第四章正弦波振荡电路

1、第四章正弦波振荡电路考纲解读最新考纲要求：1、会连接LC振荡电路、RC串、并联振荡电路、石英晶体振荡电路;2、能熟练分析LC振荡电路是否起振；3、能运用振荡电路的工作原理，分析、排除实际电路故障。 考点解读：近年题型、分值列表考点题型分值2011年：RC正弦波振荡电路的分析计算综合题15分2012 年：2013年：RC文氏电桥振荡电路的分析计算综合题15分2014年：RC桥式振荡电路起振的条件选择题6分必考点：振荡电路的分析与计算重难点：RC文氏电桥振荡电路的分析计算知识清单一、理解振荡的基本概念自激状态：无需外加信号而靠振荡器内部反馈作用维持振荡的工作状 态0自激振荡器：依靠反馈维持振荡的振

2、荡器称为反馈式自激振荡器。自激振荡器的组成：选频放大器和反馈网络。二、自激振荡的平衡条件1、相位平衡条件反馈信号的相位必须与输入信号同相位，即反馈极性必须是正反馈。2、振幅平衡条件反馈信号Vf的振幅应等于输入信号Vi的振幅，即A F=1o起振条件：Av F .0二、LC振荡器1、变压器反馈式LC振荡器电路结构：电路如图4-1所示。电路特点：振荡电路容易起振，振荡频率一般为几千赫兹到几百千赫兹图4-12、电感反馈式振荡器电路结构：电路如图4-2所示，三极管的三个电极分别与 LC回路中L 的三个点相连，故而得名，又称电感三点式振荡器。电路特点：易起振且振幅大，振荡频率可达几十兆赫；缺点是振荡波形

3、失真较大。“图4-23、电容反馈式振荡器电路结构：电路如图4-3所示，三极官的三个电极与电容支路的三个点相接，又称电容三点式振荡电路。电路特点：输出波形好，振荡频率可高达100 MHz以上，缺点是频率范 围较小。图4-34、振荡频率的计算fo =2二 L C1C2GC2三、RC振荡器1、RC串并联振荡电路电路如图4-4所示。用RC选频电路来代替LC振荡器中的LC选频电路, 由RC选频反馈网络和两级阻容耦合同相放大器两部分组成。图4-42 二 RC?0=12 二 RC振荡频率为：当Ri= R2 =R， Ci = C2=C时,2、RC桥式振荡电路图4-5电路如图4-5所示。将RC选频网络和负反馈电

4、阻单独画出，即得电桥 电路，又称文氏电桥振荡器。电路特点：振荡频率范围宽且连接可调，信号波形失真小。电路组成：同相比例运算放大器、RC串并联选频网络。选频频率：振幅平衡条件:反馈系数F=1 (即电压增益 A=3)和Rf=2Rei3起振条件：电压增益A > 3四、石英晶体振荡器1、特点石英晶体振荡器是利用石英晶体具有压电效应的特点而工作的，其频率稳定度很高。(1) 石英晶体的物理化学性能十分稳定，外界因素对其性能影响很小；(2) 石英晶体振荡器的Q值很高，达105以上，稳频作用强。(3) 有串联和并联两个谐振频率，即fs和fp,且fsf，在f= fp时，呈 纯电阻性，在其他频率范围内呈容性

5、。2、石英晶体振荡器9.1llokn43炖】丫O+10 V(a) (b)图4-6串联型：电路如图4-6 (a)所示。石英晶体谐振器串联在反馈电路中， 具有选频的功能；振荡器频率等于石英晶体的串联谐振频率时，石英晶体呈 阻性，满足自激振荡条件；Rs的大小可以调节，即可以调节反馈量的大小。并联型：电路如图4-6 (b)所示。在电路中晶体作为感性元件，同反馈 电容一起构成电容三点式振荡电路，振荡频率在 fs和fp之间。五、判断正弦波振荡电路的方法1、判断电路的组成是否正确：包含选频放大器和反馈网络。2、判断放大电路是否正常工作。3、判断电路是否满足相位平衡条件：用瞬时极性法判断电路为正反馈 时才有可

6、能振荡。4、判断振幅平衡条件：只要电路参数选择合适，一般都可满足振幅平 衡条件。5、电感三点式和电容三点式：根据电路组成原则进行判断。知识点精讲【知识点1】振荡电路起振的分析判断【例1】电路如图4-7所示。试用相位平衡条件判断电路是否能振荡, 指出可能振荡的电路属于什么类型。RLI屉a)：I VccVTRb2ReCbi【分析】（a）图：该电路中集电极的直流通路被电容阻断，集电极无直流 偏置，IcQ= 0，因此三极管不能进行放大，故不能产生振荡（b） 图：该电路没有选频回路，而且 L2并接在Rb2上，将Rb2短接，基 极相当于对地短路，基极无直流偏置电压，三极管不能进行放大，因此不能 产生振荡。

7、（c）图：运用瞬时极性判断反馈类型。假设VT基极电压瞬时极性为“ +”， 集电极为“ -”，Li的极性为上“ +”下“-”，由电路连接可知L2为反馈元 件，反馈电压取自L2两端，根据同名端原理，L2的极性为上“-”下“ +”， 反馈至VT基极极性为“-”，与原来的极性相反，使输入信号减弱，所以是 负反馈，电路不满足相位平衡条件，不能产生振荡。（d）图：用瞬时极性法判断反馈类型，假设VT基极电压瞬时极性为“ +”， 集电极为“-”，经Cb2至LC反馈网络，该电路中，反馈信号取自电容 C2 两端，C2两端的电压极性为上“-”下“ +”，反馈至VT基极极性为“-”， 为负反馈，电路不满足相位平衡条件

8、，不能产生振荡。（e）图：该电路中，VT与L、Ci、C2组成电容三点式振荡电路，满足 相位平衡条件，其中 C2为反馈元件，适当选取其它元件参数，使电路满足 幅度平衡条件就能起振。（f） 图：该电路中，VT与C、Li、L2组成电感三点式振荡电路，满足 相位平衡条件，其中Li为反馈元件，适当选取其它元件参数，使电路满足幅 度平衡条件就能起振。【知识点2】RC文氏桥电桥振荡器的分析与计算【例2】电路如图4-8所示：（1）保证电路振荡，求R,的最小值；（2） 求振荡频率的fo的调节范围。【解】（1）该电路为RC文氏桥电桥振荡器，电路起振的条件是 反馈系数的最大值为3即电压增益至少等于3： A3，由于运

9、算放大器为同相比例运放，所以A =(1Rf Rp)=Ri(1 +14.7K Rp10KRp> 5.3K,卩Rp的最小值为5.3K Q。（2）振荡频率f0可米用下式计算12二(R2 R3)C当R2调至最大时，?0最小0 min12 二(R2 R3)C36 =145Hz2 3.14 (10 100) 1030.01 106当R2调至最小时，f°最大0max1 =12 二 R3C 2 3.14 10 103 0.01 106=1592Hz所以fo的调节范围是145Hz1592Hz。【例3】在RC桥式正弦波振荡电路中，当相位平衡条件满足时，放大电 路可以起振时的电压放大倍数是（）A、等

10、于1/3B、略大于3C、等于3D、等于1【分析】RC桥式振荡电路的起振条件是：当相位平衡条件满足时，电 压增益A> 3。所以该题选B。【举一反三】【例3】（2013年对口招生考试题）文氏电桥振荡电路如图4-9所示图4-9(1) 请在图中指出运算放大器 A两个输入端的正、负极性；(2) 估算满足起振时电阻Rf至少为多少；(3) 设运放A具有理想的特性，若要求振荡频率为 480Hz，试计算R 的阻值。【解】(1)根据文氏电桥电路连接的形式可知，运算放大器两输入端的 极性是上端为“-”下端为“ + ”。(2)电路起振的条件是RfA = 1- =3Ri所以Rf=3Ri-Ri=2Ri=2X 10K

11、=20KQ(3)根据振荡频率的计算公式?0=12 二 RC可求出R的阻值为R=12 二 Cf0=12 3.14 0.01 10 止 480=33174Q【例4】(2011年对口招生考试题)如图4-10所示为RC正弦波振荡电 路，其最大输出电压为±4V。(1) 二极管VD1、VD2为自动稳幅元件，试分析起振幅度条件；(2) 计算输出信号的频率；(3) 试定性说明因不慎使R2短路时，输出电压U0的波形。【分析】该电路中，禾U用二极管 VD1、VD2的非线性特性自动调节负反馈的强弱来控制输出电压的恒定。振荡过程中VDi、VD2将交替导通和截止， 总有一个处于正向导通状态的二极管与 R3并联

12、，由于二极管正向电阻rd随 ud增大而下降，因此负反馈随振幅上升而增强，即 A随振幅增大而下降，直 到满足振幅平衡条件为止。【解】(1)当uo的幅值较小时，VDi、VD2截止，VDi、VD2与R3并联 电路的等效电阻近似为R3=2.7K,因此R2' R3Ri9.12.75.1有利于电路起振。(2)输出信号的频率1 12RC 一 2 3.14 10 1030.015 10”1062Hz(3)因不慎使R2短路时，即R2=0，则AV =1 R3=1 + 27K 1.5 V3R15.1K电路停振，输出电压U0的波形为一条与时间轴重合的直线同步检测一、选择题1、振荡器的振荡频率取决于（）0A、供

13、电电源B、选频网络C、晶体管的参数D、外界环境2、为提高振荡频率的稳定度，高频正弦波振荡器一般选用（A、LC正弦波振荡器B、晶体振荡器C、RC正弦波振荡器D、多谐振荡器3、设计一个振荡频率可调的高频高稳定度的振荡器，可采用A、RC振荡器B、石英晶体振荡器C、互感耦合振荡器D、并联改进型电容三点式振荡器4、 串联型晶体振荡器中，晶体在电路中的作用等效于（）0 A、电容元件C、大电阻元件5、振荡器是根据（ 相对较好。电感 电感B、电感元件D、短路线）反馈原理来实现的,）反馈振荡电路的波形A、正、 C、6、A、 C、7、A、C、8A、B、C、D、B、正、电容D、负、电容负、（互感反馈B、克拉泼电路西

14、勒电路D、石英晶体石英晶体振荡器的频率稳定度很高是因为 低的Q值B、高的Q值小的接入系数D、大的电阻正弦波振荡器中正反馈网络的作用是（ 保证产生自激振荡的相位条件提高放大器的放大倍数，使输出信号足够大 产生单一频率的正弦波以上说法都不对。振荡器的频率稳定度咼。9、在讨论振荡器的相位稳定条件时，并联谐振回路的大，其相位稳定性 （）0越好B、越差不变D、无法确定10、并联型晶体振荡器中，晶体在电路中的作用等效于A、C、A、电容元件B、电感元件C、电阻元件D、短路线Q值越高，值厂越11、克拉拨振荡器属于（ ）振荡器。A、RC振荡器B、电感三点式振荡器C、互感耦合振荡器D、电容三点式振荡器12、振荡器

15、与放大器的区别是（）。A、振荡器比放大器电源电压高B、振荡器比放大器失真小C、振荡器无需外加激励信号，放大器需要外加激励信号D、振荡器需要外加激励信号，放大器无需外加激励信号13、如图所示电路，以下说法正确的是（）。1Rm,.pVTA、该电路由于放大器不能正常工作，不能产生正弦波振荡B、该电路由于无选频网络，不能产生正弦波振荡C、该电路由于不满足相位平衡条件，不能产生正弦波振荡D、该电路满足相位平衡条件，可能产生正弦波振荡14、改进型电容三点式振荡器的主要优点是（）。A、容易起振B、振幅稳定C、频率稳定度较高D、减小谐波分量15、在自激振荡电路中，下列哪种说法是正确的（）oA、LC振荡器、RC

16、振荡器一定产生正弦波B、石英晶体振荡器不能产生正弦波C、电感三点式振荡器产生的正弦波失真较大D、电容三点式振荡器的振荡频率做不高16、利用石英晶体的电抗频率特性构成的振荡器是（）A、f=fs时，石英晶体呈感性，可构成串联型晶体振荡器B、f=fs时，石英晶体呈阻性，可构成串联型晶体振荡器C、fsvfvfp时，石英晶体呈阻性，可构成串联型晶体振荡器D、fsvfvfp时，石英晶体呈感性，可构成串联型晶体振荡器）振荡器17、如图所示是一个正弦波振荡器的原理图，它属于（A、互感耦合B、电容三点式C、电感三点式 D、改进型18、电路如图所示，欲使该电路能起振，则应该采取的措施是（）。A 改用电流放大系数

17、洌、的晶体管B、适当增加反馈线圈Li的匝数C、适当减小L值或增大C值D、增大电源电压UCC空C二、填空题1、振荡器的振幅平衡条件是,相位平衡条件是。2、 石英晶体振荡器频率稳定度很咼，通常可分为和 两种。3、 电容三点式振荡器的发射极至集电极之间的阻抗Zee性质应为发射极至基极之间的阻抗 Zbe性质应为，基极至集电极之间的阻抗Zeb性质应为o4、 要产生较高频率信号应采用振荡器，要产生较低频率信号应采用振荡器，要产生频率稳定度高的信号应采用振荡器。5、LC三点式振荡器电路组成的相位平衡判别是与发射极相连接的两个电抗元件必须，而与基极相连接的两个电抗元件必须为。6、利用正反馈产生正弦波振荡的电路

18、，其组成主要是 和。7、任何一种正弦波振荡器，对它们的基本要求是，振荡频率及输出幅度要，波形失真要。&正弦波振荡器常按照组成选频网络的元件类型分为 振荡器，振荡器和 振荡器。9、 常用的 LC 振荡器有 振荡器，振荡器和 振荡器。10、 电容三点式振荡电路输出的谐波成分比电感三点式 ，因此波形较。11、 在并联型石英晶体振荡电路中，石英晶体置于 回路中，晶体等效为，和电容组成一个 。12、 在串联型石英晶体振荡电路中，石英晶体等效为 ，且产生相移，频率取决于 。13、 文氏振荡电路的选频由 实现，振荡频率为 。14、 文氏振荡电路适用于 振荡，由和两 部分电路构成。三、判断题1、 串联

19、型石英晶体振荡电路中，石英晶体相当于一个电感而起作用。（）2、 电感三点式振荡器的输出波形比电容三点式振荡器的输出波形好。（）3、 反馈式振荡器只要满足振幅条件就可以振荡。（）4、 串联型石英晶体振荡电路中，石英晶体相当于一个电阻而起作用。（）5、 放大器必须同时满足相位平衡条件和振幅条件才能产生自激振荡。（）6、 正弦振荡器必须输入正弦信号。（）7、 LC振荡器是靠负反馈来稳定振幅的。（）&正弦波振荡器中如果没有选频网络，就不能引起自激振荡。（）9、 反馈式正弦波振荡器是正反馈一个重要应用。（）10、 LC正弦波振荡器的振荡频率由反馈网络决定。（）11、振荡器与放大器的主要区别之一是：放大器的输出信号与输入信号频率，而振荡器一般不需要输入信号。（）12、 若某电路满足相位条件（正反馈），则一定能产生正弦波振荡。（）13、 正弦波振荡器输出波形的振幅随着反馈系数 F的增加而减小。（）四、简答题 1、如图所示振荡器，指出他们属于哪种类型的振荡器，并写出各电路的振 荡频率。(a)(b)U CCCCOCiRB2(c)2、画出如图所示振荡