RC正弦波振荡电路的振荡频率与R.ppt

第六章正弦波振荡电路 8 1正弦波振荡电路的基本原理 8 2RC桥式正弦波振荡电路 8 3LC正弦波振荡电路 8 4石英晶体振荡电路 8 5正弦波振荡电路工程应用技术 6 1 1 振荡的条件 只有正反馈电路才能产生自激振荡 6 1正弦波振荡电路的基本原理 反馈信号代替了放大电路的输入信号 Xd Xf 所以 自激振荡条件也可以写成 自激振荡的条件 1 振幅条件 动画演示 6 1 2 振荡的物理过程 起振条件 结果 产生增幅振荡 略大于 1 被动 器件非线性2 主动 在反馈网络中加入非线性稳幅环节 用以调节放大电路的增益 稳幅过程 起振时 稳定振荡时 稳幅措施 接通电源后 各种电扰动 放大 选频 正反馈 再放大 再正反馈 振荡器输出电压 器件进入非线性区 稳幅振荡 过程 1 放大电路2 正反馈网络3 选频网络 只对一个频率满足振荡条件 从而获得单一频率的正弦波输出 常用的选频网络有RC选频和LC选频4 稳幅电路 使电路易于起振又能稳定振荡 波形失真小 6 1 3 正弦波振荡电路的组成 6 1 4 正弦波振荡电路的分析方法 一 判断电路能否产生正弦波1 检查电路中是否存在放大电路 正反馈网络 选频网络 稳幅环节 2 检查放大电路能否正常工作 即能否建立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了正反馈 即是否满足相位平衡条件 二 计算振荡频率 求起振条件 由维持振荡的条件 可知 为实数 因此只要令复数表示式的虚部等于零 对频率求解 即可求得振荡频率 将振荡频率代入起振条件 可求出满足起振条件的有关电路参数值 即常用的以电路参数表示的起振条件 二 计算振荡频率 求起振条件 6 1 5 正弦波振荡电路与负反馈放大电路自激的比较 反馈极性不同 引入正反馈 产生自激振荡 引入负反馈 改善电路性能 电路结构保证正反馈存在 电抗元件使负反馈变正 利用自激振荡 避免自激振荡 振荡条件不同 目的不同 6 2RC桥式正弦波振荡电路 6 2 1 RC串并联选频网络 R1C1串联阻抗 R2C2并联阻抗 选频特性 通常R1 R2 R C1 C2 C 则有 因为式中 2 f 0 2 f0 f0 arctg RC串并联网络完整的频率特性曲线 当时 F F max 1 3 6 2 2 基本电路形式及振荡的建立过程 在f0处 1 满足相位条件 因为 AF 1 只需 A 3 2 振幅条件 引入负反馈 选 RC桥式正弦波振荡电路 3 起振条件 4 稳幅措施 起振时Rt较大使A 3 易起振 当uo幅度自激增长时 Rt减小 A减小 当uo幅度达某一值时 A 3 当uo进一步增大时 RT再减小 使A 3 因此uo幅度自动稳定于某一幅值 能自动稳幅的振荡电路 起振时D1 D2不导通 Rf1 Rf2略大于2R1 随着uo的增加 D1 D2逐渐导通 Rf2被短接 A自动下降 起到稳幅作用 将Rf分为Rf1和Rf2 Rf2并联二极管 EWB演示 RC振荡器 K 双联波段开关 切换R 用于粗调振荡频率 C 双联可调电容 改变C 用于细调振荡频率 五 振荡频率的调节 RC正弦波振荡电路的振荡频率与R C的乘积成反比 如果希望它的振荡频率较高 势必要减小R和C的数值 例如 若RC桥式正弦波振荡电路中的R 1k C 200pF 则振荡频率为f 796kHz 如果希望获得更高的振荡频率 那么还应再减小R和C 而减小R将使放大电路的负载加重 减小C也不能超过一定的限度 否则振荡频度将受寄生电容的影响而不稳定 因此 RC桥式正弦波振荡电路的振荡频率多在几百kHz以下 如果希望产生更高频率的正弦信号 可采用下面介绍的LC正弦波振荡电路 6 RC正弦波振荡电路的适用范围 6 3 1 LC并联谐振回路 LC并联谐振特点 谐振时 总路电流很小 支路电流很大 电感与电容的无功功率互相补偿 电路呈阻性 R为电感和回路中的损耗电阻 6 3LC正弦波振荡电路 Z L r L 电路发生并联谐振 其谐振角频率为 Q为谐振回路的品质因数 Q值越大 曲线越陡越窄 选频特性越好 谐振时LC并联谐振电路相当一个大电阻 LC并联谐振回路的幅频特性曲线 Z arctg 互感线圈的极性判别 初级线圈 次级线圈 同名端 在LC振荡器中 反馈信号通过互感线圈引出 同名端 6 3 2 变压器反馈式LC振荡电路 工作原理 三极管共射放大器 利用互感线圈的同名端 满足相位条件 振荡频率 判断是否是满足相位条件 相位平衡法 断开反馈到放大器的输入端点 假设在输入端加入一正极性的信号 用瞬时极性法判定反馈信号的极性 若反馈信号与输入信号同相 则满足相位条件 否则不满足 LC正弦波振荡器举例 满足相位平衡条件 LC正弦波振荡器举例 振荡频率 满足相位平衡条件 仍然由LC并联谐振电路构成选频网络 6 3 3 电感三点式LC振荡电路 原理 uf与uo反相 uf与uo同相 电感三点式 电容三点式 uf与uo反相 uf与uo同相 电感三点式LC振荡电路 振荡频率 6 3 4 电容三点式LC振荡电路 振荡频率 例 试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件 Q值越高 选频特性越好 频率越稳定 6 4石英晶体振荡电路 频率稳定度一般由来衡量 频率偏移量 振荡频率 LC振荡电路Q 几百 石英晶体振荡电路Q 10000 500000 6 4 1 石英晶体的特性及等效电路 一 结构及压电效应 极板间加电场 极板间加机械力 交变电压 机械振动的固有频率与晶片尺寸有关 稳定性高 当交变电压频率 固有频率时 振幅最大 二 石英晶体的等效电路 等效电路 1 串联谐振 三 电抗特性 晶体等效纯阻且阻值 0 2 并联谐振 通常 所以 6 4 2 石英晶体正弦波振荡电路 利用石英晶体的高品质因数的特点 构成LC振荡电路 1 并联型石英晶体振荡器 石英晶体工作在fs与fp之间 相当一个大电感 与C1 C2组成电容三点式振荡器 由于石英晶体的Q值很高 可达到几千以上 所以电路可以获得很高的振荡频率稳定性 2 串联型石英晶体振荡器 石英晶体工作在fs处 呈电阻性 而且阻抗最小 正反馈最强 相移为零 满足振荡的相位平衡条件 对于fs以外的频率 石英晶体阻抗增大 且相移不为零 不满足振荡条件 电路不振荡 例 分析下图的振荡电路能否产生振荡 若产生振荡 石英晶体处于何种状态 6 5正弦波振荡电路工程应用技术 1电路形式的选择 6 5 2 有源器件的选用 双极型三极管 场效应管 集成运放 6 5 3 振荡管工作点的选定 将静态工作点选定在靠近截止区 6 5 4 振荡信号输出方式的选择 在振荡电路与负载之间加隔离和缓冲电路 尽可能从低阻抗点取信号 6 5 5 典型故障的分析和处理 本章小结 2 正弦波振荡电路主要有RC振荡电路和LC振荡电路两种 RC振荡电路主要用于中低频场合 LC振荡电路主要用于高频场合 石英晶体振荡电路是一种特殊的LC振荡电路 其特点是具有很高的频率稳定性 3 当运放开环工作或引入正反馈时 运放工作在非线性状态 其