第67章正弦波振荡器

1、第6章 正弦波振荡器【学习要点】：本章主要讲述振荡器的振荡条件，正弦波振荡器的主要分类及工作原理。要求读者掌握两方面内容：1.充分理解反馈型正弦波振荡器的相位平衡条件及振幅平衡条件，并能以此为依据分析各类振荡器的工作原理；2.掌握LC振荡器的主要类型及特点，并能画出振荡器的交流通路和计算振荡频率。6.1 正弦波振荡器的基本工作原理6.2 LC正弦波振荡器6.3 石英晶体振荡器6.1 正弦波振荡器的基本工作原理一. 自激振荡现象在没有输入信号的条件下，电路能自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率、一定波形和一定幅度的交流信号输出的现象，称为自激振荡现象。二.自激振荡的产生1. 产生自激振荡的

2、条件参考图下图，当vf与vi相位相同，大小相等时，vf就能代替vi使电路产生振荡。要想使电路产生振荡，必须满足两个条件：相位平衡条：电路中有正反馈存在。振幅平衡条件：正反馈强度足够。即AV·F=1。2. 正弦波振荡器的结构要想输出正弦波，还必须在振荡器中加入选频网络。如图所示。3. 起振信号的获得启始信号vi是从接通电源的瞬间获得的。三.选频放大器介绍图（a）为普通共射放大器电路图，若用LC并联谐振回路来替代集电极负载电阻R3后，就构成了选频放大器，或称调谐放大器。如图（b）所示，LC并联谐振回路的阻抗特性如图（c）所示。既使选频放大器输入信号的频率很多，在它的输出端得到的输出信号却

3、始终是频率等于fo的正弦波信号。由于LC回路具有选频特性，故常称它为选频网络。6.2 LC正弦波振荡器一. 变压器反馈式振荡器变压器反馈式振荡器分类：集-基耦合式和集-射耦合式。1. 集-基耦合式振荡器1）电路结构集-基耦合式振荡器如图所示，VT及其周边元件构成放大器。LC是一个选频网络，其固有谐振频率为fo，它能将频率为fo的信号选出来。因此，VT所构成的放大器是一个选频放大器。L2绕组为正反馈绕组，它负责将反馈信号送至VT的基极。2）电路工作原理用瞬间极性法可以判断出电路中有正反馈存在。说明满足相位平衡条件。如果合理安排L2与L的匝数比，就可以满足振幅平衡条件。电路是很容易振荡的。2. 集

4、-射耦合式振荡器集-射耦合式振荡器如图所示，L1为正反馈绕组，它将反馈信号从集电极引到发射极，故称集-射耦合式。用瞬间极性法可以判断出电路中有正反馈存在。说明满足相位平衡条件。若合理安排L1和L的匝数比，就能满足振幅平衡条件，使电路产生振荡。二.电感三点式振荡器电感三点式振荡器如图（a）所示，图（b）是它的交流等效电路，从交流等效电路可以看出，三极管的三个电极分别与电感的三个端子相连，故称为电感三点式振荡器。反馈信号取自L2两端，用瞬间极性法可以判断出是正反馈存在，说明满足相位平衡条件。若合理安排L1和L的匝数比，就能满足振幅平衡条件，使电路产生振荡。在不考虑L1、L2互感时，电感三点式振荡器

5、的振荡频率为：四.电容三点式振荡器1. 基本电路电容三点式振荡器的基本电路如图（a）所示，图（b）是它的交流等效电路。从交流等效电路可以看出，三极管的三个电极分别接在振荡电容的三个端点上，故而称为电容三点式振荡器，反馈电压取自电容C2的两端。用瞬间极性法可以判断出电路中有正反馈存在。说明满足相位平衡条件。合理安排C1、C2的容量比，就能满足振幅平衡条件，使电路能够振荡。该电路的振荡频率为：上式中，C代表C1和C2串联后的总容量，其值为：2. 电容三点式振荡器的改进由于三极管存在一定的极间电容，参考下图。当振荡频率高到一定程度时，极间电容的影响也就变得十分明显。结果使振荡频率变得不稳。为了杜绝这

6、种现象，必须对电路加以改进。目前用得较多的改进电路是克拉泼振荡电路，其电路结构如图（a）所示，图（b）是它的交流等效电路。由图可以看出，它仍属电容三点式振荡器，只不过在L上串联了一只小电容C，要求C<<C1和C<<C2。C1、C2和C串联后的总容量为：故振荡频率fo为：由上式可以看出，电路改进后的振荡频率fo基本与C1、C2无关，自然也就不会受CBE、CCE的影响了。6.3 石英晶体振荡器一. 石英晶体的特性1. 石英晶体的结构从一块石英晶体上按一定的方位角切下的薄片称为晶片，再在薄片的两个相对面上喷涂金属层作为极板，然后装上电极引脚和外壳，就构成了石英晶体产品，如图（

7、a）所示，图（b）是石英晶体的电路符号。2. 石英晶体的基本特性和等效电路石英晶体的基本特性就是具有压电效应。石英晶体的等效电路如下图（a）所示，图（b）是它的频率特性。石英晶体可以看成是由L、C、R构成的网络。从石英晶体的等效电路可以看出，它具有两个谐振频率。一个是L、C、R支路的串联谐振频率，其大小为： 另一个是并联谐振频率，当频率大于fs时，L、C、R支路呈感性，可与Co发生并联谐振。其大小为：对于石英晶体来说，由于Co>>C，故fpfs ，也就是说，石英晶体的感性区非常窄。而石英晶体在应用中，通常工作在感性区，故其振荡频率稳定度非常高。二 石英晶体振荡器的工作原理下图（a）

8、所示的电路是石英晶体振荡器的典型电路，图中，X为石英晶体，它在应用时，工作于感性区，可视为一只电感。因而可得到交流等效电路如图6-12（b）所示。不难看出，这是一个电容三点式振荡器，其工作原理完全与电容三点式振荡器相同。第7章 串联型稳压源学习要点：本章主要讲述串联型稳压电源的结构及工作原理。要求读者重点掌握两方面内容：1. 整流电路与滤波电路的类型及工作原理；2. 串联型稳压电路的结构、元件作用及稳压过程。在学习整流滤波电路时，应借助波形分析法；在分析串联稳压源的稳压过程时，应借助电流、电压及电阻推导法。7.1 串联稳压源的结构7.2 整流与滤波电路7.3 稳压电路7.1 串联稳压源的结构一

9、. 串联稳压源的结构框图串联稳压源一般由变压电路（变压器）、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如图所示。二. 直流稳压源的质量指标 简单提一下即可7.2 整流与滤波电路整流：将交流电转化为直流电的过程，实现整流功能的电路叫整流电路。滤波：将脉动直流电转化为平滑直流电的过程，实现滤波功能的电路叫滤波电路。一.整流电路整流电路的结构比较简单，它是利用二极管的单向导电性来实现整流目的的。1. 半波整流电路半波整流电路如图（a）所示，图（b）是它的整流波形。整流二极管VD只让半周通过，在R上获得一个单向电压，实现了整流的目的。半波整流方式的特点是，削掉半周、保留半周。若用VO表示vo的平均值，用

10、V1表示v1的有效值，则VO=0.45V1 。2. 全波整流电路全波整流电路如图所示，变压器次级线圈需要引出一个中心抽头，它把次级线圈分成两个对称的绕组，从而获得大小相等但极性相反的两个电压v1a和v1b。全波整流电路效率高，VO=0.9V1a。3. 桥式整流电路桥式整流电路是使用最多的一种整流电路，它由四只二极管构成，这四只二极管接成“电桥”形状，如图所示，故称桥式整流电路。 VD2和VD4将正半周整流。VD3和VD1将负半周整流。结果在R上便得到了全波整流电压vo，其波形图和全波整流波形图是一样的。桥式整流电路的效率也很高，输出电压为：VO=0.9V1。二.滤波电路滤波的任务，就是把整流输

11、出的脉动直流电压中的波动成分尽可能地减小，使其成为比较稳定的直流电压。1. 电容滤波由于电容器具有充、放电功能，其上电压不能突变，因而可以用来承担滤波任务。在电源滤波电路中，滤波电容的容量一般选得较大。1）电容在半波整流电路中的滤波作用参考下图（a），C为滤波电容，它接在半波整流电路之后，负载电阻R与之并联。利用C的充、放电特性实现滤波。通过滤波后的输出电压要比滤波前的输出电压平稳得多。2）电容在全波和桥式整流电路中的滤波作用全波整流电路和桥式整流电路的输出电压波形是一样的，经滤波后所获得的直流电压波形也一样。滤波前和滤波后的电压波形见下图所示。波形的平滑程度比半波整流电路要好。电容滤波的主要

12、缺点是：输出电压随输出电流变化较大，这对变化负载（如功放电路）来说是很不利的。3.复式滤波将电阻或电感串在整流电路的输出端，将滤波电容并在负载两端，就可以组成复式滤波器，见教材图7-9。由电阻、电容构成的复式滤波器称为RC滤波器；由电感、电容构成的复式滤波器称为LC滤波器。7.3 稳压电路稳压电路的作用：将滤波后直流电压变为稳定的直流电压。一.稳压管稳压电路利用稳压管的稳压特性可以组成最简单的稳压电路，如下图所示。VD为稳压管，在电路中起稳压作用。R为限流电阻，在电路中起降压作用，同时可以限制负载电流，当流过负载的电流超过R允许的最大电流时，R会烧断。二.串联稳压电路1. 基本稳压电路串联稳压

13、电路的基本结构如图所示，三极管VT为调整管。由于调整管与负载相串联，所以这种电路称为串联稳压电路。稳压管VD为调整管提供基极电压，称为基准电压。电路稳压过程是这佯的：VIVOVBEIBVT导通程度减弱VCEVO。2. 带放大环节的稳压电路若将输出电压的变化量加以放大，再去控制调整管，就能提高对调整管的控制作用，使输出电压的稳定性得到改善。带放大环节的稳压电路如下图所示。VT1是调整管；VT2是比较放大管；VD是稳压管，为VT2的发射极提供基准电压，R3、R4构成的电路叫做取样电路，R4上的电压叫取样电压。当某种原因引起输出电压VO上升时，稳压过程可以表示如下：VOVB(B点电压)IB2IC2VC2VB1IBlIClVCE1VO3. 输出电压可调的稳压电路在取样电路中加一可变电阻RP1，便可以实现输出电压在一定范围内连续可调，参考下图。例如，当RP1向上调时，VO也下降。若RP1下调，则输出电压VO上升。4. 用复合管做调整管的稳压电路要想提高电路的稳压性能，必然要求调整管有较高的值，但是，大功率三极管的值一般不高。解决这些矛盾的办法，是用复合管做调整管，如图所示。图中，VT3与VT1构成复合管。为了减小VT3的穿透电流对VT1