第五章正弦波振荡器报告PPT课件

.,1,第五章正弦波振荡器,5.1自激振荡的工作原理,5.2LC振荡器,5.3石英晶体振荡器,.,2,3.了解石英晶体振荡电路。,本章重点,正弦波振荡电路的振荡条件。,本章难点,1.理解正弦波振荡电路的工作原理、振荡条件。,2.掌握变压器耦合及三点式LC振荡电路的工作原理及振荡频率。,.,3,学时分配,.,4,正弦波振荡器,一、LC回路中的自由振荡,正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出不同频率正弦信号的自激振荡电路。,5.1自激振荡的工作原理,.,5,自由振荡电容通过电感充放电，电路进行电能和磁能的转换过程。,阻尼振荡因损耗等效电阻R将电能转换成热能而消耗的减幅振荡。,等幅振荡利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程。,这种等幅正弦波振荡的频率称LC回路的固有频率，记作f0,（5.1）,.,6,二、自激振荡的条件,1.相位平衡条件,反馈信号的相位与输入信号相位相同，即为正反馈，相位差是180的偶数倍。即=2n（5.2）,其中，为vf与vi的相位差，n是整数。vi、vo、vf的相互关系如图所示。,2.振幅平衡条件,反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。即（5.3）,.,7,自激振荡建立过程：电路接通电源瞬间，输入端产生瞬间扰动信号ui，振荡管V产生集电极电流iC，因iC具有跳变性，它包含着丰富的交流谐波。,三、自激振荡建立过程,自激振荡器：去掉信号源，把开关S和点“2”相连所组成的电路。,.,8,经LC并联电路选出频率为f0的信号，由输出端输出uo，同时通过反馈电路回送到输入端，经过放大、选频、正反馈、再放大不断地循环过程，将振荡由弱到强的建立起来。当信号幅度进入管子非线性区域后，放大器的放大倍数降低到时，振幅不再增加，自动维持等幅振荡。,.,9,（2）相位条件采用瞬时极性法，设V基极电位为“正”，根据共射电路的倒相作用，可知集电极电位为“负”，于是L同名端为“正”，根据同名端的定义得知，Lf同名端也为“正”，则反馈电压极性为“负”。显然，电路不能自激振荡。,例5.1判断电路能否产生自激振荡。,（1）振幅条件因V基极偏置电阻Rb2被反馈线圈Lf短路接地，使V处于截止状态，故电路不能起振。,解,图(b)：因隔直电容Cb避免了Rb2被反馈线圈Lf短路，同时反馈电压极性为“正”，电路满足振幅平衡和相位平衡条件，所以电路能产生自激振荡。,图(a)：,.,10,图中V为振荡放大管，电阻R1、R2、R3为分压式稳定工作点偏置电路，C1、C2为旁路电容，LC并联回路为选频振荡回路，L3-4为反馈线圈，L7-8为振荡信号输出端，电位器RP和电容C1组成反馈量控制电路。,5.2LC振荡器,一、变压器耦合式LC振荡器,1、电路特点：用变压器耦合方式把反馈信号送到输入端。,2、电路结构,.,11,3、工作原理,交流通路。对频率f=f0的信号，LC选频振荡回路呈纯阻性，此时和反相，即1=180。输出电压再通过反馈线圈L3-4，使4端为正电位，即与的2=180。于是，保证了正反馈，满足了相位条件。如果电路具有足够大的放大倍数，满足振幅条件，电路就能振荡。调节RP可改变输出幅度。,.,12,相位条件：当线圈1端电位为“”时，3端电位为“”，此时2端电位低于端而高于3端，即uf与uo反相，经倒相放大后，形成正反馈，即满足相位条件。,二、三点式LC振荡电路,电路特点：LC振荡回路三个端点与晶体管三个电极相连。,1.电感三点式振荡器,振幅条件：适当选择L和L的比值。使，满足振幅条件。电路就能振荡。,.,13,由于反馈电压uf取自L两端，故改变线圈抽头位置，可调节振荡器的输出幅度。L越大，反馈越强，振荡输出越大，反之，L2越小，反馈越小，不易起振。,优点：振荡频率很高，一般可达到几十兆赫；缺点：波形失真较大。,电路振荡频率为（5.5）,其中M是L与L之间的互感系数。,.,14,2.电容三点式振荡器,相位条件：当线圈1端电位为“”时，3端电位为“”。此电压经C1、C2分压后，2端电位低于1端而高于3端，即uf与uo反相，经V倒相放大后，使1端获“”电位，形成正反馈，满足相位条件。,振幅条件：适当的选择C、C的数值，使电路具有足够大的放大倍数，电路可产生振荡。,电路,交流通路,电路振荡频率为（5.6）,而,电路特点：频率较高，可达100MHz以上。优点：输出波形好。缺点：调节频率不方便。,.,15,3.改进的电容三点式振荡器,这样，振荡频率f0与C1、C2、Ci、Co基本无关，只取决于C3和L。振荡频率为,（5.7）,Ci和Co分别是三极管的输入和输出电容，其数值随温度而变化，直接影响LC回路的振荡频率。取，以减小Ci和Co对振荡频率的影响，提高其稳定性。,由于C1、C2的增大，会导致Q值下降，且调节振荡频率时，必须同时改变C1、C2，实属困难。为此，在LC回路中的电感支路串入一小电容C3，得到改进的电容三点式振荡器。,取,优点：振荡波形好，频率比较稳定。,缺点：调节C3时，输出信号幅度会随频率增大而降低。,.,16,.,17,石英晶体谐振器是在晶片的两个对面上喷涂一对金属极板，引出两个电极，加以封装所构成。,5.3石英晶体振荡器,电路特点：频率稳定度高，可达1010量级。,一、石英晶体的基本特性及其等效电路,.,18,压电效应：晶片在电压产生的机械压力下，其表面电荷的极性随机械拉力而改变的一种现象。,压电谐振：外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，回路发生串联谐振，电流振幅最大的一种现象。产生压电谐振时的振荡频率称晶体谐振器的谐振频率。,.压电效应,.,19,当晶体不振动时，可用静态电容C0来等效，一般约为几个皮法到几十皮法；当晶体振动时，机械振动的惯性可用电感L来等效，一般为10-310-2H；晶片的弹性可用电容C来等效，一般为10-210-1pF；晶片振动时的损耗用R来等效，阻值约为102。由可知，,2.符号和等效电路,品质因数Q很大，可达104106。加之晶体的固有频率只与晶片的几何尺寸有关，其精度高而稳定。所以，采用石英晶体谐振器组成振荡电路，可获得很高的频率稳定度。,.,20,由于CC0，因此s和P两个频率非常接近。,石英谐振器在s和P之间为感性，在此区域之外为容性。,3.电抗频率特性,(1)当L、C、R支路串联谐振时，等效电路的阻抗最小，串联谐振频率为,(2)当等效电路并联谐振时，并联谐振频率为,它有两个谐振频率：,.,21,振荡频率在晶体谐振器的fS与fP之间。由于回路电容是C1和C2串联后与Co并联，再与C串联，则回路电容为。,二、石英晶体振荡电路,1.并联型晶体振荡电路,振荡回路由C1、C2和晶体组成。其中，晶体起电感L的作用。等效电路：,振荡回路的谐振频率为：,由于，则谐振频率近似为,可见，振荡频率基本上取决于晶体的固有频率fS。故其频率稳定度高。,.,22,晶体与电阻R串联构成正反馈电路。当振荡频率等于晶体的固有频率fS时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，电路满足自激振荡条件而振荡，其振荡频率为f0=fS。否则不能振荡。调节电阻R可获得良好的正弦波输出。,2.串联型晶体振荡电路,.,23,5.4用集成运算放大器组成的振荡电路,L和C构成选频网络与电阻R3组成正反馈支路；R1和R2组成负反馈支路。当电源接通后，集成运放输出信号经选频网络选出频率为的信号从同相端输入，形成正反馈。输出端可输出频率较高的正弦波振荡信号，其信号幅度由电位器R3调节。,.,24,本章小结,1.电路产生自激振荡必需同时满足相位平衡条件和振幅平衡条件。具体判别的关键为：电路必需是一个具有正反馈的正常