= +UZ期间，+UZ通过R3对电容C进行充电，u0 u+1u01； (当u01从+UZ跳变为-UZ时, ，则u0线性下降。),从而输出的是线性度很好的三角波电压u0。,第五章 振荡电路,三、锯齿波发生器,该电路的振荡周期：,矩形波的占空比：
12、,调整R1、R2的阻值，可改变锯齿波幅值；调整R1、R2 、R3的阻值以及C的容量，可以改变振荡周期。,第五章 振荡电路,锯齿波发生器与三角波发生器的电路基本相同。,设二极管导通时的等效电阻可忽略不计，电位器的滑动端移到最上端。 当u01 = +UZ时， D1导通，D2截止，+UZ通过R3 、D1对积分电容器C充电，u0 。 当u01 = -UZ时，D1截止，D2导通，电容器C通过R3 、D2 、RW进行放电，u0 ； 由于RWR3 ，使锯齿波上升段持续的时间长，下降段持续的时间很短。,电路产生锯齿波的的工作过程：,第五章 振荡电路,四、集成函数发生器,函数发生器(function gener
13、ator): 是一种可以同时产生正弦波、方波和三角波的专用集成电路。当调节外部电路参数时，还可以获得占空比可调的矩形波和锯齿波，因而广泛用于各种医疗仪器中。,集成函数发生器ICL8038是单片多用途发生器,下面以它为例，介绍集成函数发生器性能特点和实用电路。,第五章 振荡电路,矩形波输出端为集电极开路形式，需外接电阻RL至电源+Ucc，电阻RA和RB可分别独立调节。,如图所示是ICL8038是一种常见的接法。,第五章 振荡电路,当RA=RB时，各输出端的波形如图所示(a)，9脚输出矩形波，占空比为50；3脚和2脚分别输出三角波和正弦波。,第五章 振荡电路,当RARB 时，矩形波不再是占空比对称的矩形波，引脚2的输出也不再是正弦波了，引脚3输出的是锯齿波，图(b)为占空比15%时的输出波形。根据其内部电路和外接电阻，可以导出占空比为：,故必须,