调谐放大器和正弦波振荡器.doc

电子线路配套多媒体CAI课件电子教案第6章 调谐放大器和正弦波振荡器本章重点1了解调谐放大器的电路结构、工作特点及工作原理。2理解正弦波振荡电路的工作原理、振荡条件。3掌握变压器耦合及三点式LC振荡电路的工作原理及振荡频率。4了解石英晶体振荡电路。本章难点1调谐放大器的选频能力。2正弦波振荡电路的振荡条件。学时分配序号内 容学时16.1调谐放大器226.2正弦波振荡器63实验九调谐放大器24实验十LC正弦波振荡器25本章小结与习题6本章总学时126.1 调谐放大器调谐放大器：具有选频放大能力的放大电路。电路特点：LC谐振回路作负载。应用：无线电发射和接收设备。图6.1.1 LC并联电路6.1.1.调谐放大器的工作原理动画 调谐放大器的工作原理一、LC并联电路图6.1.1所示。R为并联电路损耗电阻。1阻抗频率特性图6.1.2(a)所示。它表示了LC并联电路的阻抗Z与信号频率f之间的变化关系。当f = f0时，LC并联电路发生谐振，阻抗最大。当f f0时，电路失谐，阻抗很小。因此，f0称为谐振频率，又称固有频率，即可见，元件L、C取定值时，谐振频率f0是一个常数。图6.1.2 LC并联电路的频率特性2相位频率特性图6.1.2(b)所示。它表示了LC并联电路两端电压v和流进并联电路电流i之间的相位角之差 j与信号频率f之间的变化关系。当f = f0时，j = 0，电路呈纯阻性；当f 0，电路呈感性；当f f0时，j Co，C2 Ci，以减小Ci和Co对振荡频率的影响，提高其稳定性。由于C1 、C2的增大，会导致Q值下降，加之调节振荡频率时，必须同时改变C1、C2，实属困难。因此，在LC回路中的电感支路串入一小电容C3，得到改进的电容三点式振荡器如图6.2.10(c)所示，交流通路如图6.2.10(b)所示，并且选取，。这样，振荡频率f0与C1、C2 、Ci、Co基本无关，只取决于C3和L，振荡频率为 (6.2.7)电路特点：振荡波形好，频率比较稳定。缺点：调节C3时，输出信号幅度会随频率增大而降低。6.2.3 石英晶体振荡器电路特点：频率稳定度高，可达10-6 10-11量级。一、石英晶体的基本特性及其等效电路1压电效应石英晶体谐振器如图6.2.11所示。它是在晶片的两个对面上喷涂一对金属极板，引出两个电极，加以封装所构成。压电效应：晶片在电压产生的机械压力下，其表面电荷的极性随机械拉力而改变的一种现象。如图6.2.12(a)所示。压电谐振：外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，回路发生串联谐振，电流振幅最大的一种现象。产生压电谐振时的振荡频率称晶体谐振器的振荡频率。图6.2.12(b)所示。 图6.2.12 压电效应和谐振现象 图6.2.13 石英晶体谐振器2符号和等效电路符号如图6.2.13(a)所示。当晶体不振动时，可用静态电容CO来等效，一般约为几个皮法到几十皮法；当晶体振动时，机械振动的惯性可用电感L来等效，一般为10-310-2H；晶片的弹性可用电容C来等效，一般为10-2 10-1 pF；晶片振动时的损耗用R来等效，阻值约为102 W。由可知，品质因数Q很大，可达104 106。加之晶体的固有频率只与晶片的几何尺寸有关，其精度高而稳定。所以，采用石英晶体谐振器组成振荡电路，可获得很高的频率稳定度。等效电路如图6.2.13(b)所示，它有两个谐振频率。(1) 当L、C、R支路串联谐振时，等效电路的阻抗最小，串联谐振频率为 (6.2.8)(2) 当等效电路并联谐振时，并联谐振频率为 (6.2.9)由于C C0，因此fs和fp两个频率非常接近。图6.2.13(c)为石英晶体谐振器的电抗-频率特性，在fs和fp之间为感性，在此区域之外为容性。二、石英晶体振荡电路1并联型晶体振荡电路图6.2.14(a)所示。振荡回路由C1、C2和晶体组成。其中，晶体起电感L的作用，等效电路如图6.2.14(b)所示。即振荡频率在晶体谐振器的fs与fp之间。由于回路电容是C1和C2串联后与C0并联，再与C串联，则回路电容为。故振荡回路的谐振频率为图6.2.14 并联型晶体振荡器 (6.2.10)由于，则谐振频率近似为 (6.2.11)可见，振荡频率基本上取决于晶体的固有频率f s。故其频率稳定度高。2串联型晶体振荡电路如图6.2.15所示。晶体与电阻R串联构成正反馈电路。当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，电路满足自激振荡条件而振荡，其振荡频率为f0 = fs。否则不能振荡。调节电阻R可获得良好的正弦波输出。 图6.2.15 串联晶体振荡电路 图6.2.16 集成运放LC正弦波振荡器6.2.4 用集成运算放大器组成的振荡电路用集成运算放大器组成的振荡电路如图6.2.16所示。L和C构成选频网络与电阻R3组成正反馈支路；R1和R2组成负反馈支路。当电源接通后，集成运放输出信号经选频网络选出频率为的信号，从同相端输入，形成正反馈。输出端可输出频率较高的正弦波振荡信号，其信号幅度由电位器R3调节。本章小结1调谐放大器是一种选频放大器。它利用LC并联谐振电路的选频特性在频率众多的信号中选出某一频率的信号加以放大。2调谐放大器有单回路调谐和双回路调谐两种基本电路。双回路调谐放大器可以在一定的频带内具有良好的选择性。3电路产生自激振荡必需同时满足相位平衡条件和振幅平衡条件。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。4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