电工学(王怀平)chapter18

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18.2RC振荡电路18.3LC振荡电路下一页总目录章目录返回上一页第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。下一页总目录章目录返回上一页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。下一页总目录章目录返回上一页1AiUoUSu1.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。iuoUAU2FfU1AiUoUSu开关合在“2”为有反馈放大电路，fuoUAUifUU如果：开关合在“2”时,，去掉ui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2FfU下一页总目录章目录返回上一页2.自激振荡的条件(1)幅度条件：1uFA1FAuFA即：(2)相位条件：n2FA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)。fuoUAU由：ouoUFAU1uFAofUFU自激振荡的条件下一页总目录章目录返回上一页3.起振及稳幅振荡的过程设：Uo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Uo0，达到稳定振荡时Uo=B。起振过程中UoB，要求AuF1，稳定振荡时Uo=B，要求AuF=1，从AuF1到AuF=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。下一页总目录章目录返回上一页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AuF1，过渡到AuF=1，从而达到稳幅振荡。下一页总目录章目录返回上一页18.2RC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uf作为输入信号选出单一频率的信号1.电路结构uf–+R++∞RFR1CRC–uO–+下一页总目录章目录返回上一页2.RC串并联选频网络的选频特性传输系数：C//RCRC//RUUFj1j1j1121U2U。。RCRC。+–+–。)j(31oo式中：RC1o分析上式可知：仅当=o时，达最大值，且u2与u1同相，即网络具有选频特性，fo决3112UU定于RC。下一页总目录章目录返回上一页u1u2u2与u1波形相频特性ο90ο90（f）foο0幅频特性12UUffo13下一页总目录章目录返回上一页3.工作原理输出电压uo经正反馈（兼选频）网络分压后，取uf作为同相比例电路的输入信号ui。(1)起振过程下一页总目录章目录返回上一页(2)稳定振荡A=0，仅在f0处F=0满足相位平衡条件，所以振荡频率f0=12RC。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。下一页总目录章目录返回上一页振荡频率的调整++∞RFRCC–uO–+SSR1R2R3R3R2R1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。RCfπ21o振荡频率下一页总目录章目录返回上一页（4）起振及稳定振荡的条件稳定振荡条件AuF=1，|F|=1/3，则起振条件AuF1，因为|F|=1/3，则311uRRAF考虑到起振条件AuF1,一般应选取RF略大2R1。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重失真。311uRRAF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。下一页总目录章目录返回上一页带稳幅环节的电路(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R++∞RFR1CRC–uO–+下一页总目录章目录返回上一页带稳幅环节的电路(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++∞RFR1CRC–uO–+稳幅过程：思考：若热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？uotRFAu下一页总目录章目录返回上一页带稳幅环节的电路(2)IDUD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++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1稳幅环节下一页总目录章目录返回上一页带稳幅环节的电路（2）R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1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。下一页总目录章目录返回上一页18.3LC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。下一页总目录章目录返回上一页18.3.l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uf+–LC+UCCRLC1RB1RB2RECE－－放大电路选频电路反馈网络下一页总目录章目录返回上一页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RB1、RB2或RE的阻值后即可起振；（3）改用β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RB1、RB2或RE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：下一页总目录章目录返回上一页解:(2)调RB1、RB2或RE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β较大的晶体管后就能起振；改用β较大的晶体管，以满足幅度条件；LC+UCCRLC1RB1RB2RECE下一页总目录章目录返回上一页解:(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|Zo|增大，因而就增大了反馈量，容易起振；RCLZoLC并联电路在谐振时的等效阻抗LC+UCCRLC1RB1RB2RECE下一页总目录章目录返回上一页解:(7)调整RB1、RB2或RE的阻值可使波形变好；反馈线圈的圈数过多或管子的β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|Zo|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。LC+UCCRLC1RB1RB2RECE下一页总目录章目录返回上一页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。+UCCC1RB1RB2RECELC试用相位平衡条件判断下图电路能否产生自激振荡－－－下一页总目录章目录返回上一页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CMLLf)2(π21210+UCCC1RB1RB2RECEL1CL2RC－－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MHz以下。下一页总目录章目录返回上一页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+UCCC1RB1RB2RECEC1LC2RC反相振荡频率可达100MHz以上。选频电路下一页总目录章目录返回上一页例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+UCCC1RB1RB2RECEC2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－－－正反馈下一页总目录章目录返回上一页例4：半导体接近开关L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4LC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。下一页总目录章目录返回上一页L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4LC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，L1、L2及L3绕在右图所示的的磁芯上（又称感应头）L2L3L1移动的金属体感应头下一页总目录章目录返回上一页L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4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L1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L3上输出交流电压为零。L2L3L1移动的金属体感应头下一页总目录章目录返回上一页L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4例4：半导体接近开关当L3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T2截止，T3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。下一页总目录章目录返回上一页L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4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L3上输出正弦电压，经二极管的整流后，使T2饱和导通，T3截止，继电器KA断电，常闭触点重新闭合，电动机运转。RP1用来调节振荡输出幅度，RP2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。