正弦波振荡电路.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,正弦波振荡电路【PPT课件】,13.1 正弦波振荡电路的工作原理,一、振荡产生的基本原理,1.什么是正弦波振荡器？,无u,i,有u,o,（正弦波）,（必须要有能源Vcc）,2,1,+,-,S,-,u,A,u,F,U,f,o,U,R,L,+,放,大,器,反,馈,网,络,+,i,U,+,-,-,i,U,2.如何产生正弦波振荡？,设：,Sint，,=,i,U,U,im,接到1端,首先将开关S,作用于,（开环）,=,Ui,Au,U,o,Ui,Au,自激振荡的条件为：,=,Ui,U,f,（闭环）。,=,=,Fu,U,f,U,o,Ui,Au,Fu,2,1,+,-,S,-,u,A,u,F,U,f,o,U,R,L,+,放,大,器,反,馈,网,络,+,i,U,+,-,-,i,U,=,当,时，再将开关S倒向2端，此时无,，但 不,变仍为正弦波，即放大器产生了正弦波振荡。,Ui,Ui,U,f,U,o,2,1,+,-,S,-,u,A,u,F,U,f,o,U,R,L,+,放,大,器,反,馈,网,络,+,i,U,+,-,-,i,U,二、电路自激振荡的条件,1.振荡的平衡条件:,（2）相位平衡条件：,a+f=2n（n=0.1.2n）,即,=1,=,U,f,U,i,Au,Fu,都是复数,Au,Fu,=,Au,Fu,Au,Fu,（1）振幅平衡条件：,=1,Au,Fu,(,a,+,f,)=1,2.振荡的建立与稳定,振荡的稳定:负反馈;晶体管的非线性;,振荡的建立过程中:,1；要有选频网络；,Au,Fu,振荡的建立：电源接通的瞬间在电路中产生阶跃电压 ，,可作为放大器的初始输入信,号。根据信号与系统理论，很,窄的脉冲具有丰富的频率分量，经选频网络选频，使得只,有某一频率的信号能反馈到放大器的输入端，而其它频率,的信号被抑制。某一频率分量的信号经,放大后，又通过反,馈网络回送到输入端，且信号幅度比前一瞬时要大，再经,过放大会增大一点 反馈 放大，的幅度会越来越,大，最后将使放大器进入非线性工作区，放大,器的增益下,降，振荡电路输出幅度越大，增益下降也越多，,最后当反,馈电压正好等于原输入,电压时，振荡幅度不再增大从而进,入平衡状态。,U,o,2.振荡的建立与稳定,振荡的稳定:,振荡的建立过程中:,要有选频网络;,振荡的建立：电源接通的瞬间在电路中产生阶跃电压 ，,可作为放大器的初始输入信,号。根据信号与系统理论，很,窄的脉冲具有丰富的频率分量，经选频网络选频，使得只,有某一频率的信号能反馈到放大器的输入端，而其它频率,的信号被抑制。某一频率分量的信号经,放大后，又通过反,馈网络回送到输入端，且信号幅度比前一瞬时要大，再经,过放大会增大一点 反馈 放大，的幅度会越来越,大，最后将使放大器进入非线性工作区，放大,器的增益下,降，振荡电路输出幅度越大，增益下降也越多，,最后当反,馈电压正好等于原输入,电压时，振荡幅度不再增大从而进,入平衡状态。,U,o,1；,Au,Fu,负反馈;,晶体管的非线性;,3.正弦波振荡器的组成:,放大电路+反馈网络(正),其中包括选频和稳幅环节。,4.正弦波振荡器的分类(依据选频网络),RC正弦波振荡器 (低),LC正弦波振荡器 (高),石英晶体振荡器 (fo的稳定性高),13.2 RC正弦波振荡器,一、RC桥式正弦波振荡器(文氏电桥振荡器),R,1,R,f,负反馈用于稳幅;,1、RC串并联网络的选频特性,=,由集成运放担任；,Au,为RC串并联网络具有选频特性（正反馈）,Fu,+,-,+,-,R,C,R,C,Z,1,Z,2,u,o,u,f,=,=,U,f,U,o,F,u,Z,1,Z,1,+Z,2,（Z,1,=R+,；Z,2,=R/,）,1,jc,1,jc,=,F,u,1,RC,RC,_,(,）,j,3+,1,令,o,=,则,=,1,R,c,F,0,_,(,）,j,3+,1,0,幅频特性:,=,相频特性:,f,=arctg,当=,o,=,即f=f,o,=,则:,F,u,=F,umax,=,f,=0,=,幅频特性：,相频特性：,f,=arctg,当=,o,=,即f=f,o,=,则：,F,u,=F,umax,=,f,=0,3 振荡电路分析,(1)起振条件:,由自激振荡条件:,及RC串并联网络的选频特性:,；a+f=2n；,=1,Au,Fu,要求：,=3；a=2n；,Au,=,1/3；f=0；,Fu,(2)实际振荡电路:,R,1,R,f,负反馈用于稳幅;,RC串联、RC并联及R,1,R,f,构成电桥;,由集成运放担任；,Au,为RC串并联网络（正反馈），,具有选频特性；,Fu,R,-,+,Au,+,R,2,R,R,1,R,P,V,1,V,2,C,R,f,U,o,U,f,a 分析电路是否满足振荡条件,只需Au=3即可,相频条件:已知 ,f,=0;,且可分析出,a,=0,a,+,f,=0 满足相频条件。,R,1,Rf构成电压串联负反馈,Au=1+,幅频条件：当=,o,时,=,Fu,Z,2,Z,1,C,R,C,R,2,R,1,其实一般情况下,只要是正反馈就一定可以满足,a,+,f,=2n,相频条件的判断可用瞬时极性法解决。,b 振荡频率f,o,f,o,=,c 其它:R,1,、R,f,构成负反馈用于稳幅;以保证输出为,不失真的正弦波,其中V,1,、V,2,非线性起到了,自动,稳幅作用,还可将R2或Rf换成热敏电阻,(R2为正温度系数;Rf为负温度系数;)。,试用振荡平蘅条件判断各图所示电路能否产生,正弦波振荡？为什么？(R,t,为正温度系数),+V,CC,(a),R,R,C,C,+V,CC,R,R,R,C,R,C,（b）,-,+,+,R,1,R,R,C,C,R,F,=R,1,U,O,（C）,Au,-V,EE,+V,CC,R,R,C,C,(d),-,+,+,R,1,R,R,C,C,R,F,2R,1,U,O,（e）,Au,一、LC选频电路,(1),LC并联谐振回路,(2)等效阻抗,Z=,/(R+jL)，,通常R L,Z=,L,i,c,R,13.3 LC正弦波振荡器,(3)特点:,(a)L=,时发生并联谐振。,谐振频率为,o,=,或f,o,=,(b)谐振时,Z为纯阻性且最大用Zo表示。,Z,o,=,=Q,o,L=,(Q:品质因数),(,4 )LC并联谐振回路的选频特性,=,o,即f=f,o,时,Z=Z,o,最大；,（Q越大，其选择性越好）,=0 纯电阻,Z,Q值大,Q值小,+90,o,Q值大,0,o,Q值小,-90,o,(3)特点:,(a)L=,时发生并联谐振。,谐振频率为,o,=,或f,o,=,(b)谐振时,Z为纯阻性且最大用Zo表示。,Z,o,=,=Q,o,L=,(Q:品质因数),(,4)LC并联谐振回路的选频特性,=,o,即f=f,o,时,Z=Z,o,最大；,（Q越大，其选择性越好）,=0 纯电阻,R,L,Re,R,b2,R,b1,N,2,+,_,N,1,+,_,T,Ce,C,1,+V,CC,u,f,U,i,+,_,二、变压器反馈式LC振荡器,耦合电容；,C,1,R,B1,R,B2,R,E,为直流偏置电阻；,LC选频网络,作为放,大器的集,电极负载；,C,E,：发射极旁路电容；,(1)电路分析:,幅频条件:只要初次级间有足够的耦,合度,一般都能满足。,相频条件:=,o,即f=f,o,时,LC回路,为纯电阻,用瞬时极性,法分析反馈为正反馈,即满足a+f=2n。,(2)振荡频率 f,o,=,R,L,Re,R,b2,R,b1,N,2,+,_,N,1,+,_,T,Ce,C,1,+V,CC,u,f,U,i,+,_,(1)电路分析:,幅频条件:,只要初次级间有足够的耦,合度,一般都能满足。,相频条件:,=,o,即f=f,o,时,LC回路,为纯电阻,用瞬时极性,法分析反馈为正反馈,即满足a+f=2n。,(2)振荡频率 f,o,=,三、三点式LC振荡器,(1)电感三点式,1.,L,1,L,2,为带抽头的,自耦变压器；,2.从下图的交流通路,看,晶体管的三个,电极接L的三个端点,电感三点式;,3.U,f,=U,L2,+V,CC,R,B1,R,E,R,B2,L,1,L,2,C,V,R,C,C,E,+,1.电路分析:,幅平条件：为几十，,=37；,=,相平条件:=,o,即f=f,o,时,LC回路为纯电阻,正反馈;,2.振荡频率：,f,o,=,3.特点:,L,1,、,L,2,耦合紧,因此容易起振。,b.调节频率方便。,(可调节C),c.由于Uf 取自L,Uf中含高,次谐波多,Uo波形差。,+V,CC,R,B1,R,E,R,B2,L,1,L,2,C,V,R,C,C,E,+,(2)电容三点式:,从交流通道看，晶体管的三个电极接C的三个端点,电容三点式；Uf=Uc2,1.电路分析(相平条件):,=,o,即f=f,o,时,LC回路,为纯电阻 正反馈;,满足相平条件。,振荡频率,:,f,o,=,3.特点:,a.由于U,f,取自C,U,f,中含,高次谐波少,U,o,波形好。,b.C,1,C,2,可以很小,f,o,可以很高。,c.调节f,o,可使U,f,改变,改进型电容三点式:,C,1,C,2,L,C,3,(2)电容三点式:,从交流通道看，晶体管的三个电极接C的三个端点,电容三点式；Uf=Uc2,1.电路分析(相平条件):,=,o,即f=f,o,时,LC回路,为纯电阻 正反馈;,振荡频率：,f,o,=,3.特点:,a.由于U,f,取自C,U,f,中含,高次谐波少,U,o,波形好。,b.C,1,C,2,可以很小,f,o,可以很高。,c.调节f,o,可使U,f,改变,改进型电容三点式:,(3)三点式振荡器的组成原则:,三点式:,电感三点式,L,1,L,2,C,x,1,x,2,x,3,三点式:,电容三点式,X1 X2必须是同类电抗,而X3的电抗类型,与X1 X2相反。,C,1,C,2,L,x,1,x,2,x,3,例:分析下列电路,标明二次线圈的同名端,使之满足相位平衡条件,并求出振荡频率。,V,C,C,100H,330pF,+,V,C,C,360pF,100pF,140F,+,V,C,C,200pF,560H,I,O,V,EE,Q值很高(105)振荡频率的稳定度高。,13.4 石英晶体振荡器,1.结构示意图(a)及电路符号(b):,一、石英晶体的阻抗特性,敷银层,管脚,管脚,晶片,(a),(b),2.等效电路(左右图a):,C,o,:静态电容;,r,q,为损耗;,C,q,、L,q,:动态参数;,3.阻抗特性(见右图b),感性区很窄,Lq很大,Q很高;机械振动稳定。,f=f,s,时,C,q,、L,q,串联谐振;,f=f,p,时,L,q,起主要作用,L,q,与C,o,并联谐振;,x,f,f,p,f,s,(b),(a),c,o,I,q,c,q,r,q,二、石英晶体振荡电路,1.串联型石英晶体振荡器,电路如图所示:,Rb,1,Rb,2,Re,1,Re,2,+VCC,交流通路:,此时JT工作于串联谐振以低阻,抗接入电路,原理:f=f,s,时,JT为纯电阻最,小,正反馈最强,电路产,生自激振荡。,ff,s,时,JT为一阻抗使,幅(相)平条件难以满,足无法振荡。,振荡频率f,0,=f,s,L,c,2,v,JT,c,1,2 并联型石英晶体振荡器,电路如图所示:,Rb,1,Rb,2,Re,Rc,+VCC,Ce,C,1,C,2,交流通路:,根据三点式振荡,器的组成条件,JT应工作于f,s,与f,p,之间的感性区,构成改进型电容,三点式,f,o,=,f,p,C,3,C,1,C,2,v,JT,例:根据相平条件,判断下列,电路能否产生正弦波振荡。,