模拟电子技术第九章

普通高等教育”十一五”国家级规划教材电子工业出版社模拟电子技术徐丽香编著第9章正弦波振荡器•学习目标：（１）了解正弦波振荡器常用的电路类型；（２）理解正弦波振荡电路的设计。（３）能够设计振荡电路，输出额定频率的正弦波。9.1正弦波振荡器的基本知识•正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出正弦信号的自激振荡电路•根据选频网络所采用的元件不同，正弦波振荡器又分为–LC振荡电路、–RC振荡电路、–石英晶体振荡器。正弦波振荡器实例9.1.1自激振荡的工作原理•1．LC并联谐振回路LCf2102．自激振荡电路的结构(1)放大电路：具有信号放大作用，通过电源供给振荡电路所需的能量。(2)反馈网络：作用是形成正反馈。(3)选频网络：选择满足振荡条件的某一个频率，形成单一频率的正弦波振荡。(4)稳幅电路：使振幅稳定，改善波形。自激振荡器能够振荡的条件•自激振荡器能够振荡的相位条件是：•=A+F=2n（n=0，1，2，3……）其中A为放大器的增益，F反馈电路和•起振和平衡的幅度条件•其中A是放大器的电压增益，F是反馈电路的反馈系数。1AF3．正弦波振荡电路的判断•判断能否产生正弦波振荡的步骤如下：(1)检查电路的基本组成，一般应包含放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节等。(2)检查放大电路是否工作在放大状态。(3)检查电路是否满足振荡产生的条件。3．正弦波振荡电路的判断•判断电路是否满足相位条件采用瞬时极性法。要为正反馈。具体判断步骤如下。①断开反馈支路与放大电路输入端的连接点。②在断点处的放大电路输入端加信号ui，并设其极性为正(对地)，然后，按照先放大支路，后反馈支路的顺序，逐次推断电路有关各点的电位极性，从而确定ui和uf的相位关系。③如果ui和uf在某一频率下同相，电路满足相位平衡条件。否则，不满足相位平衡条件。例9.1：判断图9.4(a)所示电路能否产生自激振荡。解：①在图9.4(a)中，VT基极偏置电阻RB2被反馈线圈Lf短路接地，使VT处于截止状态，不能进行放大，所以电路不能产生自激振荡。②相位条件：采用瞬时极性法，设VT基极电位为“正”，根据共射电路的倒相作用，可知集电极电位为“负”，于是L同名端为“正”，根据同名端的定义得知，Lf同名端也为“正”，则反馈电压极性为“负”。电路不能自激振荡。如果把图9.4(a)改成图(b)即可9.2LC振荡器9.2.1变压器耦合式LC振荡器电路特点：用变压器耦合方式把反馈信号送到输入端。1．电路结构2．工作原理•满足相位条件LCf210例9.2：调试图9.4(b)所示电路时，如果出现下列现象，请予以解释。（1）对调反馈线圈的两个接头后就能起振；（2）调R1、R2或R3阻值后就能起振；（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匝数后就能起振；（5）适当增大L值或减小C值后就能起振；（6）调整R1、R2或R3的阻值后可使波形变好；（7）减小负载电阻时，输出波形产生失真，有时甚至不能起振。解：（1）对调反馈线圈的两个接头后就能起振，说明原电路中反馈线圈极性接反了，形成了负反馈而不能起振。（2）调节R1、R2或R3阻值可改变电路的静态工作点。调R1、R2或R3阻值后就能起振，说明原电路的工作点偏低，电压放大倍数偏小；而调整工作点后电压放大倍数提高，故能起振。（3）原电路中的β太小，使电压放大倍数不满足自激振荡的幅度条件。改用β较大的晶体管可使电压放大倍数提高，易于振荡。（4）原电路中的反馈强度不够（反馈系数F太小），不能起振。增加反馈线圈的匝数可增大反馈值，使电路易于起振。（5）适当增大L值或减小C值，可使谐振阻抗增大，从而增大电路的电压放大倍数，使电路易于起振。（6）调整R1、R2或R3的阻值可使静态工作点合适，放大器工作在靠近线性区时稳定振荡，所以波形变好。（9）负载RL过小，折算到变压器原边的等值阻抗下降，晶体管的交流负载线变陡，容易产生截止失真，故波形不好；同时使输出电压下降，电压放大倍数减小，故有时不能起振。9.2.2三点式LC振荡电路•三点式LC振荡电路的特点：LC振荡回路三个端点与晶体管三个电极相连。•连接满足“射同基反”的原则•当发射极所接元件同为容性时，称为电容三点式振荡器，当发射极所接元件同为感性时，称为电感三点式振荡器。1．电感三点式振荡器CMLLLCf)2(2121212.电感三点式振荡器的电路特点(1)易起振(2)调节频率方便。(3)波形较差，且频率稳定度也不高。3．电容三点式振荡器CLf2102121CCCCC4.电容三点式振荡电路的特点(1)输出波形较好。(2振荡频率较高，一般可以达到100MHz以上。(3)调节C1或C2可以改变振荡频率，但同时会影响起振条件，适用于产生固定频率的振荡。如果要改变频率，可在L两端并联一个可变电容。例9.3：试判断图9.8(a)所示电路是否有可能产生振荡。若不可能产生振荡，请指出电路中的错误。解：(1)图（a）电路存在的问题是：晶体管V是放大元件，但直流偏置不合适；电容C1两端电压可作为反馈信号，但放大电路的输出信号（晶体管集电极信号）没有传递到选频网络。所以，该电路不可能产生振荡。(2)修改后的电路见图（b），调频发射机电路分析•IN-PUT端输入音频信号，电路直接发射出调频信号，该信号可由调频收音机接收9.3石英晶体振荡器9.3.1石英晶体的基本特性及其等效电路1．符号和等效电路2．有源晶体振荡器•有源晶体振荡器习称有源晶振，它是一个完整的振荡器。9.3.2石英晶体振荡电路1．并联型晶体振荡电路石英晶体振荡器起电感L的作用2．串联型晶体振荡电路•振荡频率等于晶体的固有频率fs时，晶体阻抗最小，且为纯电阻9.4RC正弦波振荡电路•当振荡电路要求振荡频率较低时，采用RC正弦波振荡器。典型电路如图。9.4.1RC网络的频率响应•谐振频率f0输出电压与输入电压之间的比值F9.4.2RC桥式正弦波振荡电路31F1213RAR例9.4：图9.19(a)所示电路是没有画完整的正弦波振荡器。（1）完成各节点的连接；（2）选择电阻R2的阻值；（3）计算电路的振荡频率；解：（1）结点K应与M相连接。（2）反馈系数等于1/3（f=f0时），所以电路放大倍数应大于等于3，即R2≥2R1≥4kΩ。故R2应选则大于4kΩ的电阻。（3）电路的振荡频率本章回顾（1）正弦波振荡电路按选频网络不同，可分为LC振荡电路、晶体振荡电路和RC振荡电路。它们由放大电路、正反馈电路、选频电路和稳幅电路组成。（2）电路产生自激振荡必需同时满足相位条件和振幅条件。具体判别的关键为：电路必需是一个具有正反馈的正常放大电路。相位条件必须满足：=A+F=2n（n=0，1，2，3……）；起振和平衡幅度条件为：1AF本章回顾（3）正弦波振荡器实质上是具有正反馈的放大器，LC振荡器常用于高频振荡，石英晶体振荡器的频率稳定度很高。LC振荡器有变压器耦合式和三点式，LC振荡器都用LC谐振回路作选频网络，振荡频率较高，近似为（4）RC振荡器主要用于所需正弦波振荡频率较低的场合。频率频率为f0=，起振条件为A3。1AF