chapter10 正弦波振荡电路_part2new

正弦波振荡器的分类 变压器耦合反馈式 电感反馈式 电感三点式 电容反馈式 电容三点式 LC振荡器 石英晶体振荡器 上次课内容 振荡的基本原理两种RC振荡电路RC移相振荡器RC选频振荡器 反馈信号代替了放大电路的输入信号 一 振荡的基本原理 起始信号的产生 在电源接通时 会在电路中激起一个微小的扰动信号 它是个非正弦信号 含有一系列频率不同的正弦分量 起振 平衡 反馈振荡器的振荡过程 起振条件 相位起振条件 幅度起振条件 平衡条件 振幅平衡条件 相位平衡条件 一 RC超前移相网络振荡器 满足相位平衡条件 二 RC选频振荡器 图10 20RC串并联网络 图10 22文氏电桥振荡器 满足相位平衡条件 瞬时极性法判别相位条件 所谓相位条件即电路中必须引入正反馈 故正弦波振荡电路能否满足相位条件即是判断电路中是否引入了正反馈 瞬时极性判别方法 输入信号和反馈信号在三极管的同一极 输入信号和反馈信号的瞬时极性相同为正反馈 反之为负反馈 RC选频网络 RC选频网络中的输入与输出极性相同 起振及稳定振荡的幅度条件 稳定振荡条件 AuF 1 F 1 3 则 起振条件 AuF 1 因为 F 1 3 则 即 即 具有负温度系数的半导体热敏电阻 带稳幅环节的电路 1 稳幅过程 具有正温度系数的半导体热敏电阻 带稳幅环节的电路 2 稳幅过程 uo T R1 振荡幅度较小时正向电阻大 振荡幅度较大时正向电阻小 利用二极管的正向伏安特性的非线性自动稳幅 稳幅环节 带稳幅环节的电路 3 本次课内容 石英晶体振荡器 变压器耦合反馈式 电感反馈式 电感三点式 电容反馈式 电容三点式 LC振荡器 10 3 1变压器耦合反馈式振荡器 图10 23三种不同接法的变压器耦合反馈式振荡器 互为同名端的相位相同 互为异名端的相位相反 变压器上绕组的相位关系 共射组态 正反馈 正反馈 共基组态 正反馈 共基组态 补充 三点式振荡器 X1 X2 X3组成并联LC谐振网络 谐振网络中的三个引出点分别接至三极管的三个极 因此称为三点式振荡器 讨论 X1 X2 X3放置何种电抗元件 才能满足相位条件 为了满足相位条件 Uf与UO呈反相关系 X2 X3代表的电抗元件极性必须相反 即一个为电容 则另一个必为电感 谐振时 LC回路呈现纯电阻特性 即 X1 X2 X3 0 因此 X2 X3 X1 带入上式 X1与X3的电抗特性相同 射同基反 射极接的是相同性质的电抗元件 基极接的是相反性质的电抗元件 判断三点式振荡电路是否满足相位条件 X1与X3的电抗特性相同 X2与X3的电抗特性不同 三点式 电容反馈式振荡器 电感反馈式振荡器 电容反馈式振荡器 电感反馈式振荡器 10 3 2电容三点式振荡器电路 电容反馈式振荡电路 共射 CE 组态共基 CB 组态 放大电路 反馈网络 反馈电压取自C2 选频电路 一 电容三点式振荡电路 CE 共射电容三点振荡器 1 画出该振荡器的交流等效电路 判断其电路类型 2 振荡频率 3 反馈系数 二 电容三点式振荡器 CB 1 画出该振荡器的交流等效电路 判断其电路类型 Re0是考虑实际LC回路具有损耗而添加的电阻 2 求该振荡器的工作角频率 3 求反馈系数F 10 3 3电感三点式振荡器电路 图3 12电感三点式振荡器电路 在fT fg条件下 晶体管极间电容的影响可忽略不计 振荡器的工作频率 3 2 10 b 交流通路 10 4石英晶体振荡器 10 4 1关于振荡频率的几个指标 1 频率的准确性 2 频率的稳定性 测量值 设计值 10 4 2石英谐振器的物理特性和电特性1 石英谐振器的物理特性石英晶体是SiO2的天然晶体 图3 31晶体的形状及横断面 a 晶体外形 b 横断面 图10 29石英谐振器的结构 1 具有正压电效应正压电效应是指在晶体片两个侧面上施加压力时 晶体片就会产生机械变形 与此同时 在它的表面上还会产生异性电荷 正压电效应是将机械能转变为电能 反压电效应 电致伸缩 是指在晶体片两个表面上施加电压E 晶体会产生机械变形 如延伸 当电压的极性相反时 晶体就会收缩 反压电效应把电能转换成机械能 2 具有反压电效应 当外加电压频率等于晶体的固有频率时 振动幅度最大 称为谐振 晶体是一种具有谐振性能的换能器 因此称为石英谐振器 4 具有各向异性石英晶体的性能各个方向不同 3 物理特性和化学特性及其稳定石英晶体机械振动频率的稳定性非常好 受外界影响小 5 具有多模性石英谐振器是一个频率极其丰富的谐振系统 谐振频率不仅有基音 还有泛音 晶体振荡器都是利用晶体的基音或奇次泛音 3 5 7次泛音 而不用偶次泛音 因为只有基音和奇次泛音才能有效的取出晶体表面上的电压 图10 30石英晶体的等效电路和电抗特性 a 晶体符号 b 某振动模式的电等效电路 2 石英谐振器的电特性 a b 频率丰富的谐振系统 支架电容 无谐振时的固有电容 模拟基音谐振 模拟三次泛音谐振 图10 18某一频率等效电路 忽略rq 等效电路两端电抗 式中 晶体的串联谐振角频率 晶体的并联谐振角频率 失谐支路 近似开路 图10 30 c 某一频率等效电路 d 电抗特性 感性 容性 容性 发生串联谐振 电抗为0 为纯电阻 相移为0 晶体用短路线代替 晶体表现为感性 可等效为一个电感 其值约为10 3量级 10 4 3串联型石英晶体振荡器 串联型石英晶体振荡器把石英晶体用作选频短路线 晶体接在正反馈回路中 当振荡器的工作频率 g等于晶体的串联谐振频率 s时 晶体谐振器的阻抗近似为零 正反馈最强 图10 31串联型晶体振荡器 振荡器的工作频率为 10 4 4并联型石英晶体振荡器 并联型石英晶体振荡器把石英晶体用作电感元件 振荡器的工作频率满足 图10 32并联型石英晶体振荡器 a 原理电路 b 交流通路 负载电容