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1、模拟电子技术,主讲：王彦 武汉铁路职业技术学院 二00七年四月,第6章 正弦波振荡电路,本章主要内容： 6.1 自激振荡的基本原理 6.2 LC振荡电路 6.3 石英晶体振荡电路 6.4 RC正弦波振荡电路,6.1 自激振荡的基本原理,定义: 自激式振荡电路是一种不需要外加激励信号就能自动地将直流能量转换成周期性交变能量输出的电路，这种现象又称为自激现象。 分类: 根据电路所产生的振荡信号波形的不同，振荡电路分为正弦波振荡电路和非正弦波振荡电路两大类 。,6.1 自激振荡的基本原理,6.1 .1 自激式正弦波振荡电路的组成 6.1.2 自激式正弦波振荡的产生及稳定条件,6.1.1 自激式正弦波
2、振荡电路 的组成,一.正弦波振荡的平衡条件 上式包含了两个方面的意义，即产生振荡的两个条件： （1）振幅平衡条件 （2）相位平衡条件 A+F=2n,6.1.2 自激式正弦波振荡的产 生及稳定条件,二.正弦波振荡的起振条件,6.1.2 自激式正弦波振荡的产 生及稳定条件,包含：,三.正弦波电路的组成 正弦波振荡电路一般由以下几个基本电路和环节组成： 放大电路 反馈电路 选频网络 稳幅环节,6.1.2 自激式正弦波振荡的产 生及稳定条件,三.正弦波电路的组成 放大电路:能放大信号电压,提供振荡器需要的能量. 反馈电路:在振荡器中形成正反馈满足振荡的相位平衡条件和幅度平衡条件. 选频网络:在各种频率
3、信号中选出所需振荡频率的信号进行放大,反馈. 稳幅环节:保证振荡器输出的正弦波稳定且基本不失真.,6.1.2 自激式正弦波振荡的产 生及稳定条件,6.2 LC振荡电路,特点: 选频网络由电感和电容组成,其 选频作用主要由LC的并联谐振来决 定。 分类: 变压器反馈式振荡电路 电感三点式振荡电路 电容三点式振荡电路,6.2 LC振荡电路,6.2.1 互感耦合式振荡电路 6.2.2 电感三点式振荡电路 6.2.3 电容三点式振荡电路,一.电路的组成 三极管与其他元件组成共发射极放大电路，LC并联网络作为选频电路接在晶体管集电极回路中，反馈信号是通过变压器线圈的互感作用，由L2将反馈信号送回到输入端
4、。,6.2.1 互感耦合式振荡电路,6.2.1 互感耦合式振荡电路,二.振荡条件 （1）相位平衡条件 为满足相位平衡条件，变压器的初级、次级之间的同名端必须正确连接 由瞬时极性法可以判断由L2、Cb反馈网络构成的反馈类型。假设某一瞬间基极对地信号电压极性为“”，由于共射放大电路具有反相的作用，因此集电极的瞬时极性为“”,6.2.1 互感耦合式振荡电路,当频率f=fo时，LC回路的谐振阻抗为纯电阻，由互感线圈的同名端可知，反馈信号与输出电压极性相反，即F= 180 于是有A+F=360 L2、Cb反馈网络构成的正反馈，因此满足振荡的相位条件。,6.2.1 互感耦合式振荡电路,（2）起振及平衡的振
5、幅条件 为了满足振荡的振幅条件AF1，对三极管的值也有一定的要求，一般只要值较大，就能满足此条件。反馈线圈匝数越多，耦合越强，电路越易起振。,6.2.1 互感耦合式振荡电路,三.振荡频率 振荡频率由LC并联回路的固有频率来确定，即 ffo= 四.振荡的优缺点 （1）易于起振，输出电压大 （2）调频方便常用在一般收音机作为本机振荡器使用,因其频率稳定度较差，分布电容影响大，在高频段用得少。 （3）输出波形不理想。,6.2.2 电感三点式振荡电路,一.电路的组成 电路由于电感L2 将谐振电压部分反馈 回发射极,因此是电 感反馈式振荡电路。 又由于电感的3个端 子分别与三极管的3 个电极相连，所以称
6、为 电感三点式振荡电路。 电感三点式振荡电路,6.2.2 电感三点式振荡电路,二.振荡条件 （1）相位平衡条件 假设在发射极输入的信号瞬间极性为正，由于共基极放大电路是同相放大器，因此C极的瞬时电压极性与E极的瞬时电压极性相同，则从电感L2两端获得的反馈信号极性也为正，形成了正反馈，满足相位起振及平衡条件。,6.2.2 电感三点式振荡电路,二.振荡条件 反馈电压取自L2两端，并通过Ce耦合到三极管E极，所以改变线圈抽头的位置，即改变L2的大小，当满足振幅条件AF1时，电路便可以起振。 通常L2的匝数是电感线圈总匝数的1/81/4满足振幅起振条件。线圈抽头的位置可通过调试决定。,6.2.2 电感
7、三点式振荡电路,三.振荡的优缺点 （1）因电感L1、L2之间的耦合很紧，所以电路易于起振，输出幅度大。 （2）调频方便，电容C若采用可变电容器，就能获得较大的频率调节范围。 （3）因反馈电压取自电感L2的两端，它对高次谐波的阻抗大，反馈也强，因此在输出波形中含有较多的高次谐波成分，输出波形不理想。,6.2.3 电容三点式振荡电路,一.电路的组成 可判断出该电路 满足振荡条件 电容三点式振荡电路,6.2.3 电容三点式振荡电路,二.电路的优缺点 （1）容易起振，振荡频率高，一般可以达到100MHz以上。 （2）输出波形好。由于电路的反馈电压取自电容C2两端的电压，而电容C2对高次谐波的阻抗小，反
8、馈电路中的谐波成分少，因此振荡波形较好。 （3）调节频率不方便。因为C1、C2的大小既与振荡频率有关，也与反馈量有关，改变C1（或C2）时会影响反馈系数，从而影响反馈电压的大小，造成工作性能不稳定甚至停振。,6.2.3 电容三点式振荡电路,三.改进型电容三点式振荡电路,该电路的特点是在电感支路中串接一个容量较小的电容C3。在满足C3 C1、C3 C2时，回路总电容C主要取决于电容C3，而且C3越小，极间电容影响越小，频率的稳定性就越高。,6.3 石英晶体振荡电路,特点: 一般LC振荡电路的频率稳定度只有105，如果要求频率稳定度超过105数量级，就必须采用石英晶体振荡器，这是因为石英晶体振荡电
9、路的频率稳定度可达109 -1011数量级。,6.3 石英晶体振荡电路,6.3.1 石英晶体谐振器 6.3.2 石英晶体振荡电路,6.3.1 石英晶体谐振器,一石英晶体的基本特性 石英晶片具有压电效应和反压电效应。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率相等时，能够形成压电谐振。 压电谐振与LC回路的谐振现象十分相似，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。,6.3.1 石英晶体谐振器,二石英晶体的等效电路,6.3.2 石英晶体振荡电路,一并联型石英晶体振荡电路 并联型石英晶体振荡电路,6.3.2 石英晶体振荡电路,二串联型石英晶体振荡电路 串联型石英晶体振荡电路,6.4 RC正弦波振荡电路,特点: 常
10、见的RC振荡电路有RC桥式正弦波振荡电路（又称文氏电桥振荡电路)和RC移相式振荡电路，它们适用于产生频率在几赫兹到几百赫兹的低频信号. 在RC桥式正弦波振荡电路中，其选频和反馈网络是由RC串并联网络构成的。,6.4 RC正弦波振荡电路,6.4.1 RC串并联网络的选频特性 6.4.2 RC桥式振荡电路,6.4.1 RC串并联网络的 选频特性,在输入电压的幅值一定而频率可调时，若有 ，则输出电压的幅值最大，且是输入电压的1/3 ，同时输出电压与输入电压同相位。 根据串并联选频网络的幅频响应及相频响应特性曲线，说明RC串并联网络具有选频特性。,6.4.1 RC串并联网络的选 频特性,6.4.2 R
11、C桥式振荡电路,一 RC桥式振荡电路的组成 将RC串并联选频网络和放大器结合起来即可构成RC振荡电路，放大器件可采用集成运算放大器，也可采用分立元件构成。 RC串并联选频网络接在运算放大器的输出端和同相输入端之间，构成正反馈.,6.4.2 RC桥式振荡电路,二 RC桥式振荡电路频率特性,6.5 本章小结,一反馈式正弦波振荡电路组成 由基本的放大电路和反馈网络组成:基本放大电路完成放大作用，并将直流电源的能量转换成交流信号输出；反馈网络提供能满足振荡的相位平衡条件。,二根据选频网络分类 从构成选频网络的形式不同，正弦波振荡电路又分为LC正弦波振荡电路、RC正弦波振荡电路和石英晶体振荡电路.,6.
12、5 本章小结,三振荡的平衡条件和起振条件,振荡的平衡条件：,振荡的起振条件：,6.5 本章小结,四LC振荡电路 根据取得反馈电压的方式不同，主要分为变压器反馈式、电感三点式和电容三点式。 由于电容三点式振荡电路具有波形好、工作频率较高、频率易于调节等特点，因而应用较为广泛。为了克服电容三点式电路的缺点，实用的电容三点式振荡电路都是改进型的克拉泼振荡电路和西勒振荡电路。,6.5 本章小结,五石英晶体振荡器 利用石英谐振器的压电效用来选频.具有很高的品质因数和温度稳定性好的特点.一般用在频率稳定度很高的场合,适合产生高频信号.,6.5 本章小结,六RC振荡电路 RC振荡电路是用RC电路作选频网络，由于其品质因数较低，受放大电路的输入、输出电阻及晶体管极间电容的影响较大，因此振荡频率不高，产生的频率一般在几百千赫以下，常用作低频信号源。,