第4章 正弦波振荡电路.ppt

1 第四章正弦波振荡电路 电子技术 第四节石英晶体正弦波振荡电路 第二节RC正弦波振荡电路 第三节LC正弦波振荡电路 第一节自激振荡 第四章正弦波振荡电路 第一节自激振荡 一 自激振荡平衡条件 二 振荡的建立与稳定 三 正弦波振荡电路的基本组成部分 4 正弦波振荡电路 用来产生一定频率和幅度的正弦交流信号的电子电路 广泛应用 在无线电技术 测量 控制技术 工业生产和日常生活中 用作高频信号源 加工设备中的高频能源 如高频加热炉 超声波压焊机等 分类 电容三点式 三点式 电感三点式 变压器反馈式 LC正弦波振荡电路 RC正弦波振荡电路 RC桥式振荡电路 石英晶体正弦波振荡电路 概述 第一节自激振荡 5 第一节自激振荡 自激振荡 不需外加输入信号 本身就能产生交流信号的电路 uF 将反馈信号代替外加信号 6 第一节自激振荡 UO与U i的相位差 UF与UO的相位差 UF与Ui的相位差 一 自激振荡平衡条件 7 第一节自激振荡 2 相位平衡条件 即 UF与U i同相 1 幅度平衡条件 即 UF U i UF与Ui的相位差 结论 对于任何类型的振荡器 只有这两个条件同时满足 振荡才能维持 8 第一节自激振荡 1 初始信号由来 接通电源瞬间 有一个电冲击 激起微弱的信号 包含丰富的频率成分 2 起振 选频放大 二 振荡的建立与稳定 为保证单一频率的正弦波 振荡器要具有选频特性 只有某一特定频率f0的信号满足自激振荡条件 从初始信号中挑选出来 起振条件 即 UF U i f0的信号 放大 输出 反馈 放大 9 第一节自激振荡 3 稳幅 当信号幅度增大到一定幅度时 进入三极管的非线性区 电压放大倍数A降低 振荡幅度自动稳定在某一值上 起振 增幅 稳幅 10 第一节自激振荡 2 反馈网络 形成正反馈 满足相位条件 保证产生单一频率的正弦波 1 放大电路 3 选频电路 供能源 放大 设置合适的Q点 三 正弦波振荡电路的基本组成部分 RC振荡电路 振荡频率低 1MHz以下 按选频网络类型分 石英晶体振荡电路 振荡频率稳定 LC振荡电路 振荡频率高 1MHz以上 第二节RC正弦波振荡电路 一 RC串并联选频电路的选频特性 二 RC桥式振荡电路 三 应用举例 12 第二节RC正弦波振荡电路 种类 RC桥式振荡电路 选频电路 RC串并联选频电路 若频率过低 所需的L和C值很大 这将使振荡电路结构不合理 经济不合算 而且性能变坏 LC振荡频率 概述 13 幅频特性 相频特性 一 RC串并联选频电路的选频特性 结论 在频率f0处 U2最大 0 只有f f0一个频率满足振荡条件 第二节RC正弦波振荡电路 14 R1 R2 R C1 C2 C RC串并联选频电路的谐振频率 谐振时 第二节RC正弦波振荡电路 15 二 RC桥式振荡电路 1 电路构成 分立元件电路构成 第二节RC正弦波振荡电路 16 RC串并联电路 同相比例放大电路 集成运放电路构成 第二节RC正弦波振荡电路 17 组成电桥 正反馈支路 负反馈支路 第二节RC正弦波振荡电路 18 同相0 移相0 同相0 2 相位条件 同相比例电路 RC串并联电路 第二节RC正弦波振荡电路 19 3 幅值条件 因为AF 1 F 1 3 则A 3 所以取Rf 2R1 4 估算振荡频率 为RC串并联网络的f0 对于同相比例运放 第二节RC正弦波振荡电路 20 5 自动稳幅措施 反馈电阻RF采用热敏电阻 Rf功耗大 Ta Rf Auf 热敏电阻 第二节RC正弦波振荡电路 21 三 应用举例 XB 18型信号发生器中的音频振荡电路 第二节RC正弦波振荡电路 22 XB 18型信号发生器中的音频振荡电路方框图 第二节RC正弦波振荡电路 23 一 组成 属于桥式RC振荡电路 共发射极放大级 T1 其输出电压相移为1800 1 振荡器的放大部分 T1 T4 2 T5射极输出器 减小负载对振荡器的影响 3 负反馈电路中采用热敏电阻 提高了振荡器的稳定性 无变压器推挽输出级 T3 T4 倒相管 T2 T2的输入与T3 T4的输出相位差为1800 4 T1采用自举电路 提高了输入阻抗 减少了输入阻抗对选频网络的影响 第二节RC正弦波振荡电路 24 三 调整 满足自激振荡条件 T1 T4组成的多级放大器中 输入与输出的总相位移为3600 经过RC串并联选频网络反馈到输入端为正反馈 满足自激振荡条件 产生振荡 二 工作情况 振荡器的频率为20Hz 20kHz 分成3个波段 用波段开关切换电容进行粗调 每个波段用一个双连电位器连续进行细调 第二节RC正弦波振荡电路 25 实验十RC桥式正弦波振荡电路 EDA实验 链接EDA10 实验目的 RC桥式正弦波振荡电路的输出波形 实验步骤 用示波器观察输出波形 建立电路 1 组成RC桥式正弦波振荡器 2 采用二极管稳幅电路 3 无输入信号 第二节RC正弦波振荡电路 26 EDA实验 RC桥式正弦波振荡器 第二节RC正弦波振荡电路 27 EDA实验 实验数据 结论 自行产生正弦波 第二节RC正弦波振荡电路 第三节LC正弦波振荡电路 一 变压器反馈式振荡电路 二 三点式振荡电路 三 应用举例 29 第三节LC正弦波振荡电路 1 选频电路 LC并谐回路 概述 3 应用 振荡频率高 一般可达100MHz以上 常用来产生高频正弦信号 一般在数百kHz以上 例如收音机和电视机中所需要的本机振荡 30 1 电路组成 一 变压器反馈式振荡电路 a 分立元件构成的振荡回路 uO f0 LC 选频回路 LF 反馈线圈 C1 隔直电容 防止L1将直流b e短路 什么是同名端 b 振荡回路线圈的接法 第三节LC正弦波振荡电路 31 2 选频网络的作用 f0 f LC并谐回路 回路的谐振频率为 当外加信号频率f f0时 产生并联谐振 此时回路的等效阻抗为纯阻性质 且阻抗最大 固有振荡频率 外加信号频率 振荡频率 第三节LC正弦波振荡电路 32 并联谐振频率 品质因数 回路损耗 Q值愈大 选频特性愈好 第三节LC正弦波振荡电路 33 3 振荡的建立与稳定 初始信号 选频放大 反馈电压 等幅正弦波振荡 第三节LC正弦波振荡电路 34 二 三点式振荡电路 电路演变 自耦变压器 第三节LC正弦波振荡电路 35 1 电路组成 反馈电压取自L2 1 电感三点式 哈特莱 L1 L2 C 选频回路 L2 反馈线圈 C1 隔直电容 防止L2将b e短路 C2 隔直电容 防止L1将C e短路 第三节LC正弦波振荡电路 36 方法一 瞬时极性法 3 振荡频率 方法二 简易判别法 2 相位条件 T L2 L1是同性电抗 又流过同一电流 所以电压相位相同 第三节LC正弦波振荡电路 37 2 电容三点式 考尔毕兹 反馈电压取自C2 L C1 C2 选频回路 C2 反馈电容 C3 隔直电容 防止L将C e短路 1 电路组成 C3作用 第三节LC正弦波振荡电路 38 2 相位条件 方法一 瞬时极性法 方法二 简易判别法 C2 C1是同性电抗 又流过同一电流 所以 电压相位相同 第三节LC正弦波振荡电路 39 4 优点 电容上取反馈电压 对于高次谐波的容抗小 反馈小 输出波形好 3 振荡频率 第三节LC正弦波振荡电路 40 T 电容三点式振荡电路 C b e 作业讨论 反馈电容 方法一 瞬时极性法 方法二 简易判别法 第三节LC正弦波振荡电路 41 3 改进型电容三点式振荡器 克拉泼 1 问题的提出 分布电容Ci CO与C1 C2并联做为总C的一部分影响f0 易受Ta等影响 影响了频率稳定度 2 改进方法 L支路串一小电容 第三节LC正弦波振荡电路 42 C总为CO C1 Ci C2与C三者串联 令C C1 CO C Ci C2 所以f0取决于C与L 消除了Ci CO对f0影响 提高了频率稳定度 第三节LC正弦波振荡电路 43 uO 由运放组成的克拉泼振荡电路 正反馈支路 负反馈支路 调节频率 反馈电容 第三节LC正弦波振荡电路 44 它与运动的被测金属体接近到一定距离时 不需直接接触 就能发出动作信号 三 应用举例 感应头 接线端 第三节LC正弦波振荡电路 一 晶体管接近开关电路 45 放大电路 T1 1 组成 线圈L1 L2 L3绕在同一磁芯上 组成感应头 输出线圈 L3 选频电路 L2 C2 反馈线圈 L1 变压器反馈式LC振荡电路 反馈线圈 输出线圈 振荡线圈 感应头 第三节LC正弦波振荡电路 46 当金属体逐渐接近感应头时 金属体因进入高频磁场而产生涡流 金属体内有能量消耗 当金属体接近到某一位置时 使振荡电路无法补偿金属体中的涡流损耗而被迫停振 L3上没有高频交流电压输出 T2就截止 此时UCE2 12V 耦合至T3的基极 T3饱和导通 继电器线圈KA通电动作 2 工作情况 当金属体远离感应头时 振荡电路维持振荡 L3上输出高频正弦波电压 经二极管D整流后 在R3上获得一直流电压 使T2饱和导通 T2的UCE2 0 耦合至T3的基极 使T3截止 因此 射极输出器无输出电压 接在输出端的继电器KA的线圈不通电 不动作 第三节LC正弦波振荡电路 47 可调 第三节LC正弦波振荡电路 二 电子琴电路 第四节石英晶体正弦波振荡电路 49 第四节石英晶体正弦波振荡电路 要求较高的场合均采用石英晶体振荡器 一 基本知识 2 石英晶体振荡器的结构 二氧化硅SiO2晶体 切片 敷金属膜并引出电极 装上外壳 1 频率相对偏移率 0 衡量频率稳定的程度 频率偏移量 0 振荡频率 50 第四节石英晶体正弦波振荡电路 结构示意图 3 符号 注意 石英晶体振荡器的标称频率是指接入规定的外接电容CL 负载电容 后的谐振频率 使用中需微调CL 51 第四节石英晶体正弦波振荡电路 4 石英晶体的主要特性 压电效应 两个电极上加交变电压 机械振动 产生交变电场 在电极上出现交变电压 当外加交变电压的频率与晶片本身固有振动频率相等时 机械振动的振幅和它产生的交流电压的幅值都会大幅度增加 晶片振动频率仅决定于晶片的外形 尺寸和切割方式 因此 频率稳定度高 52 第四节石英晶体正弦波振荡电路 1 并联晶体振荡电路 二 石英晶体正弦波振荡电路的构成 振荡频率由C1 C2 CL及晶体的等效电感L决定 但因C1 C2电容量比CL大得多 故主要取决于CL和晶体的振荡频率 将石英晶体等效为一个电感 与外电容构成电容三点式振荡器 53 第四节石英晶体正弦波振荡电路 2 串联晶体振荡电路 LC振荡电路 L C1 C2 C3 C4组成 由于C1 C2 C3 C4 故 0主要由L C3 C4决定 正反馈 由C1 C2分压并经晶体选频后送入集成运放的同相输入端 选频 石英晶体发生串联谐振 呈纯电阻特点 第四章正弦波振荡电路 小结 55 一 工作原理 一个过程 振荡建立和稳定过程 两个条件 平衡条件 起振条件 四个电路 放大 反馈 选频 稳幅 振幅条件AF 1 振幅条件AF 1 相位条件 相位条件 56 二 类型 RC桥式振荡器 RC串并联网络 同相比例运放 LC振荡器 变压器反馈式 反馈线圈取自变压器次级 电容三点式 振荡回路中有三个点 改进型电容三点式 L支路串小C 石英晶体振荡器 串联型 fs串谐 并联型 fs f fp呈感性 在三点式中做L 电感三点式 振荡回路中有三个点 57 三 相位条件判断 RC振荡器 RC串并联网络移相00 放大器移相3600