振荡电路分析及应用-电子技术实践基础

://bbs.elecfans.com电子技术论坛2波形发生电路2.1正弦波振荡电路2.2非正弦信号发生器2.3集成函数发生器8083简介2.4压控振荡器://bbs.elecfans.com电子技术论坛2.1正弦波振荡电路2.1.1正弦波振荡电路的基础知识1.自激振荡现象扩音系统在使用中有时会发出刺耳的啸叫声,其形成的过程如图示。扩音机扬声器话筒://bbs.elecfans.com电子技术论坛A.F.放大电路2S1+--Uid.Ui.+--Uf.+--Uo.反馈电路2.自激振荡形成的条件可以借助图示的方框图来分析正弦波振荡形成的条件。://bbs.elecfans.com电子技术论坛由此可见,自激振荡形成的基本条件是反馈信号与输入信号大小相等、相位相同,即,而可得：ifUUifUFAU1FA这包含着两层含义:（１）反馈信号与输入信号幅值相等,表示即（２）反馈信号与输入信号相位相同,表示输入信号经过放大电路产生的相移φA和反馈网络的相移φF之和为0,2π,4π,…,2nπ,即:φA+φF=2nπ(n=0,1,2,3,…)称为相位平衡条件。ifUU1FA://bbs.elecfans.com电子技术论坛Uo.Ot自激振荡的起振波形ba起振c稳幅://bbs.elecfans.com电子技术论坛３.正弦波振荡的形成过程放大电路在接通电源的瞬间,随着电源电压由零开始的突然增大,电路受到扰动,在放大器的输入端产生一个微弱的扰动电压ui,经放大器放大、正反馈,再放大、再反馈……,如此反复循环,输出信号的幅度很快增加。这个扰动电压包括从低频到甚高频的各种频率的谐波成分。为了能得到我们所需要频率的正弦波信号,必须增加选频网络,只有在选频网络中心频率上的信号能通过,其他频率的信号被抑制,在输出端就会得到如图ab段所示的起振波形。://bbs.elecfans.com电子技术论坛那么,振荡电路在起振以后,振荡幅度会不会无休止地增长下去了呢？这就需要增加稳幅环节,当振荡电路的输出达到一定幅度后,稳幅环节就会使输出减小,维持一个相对稳定的稳幅振荡,如图bc段所示。也就是说,在振荡建立的初期,必须使反馈信号大于原输入信号,反馈信号一次比一次大,才能使振荡幅度逐渐增大;当振荡建立后,还必须使反馈信号等于原输入信号,才能使建立的振荡得以维持下去。由上述分析可知,起振条件：1FA1FA稳幅后的幅度平衡条件为：://bbs.elecfans.com电子技术论坛４.要形成振荡,电路中必须包含以下组成部分:①放大器;②正反馈网络;③选频网络;④稳幅环节。根据选频网络组成元件的不同,正弦波振荡电路通常分为：ＲＣ振荡电路（振荡频率较低，几百KHZ以下）ＬＣ振荡电路（振荡频率较高，几百KHZ以上）石英晶体振荡电路（振荡频率极其稳定）。://bbs.elecfans.com电子技术论坛2.1.2RC正弦波振荡电路RC正弦波振荡电路结构简单,性能可靠,用来产生几兆赫兹以下的低频信号,常用的RC振荡电路有RC桥式振荡电路和移相式振荡电路。1.RC桥式振荡电路1）RC串并联网络的选频特性+Z2-.U1R2C2+.U2Z1R1C1222211111RCjZZCjRZ://bbs.elecfans.com电子技术论坛2221122221212111RCjRCjRRCjRZZZUUF)1()1(112211221CRCRjCCRRRC串并联网络传输系数F：://bbs.elecfans.com电子技术论坛31arctan)1(31)1(3122RCRCRCRCFFRCRCjFF其模值：相角：取：C1=C2=C,R1=R2=R,则上式可简化为://bbs.elecfans.com电子技术论坛RCfRCf2112000令即3arctan)(31002002ffffffffFF将f0的表达式代入模值和相角的表达式,并将角频率ω变换为由频率f表示,则://bbs.elecfans.com电子技术论坛根据上式可作出RC串并联网络频率特性F310f0fFf0-90Of0+90O当f=f0时,电压传输系数最大,其值为:F=1/3,相角为零,即φF=0。此时,输出电压与输入电压同相位。当f≠f0时,F1/3,且φF≠0,此时输出电压的相位滞后或超前于输入电压。由以上分析可知:RC串并联网络只在f=f0=1/(2πRC)时,输出幅度最大,而且输出电压与输入电压同相,即相位移为零。所以,RC串并联网络具有选频特性。://bbs.elecfans.com电子技术论坛2）RC桥式振荡电路集成运放A：放大网络稳幅环节++--R1RfV2V1R2RCCRuoA∞RC串并联网络：正反馈选频网络负反馈网络反馈增益Avf≥3://bbs.elecfans.com电子技术论坛图中,集成运放组成一个同相放大器,输出电压uo作为RC串并联网络的输入电压,而将RC串并联网络的输出电压作为放大器的输入电压。当f=f0时,RC串并联网络的相位移为零,放大器是同相放大器,电路的总相位移是零,满足相位平衡条件,而对于其他频率的信号,RC串并联网络的相位移不为零,不满足相位平衡条件。由于RC串并联网络在f=f0时的传输系数F＝1/3,因此要求放大器的总电压增益Au应大于3,这对于集成运放组成的同相放大器来说是很容易满足的。://bbs.elecfans.com电子技术论坛只要适当选择Rf与R1的比值,就能实现Au3的要求。其中,Ｖ1、Ｖ2和R2是实现自动稳幅的限幅电路。11RRAfuRCf210由R1、Rf、V1、V2及R2构成负反馈支路,它与集成运放形成了同相输入比例运算放大器://bbs.elecfans.com电子技术论坛2．RC移相式振荡电路反馈网络由三节RC移相电路构成。++-RRCCCRRf+--Uo.∞://bbs.elecfans.com电子技术论坛由于集成运算放大器的相移为180°,为满足振荡的相位平衡条件,要求反馈网络对某一频率的信号再移相180°,RC构成超前相移网络。正如所知,一节RC电路的最大相移为90°,不能满足振荡的相位条件;二节RC电路的最大相移可以达到180°,但当相移等于180°时,输出电压已接近于零,故不能满足起振的幅度条件。为此,采用三节RC超前相移网络,三节相移网络对不同频率的信号所产生的相移是不同的,但其中总有某一个频率的信号,通过此相移网络产生的相移刚好为180°,满足相位平衡条件而产生振荡,该频率即为振荡频率f0。://bbs.elecfans.com电子技术论坛RC移相式振荡电路具有结构简单、经济方便等优点。其缺点是选频性能较差,频率调节不方便,由于输出幅度不够稳定,输出波形较差,一般只用于振荡频率固定、稳定性要求不高的场合。296210uARCf振幅起振条件为振荡频率f0://bbs.elecfans.com电子技术论坛2.1.3LC正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路常用来产生高频正弦波信号，常见形式有变压器反馈式LC振荡电路、电感反馈式（电感三点式）LC振荡电路、电容反馈式电容三点式LC振荡电路,用来产生几兆赫兹以上的高频信号。它们的选频网络一般都采用LC并联谐振电路。://bbs.elecfans.com电子技术论坛1.变压器反馈式LC振荡电路１）电路组成(+)(--)(+)(+)(+)L1CRLL3L2V+CeReRb2C1Rb1T+UCCV、Rb1、Rb2、Re、Ce、C1组成共射放大电路L2反馈线圈引入正反馈L1C选频网络变压器同名端://bbs.elecfans.com电子技术论坛２)振荡条件（1）相位平衡条件电路振荡时,f=f0，LC回路的谐振阻抗是纯电阻性，由变压器L1及L2同名端可知，反馈信号与输出电压极性相反，即φF=180°。于是φA+φF=360°，保证了电路的正反馈，满足振荡的相位平衡条件。对频率f≠f0的信号，LC回路的阻抗不是纯阻抗，而是感性或容性阻抗。此时，LC回路对信号会产生附加相移，造成φF≠180°，那φA+φF≠360°，不能满足相位平衡条件，电路也不可能产生振荡。由此可见，LC振荡电路只有在f=f0这个频率上，才有可能振荡。LCff210://bbs.elecfans.com电子技术论坛（2）幅值条件为了满足幅度条件AF≥1,对晶体管的β值有一定要求。一般只要β值较大,就能满足振幅平衡条件。反馈线圈匝数越多,耦合越强,电路越容易起振。3(1)易起振,输出电压较大。由于采用变压器耦合,易满足阻抗匹配的要求。(2)调频方便。一般在LC回路中采用接入可变电容器的方法来实现,调频范围较宽,工作频率通常在几兆赫左右。(3)输出波形不理想。由于反馈电压取自电感两端,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高次谐波成分。://bbs.elecfans.com电子技术论坛2.电感反馈式LC振荡电路又称:哈特莱振荡电路电感三点式电路1)电路组成(+)()(+)()(+)()(+)①②③ReCeVC2Rc+UCCRb1Rb2C1CL2L1(+)L2反馈线圈()(+)://bbs.elecfans.com电子技术论坛反馈电压是取自电感L2两端,加到晶体管b、e间的。所以改变线圈抽头的位置,即改变L2的大小,就可调节反馈电压的大小。当满足的条件时,电路便可起振。1FA２)（1）相位条件设基极瞬时极性为正,由于放大器的倒相作用,集电极电位为负,与基极相位相反,则电感的③端为负,②端为公共端,①端为正。反馈电压由①端引至三极管的基极,故为正反馈,满足相位平衡条件。（2）幅度条件://bbs.elecfans.com电子技术论坛上式中,L1+L2+2M为LC回路的总电感,M为L1与L2间的互感耦合系数。4）电路优缺点(1)由于L1和L2之间耦合很紧,故电路易起振,输