第八章 正弦波振荡电路

1第八章正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成二、RC正弦波振荡电路三、LC正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路28.1正弦波振荡电路的振荡条件正反馈放大电路框图（注意与负反馈方框图的差别）1.振荡条件fiaXXX若环路增益1FA则，faXX去掉，iXoX仍有稳定的输出。又fafaAFFAFA所以振荡条件为1)()(FA振幅平衡条件π2)()(fan相位平衡条件3XoXaXf+放大电路A反馈网络F起振条件2.起振和稳幅#振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？电路器件内部噪声以及电源接通扰动1)()(FAπ2)()(fan当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从回到1AF。1AF4起振与稳幅：输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。很多种频率5频率逐渐变为单一6振幅越来越大7趋于稳幅83.基本组成部分1)放大电路：放大作用2)正反馈网络：满足相位条件3)选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡4)非线性环节（稳幅环节）：稳幅1)是否存在主要组成部分；2)放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路；3)是否满足相位条件，即是否存在f0，是否可能振荡；4)是否满足幅值条件，即是否一定振荡。常合二为一4、分析方法9相位条件的判断方法：瞬时极性法断开反馈，在断开处给放大电路加f＝f0的信号Ui，且规定其极性，然后根据Ui的极性→Uo的极性→Uf的极性若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。iU极性？105.分类常用选频网络所用元件分类。1)RC正弦波振荡电路：1兆赫以下2)LC正弦波振荡电路：几百千赫～几百兆赫3)石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定118.2RC正弦波振荡电路1.电路组成2.RC串并联选频网络的选频特性3.振荡电路工作原理4.稳幅措施5.移相式正弦波振荡电路121.电路组成反馈网络兼做选频网络RC桥式振荡电路－＋OVRCRf＋Z1Z2CRR1VAAVF放大电路选频网络fiVV=－132.RC串并联选频网络的选频特性反馈系数幅频响应且令RC10则)(j3100VF2002)(31VF相频响应3)(arctg00fCRCRCRUUFj1j1j1of∥＋∥142.RC串并联选频网络的选频特性当2002)(31VF幅频响应有最大值3)(arctg00fRCffRCπ21100或31maxVF相频响应0fFV0.40.30.20.100.1110/0(a)13f0.1110/0(b)9060300－30－60－90153.振荡电路工作原理－＋OVRCRf＋Z1Z2CRR1VAAVF放大电路选频网络fiVV=－此时若放大电路的电压增益为断开环路某一点，用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件：则振荡电路满足振幅平衡条件0f当RC10时，π2fan(+)Av311fRRAV1313VVFA电路可以输出频率为的正弦波RCfπ210RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波16174.稳幅措施－＋OVRCRf＋Z1Z2CRR1VAAVF放大电路选频网络fiVV=－采用非线性元件热敏元件热敏电阻起振时，311fRRAV即1VVFA热敏电阻的作用oVoI功耗fR温度fR阻值fR3VA1VVFA稳幅VA18RR++++∞∞RRFFRR11CCRRCC––uuOO––++RR++++∞∞RRFFRR11CCRRCC––uuOO––++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uO很小，流过RF的电流也很小，于是发热少，阻值高，使RF2R1，即AuF1。随着振荡幅度的不断加强，uO增大，流过RF的电流也增大，RF受热而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2R1时，稳定于AuF=1，振荡稳定。半导体热敏电阻19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。稳幅过程：思考：若热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？uOTRFAuRR++++∞∞RRFFRR11CCRRCC––uuOO––++RR++++∞∞RRFFRR11CCRRCC––uuOO––++半导体热敏电阻20RR++++∞∞RRF2F2RR11CCRRCC––uuOO––++DD11DD22RRF1F1uuff++––RR++++∞∞RRF2F2RR11CCRRCC––uuOO––++uuOO––++DD11DD22RRF1F1uuff++––带稳幅环节的电路(2)利用二极管的正向伏安特性的非线性自动稳幅。稳幅环节21带稳幅环节的电路(2)图示电路中，RF分为两部分。在RF1上正反并联两个二极管，它们在输出电压uO的正、负半周内分别导通。在起振之初，由于uO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，RF2R1。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RF=2R1，振荡稳定。RR++++∞∞RRF2F2RR11CCRRCC––uuOO––++DD11DD22RRF1F1uuff++––RR++++∞∞RRF2F2RR11CCRRCC––uuOO––++uuOO––++DD11DD22RRF1F1uuff++––22振荡频率的调整改变开关S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。RCf210振荡频率++++∞∞RRFFRRCCCC––uuOO––++SSSSRR11RR22RR33RR33RR22RR11++++∞∞RRFFRRCCCC––uuOO––++uuOO––++SSSSRR11RR22RR33RR33RR22RR1123LC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。1、LC选频放大电路2变压器反馈式LC振荡电路3三点式LC振荡电路4石英晶体振荡电路8.3LC正弦波振荡电路241LC选频放大电路LRCLRCZjj1)j(j1等效损耗电阻)1j(CLRCLZ一般有LR则CQLQRCLZ000当LC10时，电路谐振LC10为谐振频率谐振时阻抗最大，且为纯阻性其中CLRRCRLQ1100为品质因数同时有scIQI即sLcIII1.并联谐振回路25附加相移LC选频放大电路当f=f0时，电压放大倍数的数值最大，且附加相移为0。LCfπ210谐振频率为26LLCC++UUCCCCRRLLCC11RRB1B1RRB2B2RREECCEELLCC++UUCCCCRRLLCC11RRB1B1RRB2B2RREECCEE2、变压器反馈式LC振荡电路(1)电路结构正反馈LCfπ210(2)振荡频率即LC并联电路的谐振频率放大电路选频电路反馈网络uf+–273.幅值平衡条件4.稳幅通过选择高增益的三极管和调整变压器的匝数比，可以满足1FA使电路可以起振。利用BJT的非线性特性和电源电压是一定的，幅度增大到一定的值，就会稳定下来。283三点式LC振荡电路仍然由LC并联谐振电路构成选频网络A.若中间点交流接地，则首端与尾端相位相反。1.三点式LC并联电路中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。三点的相位关系B.若首端或尾端交流接地，则其他两端相位相同。293三点式LC振荡电路2.电感三点式振荡电路303三点式LC振荡电路3.电容三点式振荡电路31++UUCCCCCC11RRB1B1RRB2B2RREECCEELL11CCLL22RRCC++UUCCCCCC11RRB1B1RRB2B2RREECCEELL11CCLL22RRCC三点式LC振荡电路(1)电感三点式振荡电路正反馈放大电路反馈网络CMLLf)2(π21210－－振荡频率通常改变电容C来调节振荡频率。反馈电压取自L2振荡频率一般在几十兆赫以下。选频电路32++UUCCCCCC11RRB1B1RRB2B2RREECCEECC11CC22RRCC++UUCCCCCC11RRB1B1RRB2B2RREECCEECC11CC22RRCC(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C221210π21CCCCLf反相振荡频率可达100MHz以上。选频电路33•关于三点式正弦波振荡电路，可以归纳出LC选频回路三个谐振元件与放大管三个电极之间的连接规律—射同基反，即三个谐振元件中，与放大管发射极相连的两个元件电抗性质相同（同为电感或同为电容），与基极相连的两个元件电抗性质相反，满足此条件即可产生自激振荡。因此，可通过观察电路交流通路中LC选频网络与放大管三个电极之间的连接关系判断能否产生振荡。34正反馈例1：试用相位平衡条件判断下图电路能否产生自激振荡。++UUCCCCCC11RRB1B1RRB2B2RREECCEELLCCRRCC++UUCCCCCC11RRB1B1RRB2B2RREECCEELLCCRRCC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。35LL++UUCCCCCC11RRB1B1RRB2B2RREECCEECC22LL++UUCCCCCC11RRB1B1RRB2B2RREECCEECC22例2：图示电路能否产生正弦波振荡？如果不能产生振荡,加以改正。解：直流电路合理。旁路电容CE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CE开路，则电路可能产生振荡。反馈电压取自C1－－－正反馈