正弦波振荡电路

1、正弦波振荡电路正弦波振荡电路振荡器：振荡器：信号产生电路信号产生电路分类：分类：正弦波振荡正弦波振荡非正弦波振荡：非正弦波振荡：RC 振荡器振荡器( (1 kHz 数百数百 kHz) )LC 振荡器振荡器( (几百几百 kHz 以上以上) )石英晶体振荡器石英晶体振荡器( (频率稳定度高频率稳定度高) )方波、方波、 三角波、三角波、锯齿波等锯齿波等主要性主要性能要求：能要求：输出信号的输出信号的幅度幅度准确稳定准确稳定输出信号的输出信号的频率频率准确稳定准确稳定一、振荡的概念一、振荡的概念1. 自激振荡现象自激振荡现象当扩音器的音量开得太大时，会引起一阵刺耳的哨叫声。当扩音器的音量开得太大时

2、，会引起一阵刺耳的哨叫声。 图图1 扩音系统中的电声振荡扩音系统中的电声振荡 这种现象是由于当扬声器靠近话筒时，来自扬声器这种现象是由于当扬声器靠近话筒时，来自扬声器的声波激励话筒，话筒的声波激励话筒，话筒感应电压感应电压，输入放大器，然后扬，输入放大器，然后扬声器又把放大了的声音再送回话筒，形成声器又把放大了的声音再送回话筒，形成正反馈正反馈。如此。如此反复循环，就形成了声电和电声的自激振荡哨叫声。反复循环，就形成了声电和电声的自激振荡哨叫声。 放大电路在放大电路在没有输入信号的情况下有输出信号，没有输入信号的情况下有输出信号，即即产生了自激振荡。产生了自激振荡。2. 产生正弦波自激振荡的条

3、件产生正弦波自激振荡的条件（1）振荡条件）振荡条件放大器放大器反馈网络反馈网络UiAuFuUoUfRL微弱的电扰动中，某一频微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。大，则产生正弦振荡。;ioUUAu ;ofUUFu 1 uuFA 振幅平衡条件振幅平衡条件2 FAAFn 相位平衡条件相位平衡条件n = 0, 1, 2, 1 uuFA合闸瞬间电流突变合闸瞬间电流突变在电路处在稳定工作状态，没有输入情况下，维持在电路处在稳定工作状态，没有输入情况下，维持 不不变，就必须：变，就必须：ifUU0U 振幅平衡条件振幅平衡条件2 FAAFn 相位平衡条件相位平

4、衡条件n = 0, 1, 2, 1 uuFA振幅平衡条件：说明反馈信号与输入信号幅值要相等振幅平衡条件：说明反馈信号与输入信号幅值要相等 相位平衡条件：说明反馈信号与输入信号同相相位平衡条件：说明反馈信号与输入信号同相（2）起振条件起振条件起振条件起振条件 2AFn 1 AF iouuAu ofuuFu 放大器放大器Au反馈网络反馈网络FuUoUfUiuf 起振起振稳幅稳幅起振时反馈信号比输入信号幅值要大起振时反馈信号比输入信号幅值要大3. 自激式振荡器的组成自激式振荡器的组成一个自激式振荡器由以下几部分组成：一个自激式振荡器由以下几部分组成：基本放大电路基本放大电路 作用是对反馈信号进行放大

5、；作用是对反馈信号进行放大；选频网络选频网络 作用是获得单一确定的振荡频率；作用是获得单一确定的振荡频率；正反馈网络正反馈网络 作用是将输出回路中的能量取出一部作用是将输出回路中的能量取出一部分加到基本放大器的输入端。分加到基本放大器的输入端。稳幅环节稳幅环节 保持输出幅度稳定保持输出幅度稳定二、二、 LC 正弦波振荡电器正弦波振荡电器类型：类型：变压器反馈式变压器反馈式 、 电感三点式、电感三点式、 电容三点式电容三点式1、变压器反馈式、变压器反馈式 LC 振荡电路振荡电路LRCIs.L 的等的等效损耗效损耗电阻电阻1(j)j1(j)jRLCZRLC/11j()L RCLRR C谐振频率谐振

6、频率 f0 1 0，LC LCf210 ( (一一) ) LC 并联回路的特性并联回路的特性ZLR正弦波振荡器的振荡频率正弦波振荡器的振荡频率f 取决于选频网络的参数取决于选频网络的参数正弦波振荡电器输出的是正弦波振荡电器输出的是一定幅值，一定频率的正弦波信号一定幅值，一定频率的正弦波信号并联谐振的本质并联谐振的本质 电流谐振电流谐振LuCR +iiLiC1) ) Z = Z0 呈纯阻呈纯阻2) )形成形成环流环流，大小是总电流的，大小是总电流的 Q 倍倍IQILLQIZZIILLC 000CLII ICILUI（二）、变压器反馈式（二）、变压器反馈式LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器LC+VC

7、CVRERB1RB2CECB180 A 180 F 0 AF 满足相位平衡条件满足相位平衡条件LCf 2102. 电感三点式电感三点式 LC 振荡电器振荡电器C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1 )2(2121210CMLLLCf 优点：优点：缺点：缺点：易起振易起振( (L 间耦合紧间耦合紧) )；易调节易调节( (C 可调可调) )。输出取自电感，对输出取自电感，对高次谐波阻抗大高次谐波阻抗大，输出波形差。输出波形差。M123oUiUfU3.3.电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路考毕兹振荡器考毕兹振荡器LCCCCLCf212102121 优点：波形较好优点：波形较好缺点：缺点

8、：2) ) V 极间电容影响极间电容影响 f01) ) 调频时易停振调频时易停振克拉泼振荡器克拉泼振荡器3211111CCCC 31C 212130LCLCf +VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123LC3改进改进oUiUfU三、三、 RC 正弦振荡正弦振荡RC 串并联电路选频网络串并联电路选频网络 0 = 1/RCf0 = 1/2RC四、四、 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路( (一一) )石英晶体谐振器的阻抗特性石英晶体谐振器的阻抗特性1. 结构和符号结构和符号化学成分化学成分 SiO2结构结构晶片晶片涂银层涂银层焊点焊点符号符号2. 压电效应压电效应形变形变形变形变机械振动机械

9、振动压电谐振压电谐振外加交变外加交变电压的频率等电压的频率等于晶体固有频于晶体固有频率时，机械振率时，机械振动幅度急剧加动幅度急剧加大的现象。大的现象。us3. 等效电路等效电路RqC0CqLqCo 模拟模拟晶片静态电容晶片静态电容( (几几 几十几十 pF) )Lq 模拟模拟机械振动的惯性机械振动的惯性( (10 3 102 H) )( (大大) )Cq 模拟晶体的弹性模拟晶体的弹性( (Cq 石英晶体可产生两种谐振：石英晶体可产生两种谐振： fs串联谐振频率，串联谐振频率，fp并联谐振频率并联谐振频率 多谐振荡器是一种产生矩形脉冲的自激振荡器。CR1uc8 47 3 6 5552 5 10

10、.01FuoUCCR2ucuotttP1tP20UCC/32UCC/30(a) 电路(b) 工作波形接通接通UCC后，后，UCC经经R1和和R2对对C充电。当充电。当uc上升到上升到2UCC/3时，时，uo=0，V导通，导通，C通过通过R2和和T放电，放电，uc下降。当下降。当uc下降到下降到UCC/3时，时，uo又由又由0变为变为1，V截止，截止，UCC又经又经R1和和R2对对C充电。如此重复上述过程，充电。如此重复上述过程，在输出端在输出端uo产生了连续的产生了连续的矩形脉冲。矩形脉冲。无稳态触发器（多谐振荡器）无稳态触发器（多谐振荡器）555定时器构成水位监控报警电路UCC4876213

11、5CR1R2CC 水位正常情况下，电容C 被短接，扬声器不能发音；水位下降到探测器以下时，555定时器构成的多谐振荡器工作，驱动扬声器发出声音报警。石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 石英晶体多谐振荡器是以石英晶体作为选频元件构石英晶体多谐振荡器是以石英晶体作为选频元件构成的多谐振荡器。成的多谐振荡器。 只有当频率为只有当频率为fs（串联谐振）时，石英晶体的等效（串联谐振）时，石英晶体的等效阻抗才最小，并且是纯电阻性的。阻抗才最小，并且是纯电阻性的。 谐振频率谐振频率fs只与晶片的几何尺寸有关，所以谐振频只与晶片的几何尺寸有关，所以谐振频率准确，且稳定性高。率准确，且稳定性高。19.（）在不

12、需要外加输入信号的情况下，放大电路能够（）在不需要外加输入信号的情况下，放大电路能够输出持续的、有足够幅度的输出持续的、有足够幅度的直流直流信号的现象叫振荡。信号的现象叫振荡。答案：答案： （一定幅值，一定频率的正弦波信号）（一定幅值，一定频率的正弦波信号）1.（）自激振荡器是一个（）自激振荡器是一个需外加需外加输入信号的选频放大器。输入信号的选频放大器。答案：答案：42.( )( )正弦波振荡器的振荡频率正弦波振荡器的振荡频率f取决于取决于 。 A.反馈强度反馈强度 B.反馈元件的参数反馈元件的参数 C.放大器的放大倍数放大器的放大倍数 D.选频网络的参数选频网络的参数 答案：答案：D233.233.（）（）LCLC振荡器中，为容易起振而引入的反馈属于振荡器中，为容易起振而引入的反馈属于 。 A.A.负反馈负反馈 B.B.正反馈正反馈 C.C.电压反馈电压反馈 D.D.电流反馈电流反馈答案：答案：B54. （）多谐振荡器是一种产生（）多谐振荡器是一种产生 的电路。的电路。A.正弦波正弦波 B.锯齿波锯齿波 C.矩形脉冲矩形脉冲 D.尖顶脉冲尖顶脉冲 答案：答案：C55.()石英晶体多谐振荡器的振荡频率石英晶体多谐振荡器的振荡频率 。 A.只决定于石英晶体本身的谐振频率只决定于石英晶体本身的谐振频率 B.决