正弦波振荡电路的基础知识(ppt 57页).ppt

7 1正弦波振荡电路的基础知识7 2R 正弦波振荡电路7 3LC正弦波振荡电路7 4石英晶体正弦波振荡电路7 5集成函数发生器8038简介本章小结 第7章波形发生电路 7 1正弦波振荡电路的基础知识7 1 1自激振荡现象及其振荡条件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7 1所示 图7 1自激振荡现象 2 自激振荡形成的条件振荡电路的方框图如图7 2所示 图7 2振荡电路的方框图 由图可得 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 7 1 1 反馈信号与输入信号大小相等意味着即 1 7 2 称为幅度平衡条件 2 反馈信号与输入信号相位相同意味着输入信号经过放大电路产生的相移和反馈网络的相移之和为即 n 0 1 2 3 7 3 称为相位平衡条件 7 1 2起振和稳幅在起振阶段的幅度条件应为 7 4 稳幅后的幅度平衡条件为 7 1 3基本组成部分 1 放大电路 2 反馈网络 3 选频网络 4 稳幅环节 7 1 4分析方法判断能否产生正弦波振荡的一般方法和步骤是 1 检查基本组成部分 即是否有放大电路 反馈网络和选频网络等 2 在合适的地方将振荡电路断开 使之成为放大电路和反馈网络 如图7 3所示 图7 3正弦振荡电路的分析示意图 3 放大电路是否具有放大作用 例如放大电路的结构是否合理 静态工作点是否合适等 4 分析是否满足相位平衡条件 5 分析是否满足幅值条件 思考题自激振荡的条件是什么 一个正弦波振荡电路应该由哪几部分组成 返回 7 2RC正弦波振荡电路7 2 1RC串并联网络的频率特性RC串并联网络如图7 4所示 图7 4RC串并联网络 由图可知 在实际电路中取C1 C2 C R1 R2 R 则式可简化为 RC串并联网络频率特性如图7 5所示 图7 5RC串并联网络的频率特性 当f f0时 电压传输系数最大 即F 1 3 相角为零 即 此时 输出电压与输入电压同相位 当时 F 1 3 且 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 7 2 2RC桥式振荡电路的组成及原理1 电路组成RC桥式振荡电路如图7 6所示 图7 6RC桥式正弦波振荡电路 2 振荡条件当 0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 由于RC串并联网络在 0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 只要适当选择Rf与R1的比值 就能实现Au 3的要求 思考题为什么说RC串并联网络具有选频特性 RC桥式振荡器是如何稳幅的 返回 7 3LC正弦波振荡电路7 3 1变压器反馈式LC正弦波振荡电路1 电路组成电路如图7 7所示 图7 7变压器反馈式LC正弦波振荡电路 2 振荡条件利用瞬时极性法的 来表示这种简单的相位关系 如图7 7各点标注所示 LC正弦波振荡电路起振的幅值条件是 只要变压器的变比设计恰当 三极管和变压器原 副边绕组之间的互感等参数合适 一般都可满足幅值条件 3 振荡频率 7 8 7 3 2电感三点式正弦波振荡电路1 电路组成电路如图7 8 a 所示 图7 8 a 电感三点式正弦波振荡电路 由于这种LC并联电路中的电感有 首端 中间抽头和 尾端 三个端点 因此这种电路被称为电感三点式正弦波振荡电路 2 振荡条件采用瞬时极性法可知该电路满足相位平衡条件 电感三点式正弦波振荡电路的幅值条件是容易满足的 只需要LC并联电路的Q值和三极管的值不是太低 而且LC并联电路谐振时的阻抗在几千欧姆以上 因此只要满足相位条件 即可起振 3 振荡频率 7 9 其中 是谐振回路的等效电感 即 1 2 7 10 式中的M是绕组N1与N2之间的互感 7 3 3电容三点式正弦波振荡电路1 电路组成电路如图7 9所示 图7 9电容三点式正弦波振荡电路 2 振荡条件图7 9中已用 和 标出了 和的相位关系 可与都为 表示它们同相 说明满足相位平衡条件 只要电路参数合适 它也可满足幅值条件 3 振荡频率 电容三点式改进电路如图7 10所示 图7 10电容三点式改进型正弦波振荡电路 7 13 式中的可由下式求出 在选取电容参数时 可使C1 C 且C2 C 因此 7 13 式可变为 7 14 思考题总结三点式振荡器的电路连接规律 说明振荡条件的判断方法 返回 7 4石英晶体正弦波振荡电路7 4 1石英晶体的基本知识1 石英晶体谐振器的结构图7 11是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图 图7 11石英晶体结构示意图 2 压电效应若在石英晶体的两个电极上加一个电场 晶片就会产生机械变形 反之 若在晶片的两侧施加机械压力 则在晶片相应的方向上产生电场 这种物理现象称为压电效应 如果在晶片的两极上加一个交变电压 晶片就会产生机械振动 同时晶片的机械振动又会产生交变电场 在一般情况下 晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小 但当外加交变电压的频率为某一特定值时 振幅明显加大 比其他频率下的振幅大得多 这种现象称为压电谐振 图7 12石英晶体的符号 等效电路 3 符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图7 12所示 当晶体不振动时 可把它看成一个平板电容器 0 称为静电电容 0的大小与晶片的几何尺寸 电极面积有关 一般约几个皮法到几十皮法 当晶体振荡时 机械振动的惯性可用电感L来等效 一般L的值为几十毫亨至几百亨 晶片的弹性可用电容C来等效 C的值很小 一般只有0 0002 0 1pF 晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效 它的数值约为100 由于晶片的等效电感很大 而C很小 R也小 因此回路的品质因数Q很大 可达104 106 加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切方式 几何形状 尺寸有关 而且可以做得很精确 因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高频率稳定度 4 谐振频率从石英晶体谐振器的等效电路可知 它有两个谐振频率 即 1 当L C R支路发生串联谐振时 它的等效阻抗最小 等R 串联谐振频率为 7 15 2 当频率高于时 L C R支路呈感性 可与电容C0发生并联谐振 并联谐振频率为 7 16 由于C C0 因此fs和fp非常接近 石英晶体的电抗 频率特性曲线如图7 12 c 所示 图7 12 c 石英晶体的电抗频率特性 设R 0 可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联谐振频率fp时 石英晶体都呈容性 仅在fs f fp狭窄的范围内 石英晶体呈感性 7 4 2石英晶体正弦波振荡电路1 并联型石英晶体正弦波振荡电路电路如图7 13所示 图7 13并联型石英晶体正弦波振荡电路 2 串联型石英晶体正弦波振荡电路利用fs fp时石英晶体呈纯阻性 相移为零的特性构成正弦波振荡电路 如图7 14所示 图7 14串联型石英晶体正弦波振荡电路 思考题石英晶体具有什么特性 石英晶体振荡电路的优点是什么 返回 7 5集成函数发生器8038简介7 5 18038的工作原理8038能输出方波 三角波 正弦波和锯齿波等四种不同的波形 其内部原理电路框图如图7 15所示 图7 158038的原理电路框图 7 5 28038的典型应用8038管脚排列如图7 16所示 图7 168038管脚图 顶视图 由图7 16可见 管脚8为调频电压控制输入端 管脚7输出调频偏置电压 其值 指管脚6与7之间的电压 是 VCC VEE 5 它可作为管脚8的输入电压 此外 该器件的方波输出端为集电极开路形式 一般需在正电源与9脚之间外接一个电阻 其值常选用10k 左右 如图7 17所示 图7 178038接成波形发生器 当电位器RP1动端在中间位置 并且图中管脚8与7短接时 管脚9 3和2的输出分别为方波 三角波和正弦波 电路的振荡频率f约为 调节RP1 RP2可使正弦波的失真达到比较理想的程度 思考题试利用8038接成图7 17电路 用示波器测试8038的3个端输出的波形 返回 本章小结1 本章介绍的正弦波振荡电路是利用选频网络通过正反馈产生自激振荡的 它的相位平衡条件是 幅值平衡条件是 2 正弦波振荡电路一般有放大 反馈 选频和稳幅四个基本组成部分 按构成选频网络的元件不同 正弦波振荡电路可分为RC LC 包括石英晶体 两大类 3 RC正弦波振荡电路的振荡频率较低 在常用的RC串并联式正弦波振荡电路中当R1 2 C1 2 C时 它的振荡频率是幅度平衡条件要求它的A 3 相位平衡条件要求它的 0 LC正弦波振荡电路可产生频率很高的正弦波 它的电路一般由分立元件组成 LC正弦波振荡电路有变压器反馈式 电感三点式和电容三点式三种 它们的振荡频率由谐振回路决定 即f0 LC正弦波振荡电路的幅值条件容易满足 关于相位条件分析有以下几点值得注意 1 对于谐振频率 LC谐振回路的阻抗呈纯阻性 2 变压器原边绕组和副边反馈绕组通常各有一端交流接地 其余两个端点若互为同名端则相位相同 否则相位相反 3 电感三点式正弦波振荡电路中电感中间抽头的交流瞬时电位一定在 首 尾 两端点的瞬时电位之间 电容三点式正弦波振荡电路的情况与之类似 5 石英晶体发生串联