模拟电子技术基础(张凤凌主编)第二十讲RC 正弦波振荡

1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础河北科技大学信息科学与工程学院河北科技大学信息科学与工程学院6 信号发生电路信号发生电路6.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 6.2 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路6.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。6.1.1 产生正弦波振荡的条件产生正弦波振荡的条件oU电扰动（合闸上电）fUoU 由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平

2、衡，稳定在一定的幅值。终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。ooUFAU正弦波振荡的平衡条件正弦波振荡的平衡条件:1FAnFAFA21(n为整数为整数)幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件电路的起振条件电路的起振条件1FA 要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在，且在合闸通电时对于合闸通电时对于f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。满足起振条件。6.1.2 正弦波振荡电路的组成及分类正弦波振荡电路的组成及分类 在很多实用电路中，常将选频网络和正反馈网络合二为一；在很多实用电路中，常将选频网

3、络和正反馈网络合二为一；对分立元件放大电路，不再加稳幅环节，依靠晶体管特性的非线对分立元件放大电路，不再加稳幅环节，依靠晶体管特性的非线性来起到稳幅作用。性来起到稳幅作用。 正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来命名，分为正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来命名，分为RC正弦波振荡电路、正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路三种类型。电路三种类型。1) 放大电路：放大作用放大电路：放大作用2) 正反馈网络：满足相位条件正反馈网络：满足相位条件3) 选频网络：确定选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡，保证电路产生正弦波振荡4)稳幅环节（非

4、线性环节）：稳幅稳幅环节（非线性环节）：稳幅正弦波振荡电路的组成正弦波振荡电路的组成正弦波振荡电路的分类正弦波振荡电路的分类判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤（1）观察电路是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和）观察电路是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。稳幅环节四个组成部分。（2）判断放大电路能否正常工作，即是否有合适的静态工作点）判断放大电路能否正常工作，即是否有合适的静态工作点且动态信号能够输入、输出和放大。且动态信号能够输入、输出和放大。（3）利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件。）利用瞬时

5、极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件。（4）判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件，即是否满足起）判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件，即是否满足起振条件。振条件。相位条件的判断方法：瞬时极性法相位条件的判断方法：瞬时极性法断开反馈，在断开处给放大电路加断开反馈，在断开处给放大电路加 ff0的信号的信号Ui，且规，且规定其极性，然后根据定其极性，然后根据 Ui的极性的极性 Uo的极性的极性 Uf的极性的极性 若若Uf与与Ui极性相同，则电路可能产生振荡；否则电路不极性相同，则电路可能产生振荡；否则电路不可能产生振荡。可能产生振荡。 在多数正弦波振荡电路在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入

6、量和中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。反馈量均为电压量。 iU极性？极性？6.1.3 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路一、一、 RC串并联选频网络串并联选频网络 信号频率足够低时：信号频率足够低时： 。趋近于，且近于于零时，相位超前趋当频率趋近超前090,0fofUUURC1信号频率足够高时：信号频率足够高时： 。趋近于，且近于趋于无穷大时，相位滞后当频率趋近滞后090,0fofUUURC1 当信号频率从零逐渐当信号频率从零逐渐变化到无穷大时，存在频变化到无穷大时，存在频率率f0 ,当当f=f0时，时，Uf与与Uo同同相。相。信号频率足够低时：信号频率足够低时： ofUU超前信号频率足够

7、高时：信号频率足够高时： ofUU滞后CRCRCRUUF j1 j1 j1of ) 1 ( j31RCRCF当当 f=f0时，不但时，不但=0，且，且 最大，为最大，为1/3。F)( j31 21000ffffFRCf，则令二、二、 RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路 对放大电路的要求：电压放大倍数大于对放大电路的要求：电压放大倍数大于3；具有尽可能大；具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻，以减小放大电路对选频的输入电阻和尽可能小的输出电阻，以减小放大电路对选频特性的影响。特性的影响。 输出和输入同相。输出和输入同相。同相比例运算电路满足以上要求。同相比例运算电路满足以上要求。由由

8、RC串并联选频网络和同相比例运算电路构成的串并联选频网络和同相比例运算电路构成的RC桥式正弦波桥式正弦波振荡电路振荡电路311RRUUAfPOu12RRf11RRUUAffOu(1) 选用R1为正温度系数的热敏电阻。由于由于Uo与与Uf具有良好的线性关系，电路中应加入稳幅环节。具有良好的线性关系，电路中应加入稳幅环节。(2) 选用Rf为负温度系数的热敏电阻。(3) 在Rf为回路串联两个并联的二极管。11RrRAdfu 振荡频率可调的振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路 RC桥式正弦波振荡电路具有频率稳定，带负载能力强，桥式正弦波振荡电路具有频率稳定，带负载能力强，输出电压失真

9、小的优点。输出电压失真小的优点。例例 电路如图所示，试求解：电路如图所示，试求解： （1）RP的下限值；的下限值； （2）振荡频率的调节范围。）振荡频率的调节范围。 解：解：（1）根据起振条件k22PPf，RRRR故故RP的下限值为的下限值为2k。 （2）振荡频率的最大值和最小值分别为）振荡频率的最大值和最小值分别为Hz145)( 21kHz6 . 1 2121min01max0CRRfCRfRCf210 为提高振荡频率，须减小为提高振荡频率，须减小R和和C的数值。的数值。 R减小到一定程度时，同相比减小到一定程度时，同相比例运算电路的输出电阻将影响选频例运算电路的输出电阻将影响选频特性；特性； C减小到一定程度时，晶体管减小到一定程度时，晶体管的极间电容和电路的分布电容