正弦波振荡电路的分析方法

1、波形产生电路的设计1正弦波振荡电路的分析方法2 rc正弦波振荡电路3 lc正弦波振荡电路4石英晶体振荡器5非正弦波发生电路一、正弦波振荡电路的分析方法1. 产生正弦波振荡的条件t/j =sin。放大电路= auti%吻oa反馈网络 . <f如果反馈电压f与股输入信号wi完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输岀端也有一个正弦波信号自激振荡。巾此知放大电路产生自激振荡的条件是：u,=uxbp： ufufau.l.所以产生正弦波振荡的条件是：af = laf =1幅度平衡条件arg af =(px= ±2mi n = 0,l，2,相位平衡条件2. 分析步骤：(1) 判断能否产生正弦

2、波振荡a. 检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分；b. 检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作；c. 分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件和振幅平衡条件。(2) 判断相位平衡条件的方法是：瞬时极性法。估算振荡频率和起振条件，振荡频率由相位平衡条件决定。a. 写出回路增益af的表示式b. 令pa+%=±2mr,即可求得满足该条件的/o，此频率即为振荡频率;c. 令/ = 时的|人片|1，即得起振条件。3. 正弦波产生电路一般应包括以下几个基本组成部分：(1)放大电路。(2) 反馈网络。(3) 选频网络。(4) 稳幅电路。判断一个电路是否为正弦波振荡器，就看其组成是否含有上

3、述四个部分。二、rc正弦波振荡电路(文氏电桥)(-)rc串并联网络振荡电路 电路组成：放大电路集成运放a ;选频与正反馈网络r、c串并联电路； 稳幅环节rf与组成的负反馈电路。1. rc串并联网络的选频特性z2j69c,1 +j69/?2c2z2c2(1 + r1 + 7") + j(冰i c2 -/?2 c,o)r2c'-l.or2uf6取 /?1 = /?2=況，ci = c*2= c，今rc则：3 + j(0)得rc串并联电路的幅频特性为：-90°co 6j0相频特性为：f=-arctg-当69=叫）时，rc2.振荡频率与起振条件 11.振荡频率/01最大，件

4、=0,2nrc2. 起振条件/=/o 时，由振荡条件知:af1，所以起振条件为:>3同相比例运放的电压放大倍数为='+每，即要求：/?f2y3. 振荡电路中的负反馈（自动稳幅）引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带 负载能力。7?z>3,则电路可以起振，rf + r'改变价，可改变反馈深度。增加负反馈深度，并且满足并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。7o4. 振荡频率的调节2nrc调节电阻尺或电容c的值，即可调节振荡频率；利用波段幵关换接不同容fi的电容，对频率进行粗调；利用同轴电位器，对振荡频率进行细调。（二）其他形式的ze

5、e振荡电路 1、移相式振荡电路集成运放产生的相位移咏=180°,如果反馈网络再相移180%即可满足产生正弦波振 荡的相位平衡条件。当/=/0吋，相移180°，满足正弦波振荡的相位条件。c c c2、双t选频网络振荡电路振荡频率约为：/o5rcaf>1当/ = /o吋，双t网络的相移为件=180°反相比例运放的相移仇=180°，因此满 足产生正弦波振荡的相位平衡条件。如果放大电路的放大倍数足够大，同时满足振幅平衡条件，即可产生正弦波振荡。三种/?c振荡电路的比较名称rc串并联网络振荡电路移相式振荡电路双t网络选频振荡电路贼f1'c c c r

6、-仲fl振荡频率= 2nrcf 170 23rrc/o 5rc振件起条a|>3> 12r&<f，af >1电路特点及应用场合可方便地连续调节振荡 频率，便于加负反馈稳幅电 路，容易得到良好的振荡波 形。电路简单，经济 方便，适用于波形要 求不高的轻便测试设 备中。选频特性好，适用于 产生準一频率的振荡波形。lc正弦波振荡电路lc并联电路的特性：当频率变化时，并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。并联电路的导纳:j coc +rcol+jcoc collj/?2+（叫乂）0吋，电路发生并联谐振并联谐振角频率 =vic-谐振冋路的品质因数当c1时，wzclc并联回路的

7、阻抗:jh /? + j col /? 4- j ( colcoccoclrc1 + j(1_l_)r o)lc在谐振频率附近，z可见，（2值不同，回路的阻抗不同b2 qle, >02发生并联谐振吋，0）=0）1vzcg)回路等效阻抗：z1 十 j(2(lz(e=t=viqi60-90°感性纯阻容性结论：1.当/=/o时，电路为纯电阻性，等效阻抗最大；当/ </o时，电路为感性；当/ 人时，电路为容性。所以lc并联电路具有选频特性。2.电路的品质因数g愈大，选频特性愈好。谐振时lc回路中的电流电容支路的电流.并联冋路的输入电流:690c/?2+(叫乂)2尺2 + (

8、65;)2振荡频率./o2n4lc所以:|4m小当 ei 时,|4|小 |4|小 pc|-p,结论：谐振时，电容支路的电流与电感支路的电流大小近似相等，而谐振回路的输入电流极小。（三）变压器反馈式振荡电路1、电路组成用瞬时极性判断为正反馈，所以满足向激振荡的相位平衡条件。（瞬时极性法）2、振荡频率和起振条件起振条件/?（四）电感三点式振荡电路（hartley）1、电路组成用瞬时极性判断为正反馈，所以满足a激振荡的相位平衡条件。2、振荡频率和起振条件振荡频率12njlc12丌批+l2 + 2a/)c电感三点式振荡电路的特点1. 由于二线圈之间耦合很紧，因此容易起振。2. 调节频率方便。3. 般用

9、于产生儿十兆赫以下的频率。4. 输出波形屮含有较人的高次谐波，故波形较差。5. 频率稳定度不高。（五）电容三点式振荡电路（colpitts）1、电路组成用瞬时极性判断为正反馈，所以满足向激振荡的相位平衡条件。2、振荡频率和起振条件振荡频率/02kjlqc2c| + c，（六）电容三点式改进型振荡电路振荡频率/o1 11_ + + _c c,c2选择 c«c1,c«c2,则：to12kvzc减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于产生高频振荡。各种/?振荡电路的比较名称变压器反馈式电感三点式电容三点式电容三点式改进型电路形式m i一r-r振荡频率/()27rvlc/o =

10、27c7(l, + i,+2yv/)c/oc,c2c + c22n lj_ 1起振条件p>p>a + m n/c£2 + m rf同左频率调节方法及范围频率可调，范围 较宽。同左频率可调，范 围较小。同左振荡波形一般较差频率稳定度同左可达lct410-5可达10适用频率几千赫几十兆赫同左几兆赫一百兆赫同左（七）石英晶体振荡器 石英晶体的基本特性和等效电路 1、基本特性压电效应：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产生机械变形；若在晶片上施加机械压力, 在晶片相应的方向上会产生一定的电场。压电谐振：晶片上外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅突然增加。2、等效电路静电电容：

11、co 机械振动惯性：l 晶片弹性： c 磨擦损耗： r串联谐振频率/；=s 2k7zci丄o电抗频率特性并联谐振频率/p2n. lcc0c+co一、并联型石英晶体振荡电路交流等效电路c'c2cj + c2由于c«c，二、串联型石英晶体振荡电路当振荡频率等于/s吋，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此吋正反馈最强，相移为零，电路 满足自激振荡条件。振荡频率/。= 乂uo矩形波发生电路一、电路组成/?c充放电滞回'回路x比较器滞冋比较器：集成运放、/?1、/?2; 充放电回路：/?、c;钳位电路：vdz、/<3。二、工作原理设 z = 0 时，uc= 0, wo = + &

12、quot;z当“仏时，输出跳变，“0=仏動当w =we = m+时，输出又一次跳变，w()= + l/z 三、振荡周期电容的充放电规律：t_uc(t) = wc(0)-wc(oo)e r+wc()对于放电，“c(o) = + rlu.乙/?j+ /?2“c (°°) = u厶，t = rc解得：t = 2/?cln(l + )+r + r1结论：改变充放电冋路的时间常数及滞冋比较器的电131,即可改变振荡周期。矩形波的幅度 与和、尺2和c/z有关。四、占空比可调的矩形波发生电路使电容的充、放电吋间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。充电时间n_三角波发生电路 一、电路组成a,滞回比较器 a2反向积分电路r2mo1 + i/zu+ =wol +r2阈值电压-wo+ uom二、工作原理设 z = 0