第十九讲_正弦波振荡电路振荡条件及RC正弦波振荡电路

1、9.5 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件1. 振荡条件振荡条件2. 起振和稳幅起振和稳幅3. 振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分 正 反 馈 放 大正 反 馈 放 大电路如图示。（注电路如图示。（注意与负反馈方框图意与负反馈方框图的差别）的差别）1. 振荡条件振荡条件fiaXXX 若环路增益若环路增益1 FA则则， faXX 去掉去掉， iXoX仍有稳定的输出仍有稳定的输出又又fafa AFFAFA所以振荡条件为所以振荡条件为1)()( FA振幅平衡条件振幅平衡条件 n2)()(fa 相位平衡条件相位平衡条件说明说明 faXX与与同相位或引入的反馈为正反馈。同相位或引入的

2、反馈为正反馈。负反馈放大电路的负反馈放大电路的自激条件自激条件自激振荡自激振荡反馈深度反馈深度时，时， 01 FA即即1 FA为为环环路路增增益益）（ FA Vf反馈网络反馈网络F基本放大电路基本放大电路AVo1Vid又又)()()()(fa FAFA得自激振荡条件得自激振荡条件1)()(kk FA 180)12()()(kfkan 幅值条件幅值条件相位条件（附加相移）相位条件（附加相移）FAAA 1F闭环增益闭环增益起振条件起振条件2. 起振和稳幅起振和稳幅振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？起振的信号源来自何处？电路器件

3、内部噪声电路器件内部噪声1)()( FA n2)()(fa 当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。加，否则波形将出现失真。 噪声中，满足相位平衡条件的某一频率噪声中，满足相位平衡条件的某一频率 0 0的噪声信号被的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。放大，成为振荡电路的输出信号。 稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件使振幅平衡条件从从 回到回到1 AF。 1 AF平衡平衡点点 一个反馈放大电路若能一个反馈放大电路若能同时满足自激振荡的幅

4、度和相位同时满足自激振荡的幅度和相位平衡条件平衡条件，就，就一定能产生自激振荡一定能产生自激振荡，但并不见得一定能产生，但并不见得一定能产生正弦波自激振荡，即正弦波自激振荡，即输出信号不一定是正弦波输出信号不一定是正弦波。3. 基本组成部分基本组成部分 这是因为，若同时有多种频率的正弦波信号都满足自激这是因为，若同时有多种频率的正弦波信号都满足自激振荡条件，则反馈放大电路就能够在多种频率下产生振荡。振荡条件，则反馈放大电路就能够在多种频率下产生振荡。它的输出信号就是一个它的输出信号就是一个由多种频率的正弦波信号合成的非正由多种频率的正弦波信号合成的非正弦波信号弦波信号。 为了获得单一频率的正弦

5、波振荡为了获得单一频率的正弦波振荡，可在反馈放大电路中引，可在反馈放大电路中引入入选频网络选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率），使反馈放（选择满足相位平衡条件的一个频率），使反馈放大电路对不同频率的正弦波信号产生不同的相位移和放大倍数，大电路对不同频率的正弦波信号产生不同的相位移和放大倍数，使电路使电路只让某一特定频率的正弦波信号满足自激振荡条件只让某一特定频率的正弦波信号满足自激振荡条件，保，保证电路输出正弦波信号。证电路输出正弦波信号。4放大电路（包括负反馈放大电路）放大电路（包括负反馈放大电路）3. 正弦波振荡电路的基本组成部分正弦波振荡电路的基本组成部分4反馈网络（构成正反馈）反

6、馈网络（构成正反馈）4选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率，经常与反馈率，经常与反馈 网络合二为一。）网络合二为一。）4稳幅环节稳幅环节RC RC 振荡器振荡器 低频低频1MHZ1MHZ1MHZ9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1. 电路组成电路组成2. RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性3. 振荡电路工作原理振荡电路工作原理4. 振荡的建立与稳定振荡的建立与稳定6. 稳幅措施稳幅措施5. 振荡频率与振荡波形振荡频率与振荡波形1. 电路组成电路组成反馈网络兼做选频网络反馈网络兼做选频网络 RC振荡电路有很多种：桥式的、移相振荡电

7、路有很多种：桥式的、移相式、双式、双T型的，但最常用的是桥式振荡电路。型的，但最常用的是桥式振荡电路。放大电路放大电路：运放、：运放、R1R1、RfRf组成同相组成同相比例运算电路比例运算电路反馈网络反馈网络选频网络选频网络RCRC串并联网络串并联网络1fvRR1A 电压串联负反馈电压串联负反馈由选频网络可知由选频网络可知2. RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性sC1RZ1 sCsCR1 则反馈系数为：则反馈系数为：2212of)sCR(3sCR1sCRZZZ) s (V) s (V) s ( VFsC1RsC1RZ2 R1RsC 反馈系数反馈系数2. RC串并联选频网络的选

8、频特性串并联选频网络的选频特性)()()(ofsVsVsFV 幅频响应幅频响应又又212ZZZ 2)(31sCRsCRsCR j s且令且令RC10 则则)( j3100 VF2002)(31 VF相频响应相频响应3)(arctg00f 2. RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性当当2002)(31 VF幅频响应有最大值幅频响应有最大值3)(arctg00f RCffRC 21 100 或或31max VF相频响应相频响应0f 3. 振荡电路工作原理振荡电路工作原理1 1、会找出三个组成部分；、会找出三个组成部分；2 2、用用瞬时极性法瞬时极性法判断电路是判断电路是否满足相位平

9、衡条件否满足相位平衡条件 n2fa (+)(+)(+)(+)分析方法：分析方法： 首先找出反馈线，在首先找出反馈线，在A A处断开反馈线，假设在放大电路的处断开反馈线，假设在放大电路的输入端加一个输入电压输入端加一个输入电压V Vi i，V Vi i的频率正好是选频网络的固有频的频率正好是选频网络的固有频率率f f0 0，即，即f=ff=f0 0=1/2=1/2RCRC，假定某一瞬时，假定某一瞬时ViVi对地极性为（对地极性为（+ +），），V Vo o在同一瞬时对地极性为（在同一瞬时对地极性为（+ +），由于），由于f=ff=f0 0=1/2=1/2RCRC，根据相频特，根据相频特性来判断，

10、若性来判断，若V Vo o的频率也为的频率也为f f0 0，A A点在同一瞬时对地的极性也为点在同一瞬时对地的极性也为（+ +）。再接上反馈线，看）。再接上反馈线，看V Vf f和和V Vi i的相位是否相同，若同相，则的相位是否相同，若同相，则说明此电路满足相位平衡条件。说明此电路满足相位平衡条件。A3 3、振幅平衡条件：、振幅平衡条件：A Av vF Fv v=1=1；A Av v=1+R=1+Rf f/R/R1 1、F Fv v=1/3 R=1/3 Rf f=2R=2R1 13. 振荡电路工作原理振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为此时若放大电路的电压增益为 用用瞬时极性法瞬时极性

11、法判断可知，判断可知，电路满足相位平衡条件电路满足相位平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件0f 当当RC10 时，时， n2fa (+)(+)(+)(+)Av311f RRAV1313 VVFA电路可以输出频率为电路可以输出频率为 的正弦波的正弦波RCf 210 RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波的正弦波4. 振荡的建立与稳定振荡的建立与稳定 就是要使电路自激，从而产生持续的振荡，由直流电变为就是要使电路自激，从而产生持续的振荡，由直流电变为交流电。交流电。振荡建立振荡建立： 当电路一接上直流电源，由于电冲击或

12、噪声或干扰等信号当电路一接上直流电源，由于电冲击或噪声或干扰等信号的存在，它们都含有丰富的谐波，总有与振荡频率的存在，它们都含有丰富的谐波，总有与振荡频率f f0 0相同的谐相同的谐波，这个信号虽然很微弱，但经过放大电路和反馈网络的作用，波，这个信号虽然很微弱，但经过放大电路和反馈网络的作用，使输出信号的幅值越来越大，正弦波振荡由小到大地建立起来。使输出信号的幅值越来越大，正弦波振荡由小到大地建立起来。稳定稳定： 输入谐波经过放大输入谐波经过放大 反馈反馈 再放大的循环，使输出幅再放大的循环，使输出幅度不断增加，但由于幅度增大到一定程度时，运算放大器工作度不断增加，但由于幅度增大到一定程度时，运算放大器工作在非线性区，或三极管工作在非放大区，所以输出幅度就会下在非线性区，或三极管工作在非放大区，所以输出幅度就会下降并趋于稳定。降并趋于稳定。平衡平衡点点5. 振荡频率与振荡波形振荡频率与振荡波形 因为只有在因为只有在f=ff=f0 0=1/2=1/2RCRC时才满足相位平时才满足相位平衡条件，所以振荡频率即为选频网络的固有频衡条件，所以振荡频率即为选频网络的固有频率率f=1/2f=1/2RCRC。振荡频率振荡频率： 振荡波形振荡波形：当当A Av vF Fv v稍大于稍