LC-RC自激振荡电路原理演示幻灯片.ppt

下一页,总目录,章目录,返回,上一页,第,18,章 正弦波振荡电路,18.1,自激振荡,18.2,RC,振荡电路,18.3,LC,振荡电路,第,18,章 正弦波振荡电路,本章要求：,1.了解正弦波振荡电路自激振荡的条件。,2.了解,LC,振荡电路和,RC,振荡电路的工作原理。,正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。,它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。,18.1,自激振荡,常用的正弦波振荡器,LC,振荡电路:输出功率大、频率高。,RC,振荡电路:输出功率小、频率低。,石英晶体振荡电路：频率稳定度高。,应用：,无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。,1,S,u,1.,自激振荡,放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象。,开关合在“1”为无反馈放大电路。,2,1,S,u,开关合在“2”为有反馈放大电路，,开关合在“2”时,，去掉,u,i,仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。,自激振荡状态,2,2.自激振荡的条件,(1),幅度条件：,(2),相位条件：,n 是整数,相位条件,意味着振荡电路必须是,正反馈,；,幅度条件,表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足够的反馈量(可以通过调整放大倍数,A,或反馈系数,F,达到)。,自激振荡的条件,3.起振及稳幅振荡的过程,设：,U,o,是振荡电路输出电压的幅度，,B,是要求达到的输出电压幅度。,起振时,U,o,0，达到稳定振荡时,U,o,=,B,。,起振过程中,U,o,1，,稳定振荡时,U,o,=,B,，要求,A,u,F,=,1，,从,A,u,F,1 到,A,u,F,=,1，就是自激振荡建立的过程。,可使输出电压的幅度不断增大。,使输出电压的幅度得以稳定。,起始信号的产生：,在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。,4.正弦波振荡电路的组成,(1),放大电路:,放大信号,(2),反馈网络:必须是正反馈，反馈信号即是,放大电路的输入信号,(3),选频网络:,保证输出为单一频率的正弦波 即使电路只在某一特定频率下满 足自激振 荡条件,(4),稳幅环节:,使电路能从,A,u,F,1，过渡到,A,u,F,=1，从而达到稳幅振荡。,18.2,RC,振荡电路,RC选频网络,正反馈网络,同相比例电路,放大信号,用正反馈信号,u,f,作为输入信号,选出单一频率的信号,1.电路结构,u,f,+,R,+,+,R,F,R,1,C,R,C,u,O,+,2.RC串并联选频网络的选频特性,传输系数：,。,。,R,C,R,C,。,+,+,。,式中,：,分析上式可知：仅当,=,o,时，达最大值，且,u,2,与,u,1,同相，即网络具有选频特性，,f,o,决,定于,RC,。,u,1,u,2,u,2,与,u,1,波形,相频特性,（f）,f,o,幅频特性,f,f,o,1,3,3.工作原理,输出电压,u,o,经正反馈（兼选频）网络分压后，取,u,f,作为同相比例电路的输入信号,u,i,。,(1)起振过程,(2)稳定振荡,A,=,0，仅在,f,0,处,F,=,0 满足相位平衡条件，所以振荡频率,f,0,=1,2RC。,改变,R,、,C,可改变振荡频率,RC,振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。,(,3)振荡频率,振荡频率由相位平衡条件决定。,振荡频率的调整,+,+,R,F,R,C,C,u,O,+,S,S,R,1,R,2,R,3,R,3,R,2,R,1,改变开关K的位置可改变选频网络的电阻，实现频率粗调；,改变电容,C,的大小可实现频率的细调。,振荡频率,（4）起振及稳定振荡的条件,稳定振荡条件,A,u,F,=1，|,F,|=1/3，则,起振条件,A,u,F,1，因为|,F,|=1/3，则,考虑到起振条件,A,u,F,1,一般应选取,R,F,略大,2,R,1,。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重失真。,由运放构成的,RC,串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅，而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。,带稳幅环节的电路(1),热敏电阻具有负温度系,数，利用它的非线性可以,自动稳幅。,在起振时，由于,u,O,很,小，流过,R,F,的电流也很小，,于是发热少，阻值高，使,R,F,2,R,1,；即,A,u,F,1。,随着振荡幅度的不断加强,，,u,O,增大，流过,R,F,的电流也,增大，,R,F,受热而降低其阻,值，使得,A,u,下降，直到,R,F,=2,R,1,时，稳定于,A,u,F,=1，,振荡稳定。,半导体,热敏电阻,R,+,+,R,F,R,1,C,R,C,u,O,+,带稳幅环节的电路,(1),热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。,半导体,热敏电阻,R,+,+,R,F,R,1,C,R,C,u,O,+,稳幅过程：,思考：,若热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？,u,o,t,R,F,A,u,带稳幅环节的电路,(2),I,D,U,D,振荡幅度较小时,正向电阻大,振荡幅度较大时,正向电阻小,利用二极管的正向伏安特性的非线性自动稳幅。,R,+,+,R,F2,R,1,C,R,C,u,O,+,D,1,D,2,R,F1,稳幅环节,带稳幅环节的电路,（2）,R,+,+,R,F2,R,1,C,R,C,u,O,+,D,1,D,2,R,F1,图示电路中，,R,F,分为两部分。在,R,F1,上正反并联两个二极管，它们在输出电压,u,O,的正负半周内分别导通。在起振之初，,由,于,u,o,幅值很小，尚不足以使,二极管导通，,正向二极管近于开路,此时，,R,F,2,R,1,。而,后，,随着振荡幅度的增大，正向二极管导通，其正向,电阻逐渐减小，直到,R,F,=2,R,1,，振荡稳定。,18.3,LC,振荡电路,LC,振荡电路,的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡(,几百千赫以上,)。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对,LC,振荡电路的结构和工作原理作简单介绍。,18.3.l 变压器反馈式,LC,振荡电路,1.电路结构,正反馈,2.,振荡频率,即,LC,并联电路的谐振频率,u,f,+,L,C,+,U,CC,R,L,C,1,R,B1,R,B2,R,E,C,E,放大电路,选频电路,反馈网络,在调节变压器反馈式振荡电路中，试解释下列现象：,（1）对调反馈线圈的两个接头后就能起振；（2）调,R,B1,、,R,B2,或,R,E,的阻值后即可起振；（3）改用,较大的晶体管后就能起振；（4）适当增加反馈线圈的圈数后就能起振；（5）适当增加,L,值或减小,C,值后就能起振；（6）反馈太强，波形变坏；（7）调整,R,B1,、,R,B2,或,R,E,的阻值后可使波形变好；（8）负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能 起振。,例1：,解:,(2)调,R,B1,、,R,B2,或,R,E,的阻,值后即可起振；,原反馈线圈接反，对调两个接头后满足相位条件；,(1)对调反馈线圈的两个接 头后就能起振；,调阻值后使静态工作,点合适，以满足幅度,条件；,(3)改用,较大的晶体管后就能起振；,改用,较大的晶体管，以满足幅度条件；,L,C,+,U,CC,R,L,C,1,R,B1,R,B2,R,E,C,E,解:,(5)适当增加,L,值或减小,C,值后就能起振；,增加反馈线圈的圈数，,即增大反馈量，以满,足幅度条件；,(4)适当增加反馈线圈的,圈数后就能起振；,当适当增加,L,值或减小,C,值后,等效阻抗|,Z,o,|增大，因而就增大了反馈量，容易起振；,LC,并联电路在谐振时的等效阻抗,L,C,+,U,CC,R,L,C,1,R,B1,R,B2,R,E,C,E,解:,(7)调整,R,B1,、,R,B2,或,R,E,的阻值可使波形变好；,反馈线圈的圈数过多或管子的,太大使反馈太强而进入非线性区，使波形变坏。,(6)反馈太强，波形变坏；,调阻值,使静态工作点在线性区，使波形变好；,(8)负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振。,负载大，就是增大了,LC,并联电路的等效电阻,R,。,R,的增大,一方面使|,Z,o,|减小,因而反馈幅度减小,不易起振;也使品质因数,Q,减小,选频特性变坏,使波形变坏。,L,C,+,U,CC,R,L,C,1,R,B1,R,B2,R,E,C,E,例2：,正反馈,注意：,用瞬时极性法判断反馈的极性时，,耦合电容、旁路电容两端的极性相同，,属于选频网络的电容，其两端的极性相反。,+,U,CC,C,1,R,B1,R,B2,R,E,C,E,L,C,试用相位平衡条件判断下图电路能否产生自激振荡,18.3.2 三点式 LC振荡电路,1.电感三点式振荡电路,正反馈,放大电路,选频电路,反馈网络,+,U,CC,C,1,R,B1,R,B2,R,E,C,E,L,1,C,L,2,R,C,振荡频率,通常改变电容,C,来调节振荡频率。,反馈电压取自,L,2,振荡频率一般在几十MHz以下。,2.电容三点式振荡电路,正反馈,放大电路,反馈网络,振荡频率,通常再与线圈串联一个较小的可变电容来调节振荡频率。,反馈电压取自,C,2,+,U,CC,C,1,R,B1,R,B2,R,E,C,E,C,1,L,C,2,R,C,反相,振荡频率可达100MHz以上。,选频电路,例3：,图示电路能否产生正弦波振荡,如果不能振荡，加以改正。,L,+,U,CC,C,1,R,B1,R,B2,R,E,C,E,C,2,解：,直流电路合理。,旁路电容,C,E,将反馈信号旁路，,即电路中不存在反馈，所以电路不能振荡。将,C,E,开路，则电路可能产生振荡。,反馈电压取自,C,1,正反馈,例4：,半导体接近开关,L,2,C,2,U,CC,R,E2,T,1,RP,1,R,2,R,E1,C,E1,C,1,L,1,RP,2,L,3,T,2,T,3,KA,D,R,3,R,C2,R,4,LC,振荡器,开关电路,射极输出器,继电器,半导体接近开关是一种无触点开关，具有反映速度快、定位准确、寿命长等优点。,它在行程控制、定位控制、自动计数以及各种报警电路中得到了广泛应用。,L,2,C,2,U,CC,R,E2,T,1,RP,1,R,2,R,E1,C,E1,C,1,L,1,RP,2,L,3,T,2,T,3,KA,D,R,3,R,C2,R,4,LC振荡器,开关电路,射极输出器,继电器,例4：,半导体接近开关,变压器反馈式振荡器是接近 开关的核心部分，,L,1,、,L,2,及,L,3,绕在右图所示的的磁芯上（又,称感应头）,L,2,L,3,L,1,移动的金属体,感应头,L,2,C,2,U,CC,R,E2,T,1,RP,1,R,2,R,E1,C,E1,C,1,L,1,RP,2,L,3,T,2,T,3,KA,D,R,3,R,C2,R,4,例4：,半导体接近开关,当某金属被测物体移近感应头时，,金属体内感应出涡流，由于涡流的消磁作用，破坏了线圈之间的磁耦合，,使,L,1,上的反馈电压显著降低，破坏了自激振荡的幅值条件，振荡器停振，,使,L,3,上输出交流电压为零。,L,2,L,3,L,1,移动的金属体,感应头,L,2,C,2,U,CC,R,E2,T,1,RP,1,R,2,R,E1,C,E1,C,1,L,1,RP,2,L,3,T,2,T,3,KA,D,R,3,R,C2,R,4,例4：,半导体接近开关,当,L,3,上输出交流电压为零时，二极管的整流输出电压也为零，因此T,2,截止，T,3,饱和导通，继电器,KA,通电。,继电器,KA,的常闭触点接在电动机的控制回路内，可在被测金属体接近危险位置时，立即断电使电动机停转；也可将KA的常开触点接在报警电路上，同时发出声光报警。,L,2,C,2,U,CC,R,E2,T,1,RP,1,R,2,R,E1,C,E1,C,1,L,1,RP,2,L,3,T,2,T,3,KA,D,R,3,R,C2,R,4,例4：,半导体接近开关,当金属被测物体离开感应头后，振荡电路立即起振，在,L,3,上输出正弦电压，,经二极管的整流后，使T,2,饱和导通，T,3,截止，继电器,KA,断电，常闭触点重新闭合，电动机运转。,RP,1,用来调节振荡输出幅度，RP,2,可使振荡电路迅速而可靠的停振，也能促使振荡电路在被测金属物体离开感应头时迅速恢复振荡。,