电工技术第4章.ppt

第4章正弦波振荡电路,4.1正弦波振荡电路的基础知识4.2RC正弦波振荡电路4.3LC正弦波振荡电路4.4石英晶体正弦波振荡电路,4.1正弦波振荡电路的基础知识,4.1.1自激振荡现象一般放大电路，输入端加一输入信号后才有输出信号。如果放大电路的输入端不外加信号，而放大电路输出端仍然有一定频率和幅度的输出信号存在，这种现象称为放大电路的自激振荡。在放大电路中，若有自激存在，则放大电路将不能正常工作，应尽量避免自激现象的发生；而在振荡电路中，则是利用自激振荡现象来产生一定频率和幅度的输出电压信号，如图4-1所示。,下一页,返回,4.1正弦波振荡电路的基础知识,4.1.2自激振荡形成的条件可以借助图4-2所示的方框图来分析正弦波振荡形成的条件。由此可见，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，而。可得（4.1）4.1.3正弦波振荡的形成过程为了能得到所需要频率的正弦波信号，必须增加选频网络，只有在选频网络中心频率上的信号才能通过，其他频率的信号被抑制，在输出端就会得到如图4-3的ab段所示的起振波形。,上一页,下一页,返回,4.1正弦波振荡电路的基础知识,4.1.4振荡电路的组成放大电路：提供足够的电压放大倍数，以满足振荡的幅值条件。正反馈网络：它将输出信号以正反馈形式引回到输入端，以满足振荡的相位条件。选频网络：若干不同频率选出其中一个特定频率信号。稳幅环节：一般利用放大电路中三极管或运放本身的非线性，可将输出波形稳定在某一幅值。其中选频网络往往与反馈网络合一为一；振荡电路中的稳幅环节，在分立元件放大电路中常依靠放大电路中晶体管的非线性作用实现，而不另加稳幅电路。根据选频网络组成元件的不同，正弦波振荡电路通常分为RC振荡电路、LC振荡电路和石英晶体振荡电路。,上一页,返回,4.2RC正弦波振荡电路,4.2.1RC串并联选频电路的选频特性RC串并联网络由R2和C2并联后与R1和C1串联组成，如图4-4所示。设R1、C1的串联阻抗用Z1表小，R2和C2的并联阻抗用Z2表示，则输出电压U2与输入电压U1之比为RC串并联网络传输系数：,下一页,返回,4.2RC正弦波振荡电路,在实际电路中取C1=C2=C，R1=R2=R，则上式可简化为其模值：相角：令即（4.6）,上一页,下一页,返回,4.2RC正弦波振荡电路,根据上式可作出RC串并联网络频率特性如图4-5所示。4.2.2桥式RC振荡电路RC桥式振荡电路如图4-6所示。在图4-6中，集成运放组成一个同相放大器，它的输出电压u。作为RC串并联网络的输入电压，而将RC串并联网络的输出电压作为放大器的输入电压，当f=f0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，而对于其他频率的信号，RC串并联网络的相位移不为零，不满足相位平衡条件。,上一页,下一页,返回,4.2RC正弦波振荡电路,4.2.3RC移相式振荡电路电路如图4-7所示，图中反馈网络由二节RC移相电路构成。由于集成运算放大器的相移为180o，为满足振荡的相位平衡条件，要求反馈网络对某一频率的信号再移相180o，图4-7中RC构成超前相移网络。在图4-7所示的电路中，采用二节RC超前相移网络，二节相移网络对不同频率的信号所产生的相移是不同的，但其中总有某一个频率的信号通过此相移网络产生的相移刚好为1800，满足相位平衡条件而产生振荡，该频率即为振荡频率f0，即,上一页,返回,4.3LC正弦波振荡电路,4.3.1变压器反馈式振荡电路1.电路组成变压器反馈式LC振荡电路如图4-8所示。它是由放大器、选频网络和反馈网络组成的正弦波振荡电路，选频网络是由LC并联电路组成，反馈网络是由变压器绕组来实现的，因此称为变压器反馈式振荡电路。2.振荡条件(1)相位平衡条件为了满足相位平衡条件，变压器初、次级之间的同名端必须正确连接。电路振荡时f=f0，LC回路的谐振阻抗是纯电阻性，由图中L1及L2同名端可知，反馈信号与输出电压极性相反，即。于是，保证了电路的正反馈，满足振荡的相位平衡条件。,下一页,返回,4.3LC正弦波振荡电路,4.3.2三点式振荡电路1.电感三点式振荡电路图4-9所示为电感三点式振荡电路，又称哈特莱振荡电路。(1)相位条件设基极瞬时极性为正，由于放大器的倒相作用，集电极电位为负，与基极相位相反，则电感的3端为负，2端为公共端，1端为正，各瞬时极性如图4-9所示。反馈电压由1端引至三极管的基极，故为正反馈，满足相位平衡条件。(2)幅度条件当满足的条件时，电路便可起振。,上一页,下一页,返回,4.3LC正弦波振荡电路,(3)振荡频率（4.7）2.电容三点式振荡电路电容三点式LC振荡电路又称为考毕兹振荡电路，如图4-10所示。(1)相位条件与分析电感反馈式振荡电路相位条件的方法相同，该电路也满足相位平衡条件。(2)幅度条件(3)振荡频率,上一页,下一页,返回,4.3LC正弦波振荡电路,3.串联改进型电容反馈式LC振荡电路串联改进型电容反馈式LC振荡电路又称克拉泼振荡电路，如图4-11所示。4.3.3应用举例半导体接近开关是一种无触点开关，如图4-12所示，具有反应速度快、定位准确、寿命长等优点。它在行程控制、定位控制、自动计数以及各种报警电路中得到广泛应用。,上一页,返回,4.4石英晶体正弦波振荡电路,4.4.1石英晶体的谐振特性与等效电路石英晶体谐振器是晶振电路的核心元件，其结构和外形如图4-13所示。石英晶体谐振器是从一块石英晶体上按确定的方位角切下的薄片，这种晶片可以是正方形、矩形、圆形或音义形的，然后将晶片的两个对应表面上涂敷银层，并装上一对金属板，接出引线，封装于金属壳内。图4-14所示为石英晶体在电路中的符号和等效电路。图4-15所示为石英晶体谐振器的电抗一频率特性。,下一页,返回,4.4石英晶体正弦波振荡电路,由图4-15可知，它具有两个谐振频率，一个是L、C、R支路发生串联谐振时的串联谐振频率fs，另一个是L、C、R支路与Co支路发生并联谐振时的并联谐振频率弃，由图4-14(b)所示的等效电路得,上一页,下一页,返回,4.4石英晶体正弦波振荡电路,4.4.2石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路可以归结为两类，一类为并联型，另一类为串联型。前者的振荡频率接近于fp后者的振荡频率接近于fs，分别介绍如下。图4-16所示为并联型石英晶体振荡电路。当f0在fsfp的窄小的频率范围内时，晶体在电路中起一个电感作用，它与C1、C2组成电容反馈式振荡电路。可见，电路的谐振频率f0应略高于fs，C1、C2对fo的影响很小，电路的振荡频率由石英晶体决定，改变C1、C2的值可以在很小的范围内微调f0。图4-17所示为串联型石英晶体振荡电路。,上一页,返回,图4-1自激振荡现象,返回,图4-2反馈放大电路,返回,图4-3正弦波振荡形成过程波形,返回,图4-4RC串并联选频电路,返回,图4-5RC串并联网络的频率特性,返回,图4-6RC桥式正弦波振荡电路,返回,图4-7RC超前型移相式振荡电路,返回,图4-8变压器反馈式LC正弦波振荡电路,返回,图4-9电感三点式LC振荡电