《振荡电路的作用》PPT课件.ppt

第九章 振荡电路,9.1振荡电路的作用及分类 9.2正弦波振荡电路基本原理 9.3非正弦波信号发生器基本原理 9.4集成信号发生器,1,7/19/2019,9.1振荡电路的作用与分类,【振荡电路 (也称为振荡器)的作用】一是能量的传递，二是信号的处理。,【振荡器的分类】 按振荡器工作原理分类：,按电路元件分类：,按振荡器输出频率分类：,9.2正弦波振荡电路基本原理,【振荡电路的特点】 （1）无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号； （2）电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控； （3）在电扰动下，对于某一特定频率的信号形成正反 馈； （4）由半导体器件的非线性特性及供电电源的限制， 最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。,【正弦波振荡的条件】,正弦波振荡电路平衡条件：,Uf：反馈电压,F：反馈系数,Uf = FUo,Uo = AUi,正弦波振荡电路框图,没有输入信号时，,此时，Uo=AUi=Auf=AFUo,即：,正弦波振荡电路起振副度条件:,【正弦波振荡电路的组成】 （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，保证电路产生 正弦波振荡 （4) 非线性环节（稳幅环节）：稳幅,【正弦波振荡的分析方法】 （1）电路的组成是否具备正弦波振荡电路的四个基本环节； （2）判断基本放大电路能否正常工作，是否建立起合适的静态工作点并能正常放大； （3）利用瞬时极性法判断电路是否引入正反馈； （4）分析是否满足幅值条件。,9.2.1 RC型正弦波振荡器 1.RC串并联电路的选频特性,RC串并联选频电路,RC正弦波振荡电路副频特性,RC正弦波振荡电路相频特性,2RC桥式正弦波振荡电路组成 为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。,RC桥式正弦波振荡电路,3振荡的建立与稳定 当电路接通电源后，电路中的噪声和干扰信号沿放大电路和反馈网络的环路环行，不同的频率分量获得了不同的环路增益和相移。,4稳幅措施 振荡达到一定幅度后，环路增益从大于1，自动减小到1，维持等幅输出。 一般有两类稳幅措施：（1）利用放大器件本身的非线性；（2）采用正温度系数的热敏电阻稳幅。 5振荡频率计算 RC型正弦波振荡器适合产生几赫兹至几百千赫兹的低频信号。 振荡频率:,9.2.2 正弦波振荡器,1.LC并联回路的选频特性,LC并联网络,发生并联谐振的条件为：,谐振角频率为：,必须有合适的同名端！,2.变压器反馈式LC正弦波振荡电路,变压器反馈式LC正弦波振荡电路,分析电路的步骤： （1)组成部分是否完整 （2) 放大电路是否能正常工作 （3) 是否满足相位条件 电路特点： 优点：易振，波形较好； 缺点：耦合不紧密，损耗大， 频率稳定性不高。,3.电感反馈式LC正弦波振荡电路,电感反馈式LC正弦波振荡电路,电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三点式电路。 电路特点： 优点：耦合紧密，易振，振幅大，C 用可调 电容可获得较宽范围的振荡频率。 缺点：波形较差，常含有高次谐波。为使振 荡波形好，采用电容反馈式电路。,4.电容反馈式LC正弦波振荡电路,电容反馈式LC正弦波振荡电路,电路特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频 率固定的场合。,用LC并联回路担任选频网络的正弦波振器。其振荡频率一般在MHz以上，甚至可高达1000MHz。,26,7/19/2019,9.2.3 石英晶体振荡器 1.石英晶体的基本特点 SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。 压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系 固有频率取决于其几何尺寸，故非常稳定。,2.石英晶体等效电路,石英晶体符号,石英晶体等效电路,石英晶体电抗频率特性,28,7/19/2019,电路有两个特定的谐振频率。 当L，C，R支路发生串联谐振时，谐振频率为:,当频率高于fs时，L，C，R支路呈感性，可与电容Co发并联谐振，并联谐振频率为:,fs与fp值非接近。,29,7/19/2019,3.石英晶体振荡器电路类型,（1）串联型石英晶体振荡器：当石英晶体发生串联谐振，即,时，呈纯阻性，相移为零。此时若把石英晶 体作为放大电路的反馈网络，并起选频作用， 只要满足相位条件就构成了串联型石英晶体振 荡器。,30,7/19/2019,串联型石英晶体振荡器,并联型石英晶体振荡器,31,7/19/2019,之间呈感性特点，与外接电容器可构成并联晶体振荡器，又称电容三点式振荡器。由于,（2）并联型石英晶体振荡器：利用石英晶体在频率 为,和,和,非常接近，故其振荡器频率高度稳定。,9.3非正弦波信号发生器基本原理,32,7/19/2019,【常用的非正弦波】,33,7/19/2019,9.3.1 矩形波发生器 1. 工作状态 输出无稳态，有两个暂态； 定义为第一暂态与第二暂态。 2. 电路组成 （1）开关电路：输出只有高电平和低电平两种状态，采用电压比较器。 （2）反馈网络：自控，在输出为某一状态时孕育翻转成另一状态的条件。应引入反馈。,矩形波发生器,35,7/19/2019,（3）延迟环节：使得两个状态均维持一定的时 间，决定振荡频率。利用RC电路实现。,电容上的波形,输出波形,3.原理分析 （1）电容初始电压为零，设电源接通瞬间电压比较 器输出高电平 （第一暂态），电压比较器同相 输入端的电位为,36,7/19/2019,此时， 通过电阻R向电容C充电，电容电压,以时间常数,=RC的指数规律上升。,时，比较器翻转，输出低电平,（第二暂态），电压比较器同相输入端电位变为,37,7/19/2019,（2）当,上升到,此时，电容以时间常数,=RC的规律放电，Uc下降,当Uc下降到UV 时，比较器又一次改变状态，输出电压跳变为，高平 .,38,7/19/2019,4.输出方波周期,若利用二极管的单向导点性，使电容充电和放电回路时间常数不同，便可得到占空比可调的矩波信号发生器。,39,7/19/2019,9.3.2 三角波和锯齿波发生器 1. 电路组成 用积分运算电路可将方波变为三角波。,三角波发生器,三角波形图,2.原理分析,A1同相输入端电位可根据叠加原理求出，即,U1+ =,+,由于A1反相输入端电压U1_=0,有U1+=0，所以,U,在三角波信号发生器的基础上，只要对电路稍加改动，即可构成锯齿波信号发生电路。,9.4集成信号发生器,9.4.1集成函数发生器及其应用 1. 5G8038的原理框图、封装外形,5G8038结构框图,5G8038引脚图,25G8038主要特点 （1）同时有三种波形输出：正弦波、三角波、 方波。 （2）工作频率范围：0。001Hz500kHz 。 （3）失真度低：1%。 （4）使用简单，外接元件少。 3集成函数发生器应用 如图所示是产生正弦波、三角波和方波信号的函 数发生器的典型电路图。输出信号可直接从2、 3、9脚高阻输出或经一个集成放大器低阻输出。,5G8038典型应用电路,函数发生器所产生的振荡频率为：,9.4.2 555集成信号发生器 1. 电路结构,555 定时电路由电阻分压器、比较器、基本RS触发器、MOS开关及输出缓冲器五个基本单位组