chapter正弦波振荡电路partnew

1、 第十章第十章 正弦波振荡电路正弦波振荡电路在没有输入信号的条件下，能够自行产在没有输入信号的条件下，能够自行产生一定幅度、一定频率的输出信号的电路。生一定幅度、一定频率的输出信号的电路。 振荡电路的定义：振荡电路的定义： 振荡电路的特点：振荡电路的特点： （1 1）不需要输入信号控制，与电压放大）不需要输入信号控制，与电压放大器不同。器不同。（2 2）属于信号发生电路，不属于信号处）属于信号发生电路，不属于信号处理电路。理电路。 振荡器振荡器正弦波振荡器正弦波振荡器非正弦波振荡器非正弦波振荡器（三角波、方波、锯齿波等）（三角波、方波、锯齿波等）正弦波振荡器的分类正弦波振荡器的分类变压器耦合反

2、馈式变压器耦合反馈式电感反馈式（电感三点式）电感反馈式（电感三点式）电容反馈式（电容三点式）电容反馈式（电容三点式）LCLC振荡器振荡器RCRC移相振荡器移相振荡器RCRC选频振荡器选频振荡器RCRC振荡器振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器1.1.掌握正弦波振荡电路的组成和振荡原理。掌握正弦波振荡电路的组成和振荡原理。2.2.掌握掌握RCRC桥式正弦波振荡电路的组成、工作原理。桥式正弦波振荡电路的组成、工作原理。3.3.掌握解掌握解LCLC正弦波振荡电路的组成、工作原理和性能正弦波振荡电路的组成、工作原理和性能特点。特点。4.4.了解石英晶体正弦波振荡电路的组成、工作原理和了解石英晶体正弦波振

3、荡电路的组成、工作原理和性能特点。性能特点。基本要求：基本要求：一、反馈放大器的基本方程一、反馈放大器的基本方程图图10.1 10.1 反馈放大器反馈放大器10.1 10.1 振荡的基本原理振荡的基本原理F Fo oX Xf fX X i iX X A Ai iX X只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自激振荡。FAAXXAiof1F oX fX iX A iX,1时当FA, 0, ifXA称自激或振荡。称自激或振荡。如果：如果：,ifXX则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiXoXfX反馈信号代替了放大反馈信号代替了放

4、大电路的输入信号。电路的输入信号。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+ +iXoXfX,1时当FAifXX事实上，自激振荡器并不需要外部事实上，自激振荡器并不需要外部U Ui i激激发。只要接通电源，发。只要接通电源，U UO O就会从无到有，逐渐就会从无到有，逐渐增大，最后达到平衡，输出稳定的正弦波。增大，最后达到平衡，输出稳定的正弦波。（1 1）起振条件）起振条件（2 2）平衡条件）平衡条件（3 3）稳定条件）稳定条件整个过程实现由三个条件保证：整个过程实现由三个条件保证：起振条件起振条件FjofFeUUFAjioAeUUA振幅起振条件：振幅起振条件： AF AF 11(

5、(使信号从无到有逐渐增大使信号从无到有逐渐增大) )相位起振条件：相位起振条件： A A+ + F F=2n=2n（正反馈）（正反馈） oUfU iUAF平衡条件平衡条件起振后，为了防止输出起振后，为了防止输出U UO O无限制的增大，无限制的增大，整个环路必须有稳幅电路，使输出稳幅振荡。整个环路必须有稳幅电路，使输出稳幅振荡。稳幅振荡的平衡条件：稳幅振荡的平衡条件：振幅平衡条件：振幅平衡条件：AF AF =1=1( (使信号稳幅振荡使信号稳幅振荡) )相位平衡条件：相位平衡条件：A A+ + F F=2n=2n（正反馈）（正反馈）稳幅电路稳幅电路内稳幅：内稳幅：通过放大器本身的非线性特性实现

6、。通过放大器本身的非线性特性实现。过程：过程：AF1Ui放大器进入非线性区间放大器进入非线性区间AAF AF=1外稳幅：外稳幅：反馈网络采取措施，随着反馈网络采取措施，随着AF的增大，正反的增大，正反馈减弱或负反馈增强，使馈减弱或负反馈增强，使AF下降最终达到下降最终达到平衡条件。平衡条件。起振起振平衡平衡1uuFA反馈振荡器的振荡过程反馈振荡器的振荡过程1uuFA起始信号的产生：起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。系列频率不同的正弦分量。要实现正

7、弦波振荡还有一个条件：要实现正弦波振荡还有一个条件：整个环路中必须含有整个环路中必须含有选频网络选频网络（LCLC选频、选频、RCRC选频或石英晶体选频），用来选出振荡选频或石英晶体选频），用来选出振荡频率。频率。根据选频网络不同，振荡器的分类：根据选频网络不同，振荡器的分类：（1）RC振荡器振荡器（2）LC振荡器振荡器（3）石英晶体振荡器）石英晶体振荡器R2c1R1R5R4R6RLC1Uf.R3C3V1V2c2C2UoUCCUi.反馈网络e1b1+iU判断下面电路是否能产生正弦波振荡：判断下面电路是否能产生正弦波振荡：无选频网络无选频网络R2c1R1R5R4R6RLC1Uf.R3C3V1V2

8、c2C2UoUCCUi.反馈网络e1b1+iU判断下面电路是否能产生正弦波振荡：判断下面电路是否能产生正弦波振荡：可以产生正弦波振荡可以产生正弦波振荡正弦波振荡电路与负反馈放大电路正弦波振荡电路与负反馈放大电路自激的比较自激的比较振荡电路振荡电路负反馈电路负反馈电路反馈极性不同反馈极性不同引入正反馈引入正反馈产生自激振荡产生自激振荡引入负反馈引入负反馈改善电路性能改善电路性能电路结构保证电路结构保证正反馈存在正反馈存在电抗元件使负电抗元件使负反馈变正反馈变正利用自激振荡利用自激振荡 避免自激振荡避免自激振荡振荡条件不同振荡条件不同目的不同目的不同10.2 RC10.2 RC正弦波振荡器正弦波振

9、荡器RCRC移相振荡器移相振荡器RCRC选频振荡器选频振荡器选频网络采用选频网络采用RCRC超前或滞后移相网络。超前或滞后移相网络。选频网络采用选频网络采用RCRC串并联谐振网络。串并联谐振网络。选频性能不强，波形较差。选频性能不强，波形较差。10.2.1 RC10.2.1 RC移相振荡器移相振荡器 ICRUoUiICRUoUi(a)(b) 图图10.17 RC10.17 RC串联移相网络串联移相网络 超前移相网络超前移相网络 滞后移相网络滞后移相网络 10.70C1450C90H()()图图10.18 RC10.18 RC串联超前网络的频率特性曲线串联超前网络的频率特性曲线 截止频率截止频率

10、 = RC RR1RfCCCRRUfUiUo图图10.19 RC10.19 RC超前移相网络振荡器超前移相网络振荡器 RCf6210 对于对于的信号，的信号， 180F 180A 0 AF 满足相位平衡条件满足相位平衡条件10.2.2 RC10.2.2 RC选频振荡器选频振荡器利用具有选频特性的利用具有选频特性的RCRC网络筛选出满足起网络筛选出满足起振条件的信号而实现振荡。振条件的信号而实现振荡。典型的典型的RCRC网络是网络是RCRC串并联网络串并联网络。UoRCCRUf( a )01RC13H (0( 90 90( b )( c )图图10.20 RC10.20 RC串并联网络串并联网络

11、 CRCRCRUUFfj1/j1j1/0)j(31oo RC1o 幅频特性和相频特性表达式为幅频特性和相频特性表达式为: 31arctan)( 91)(2ooFooFRCo1其中其中UoRCCRUf(a)01RC13H(0( 90 90(b)(c)图图10.21 RC10.21 RC串并联网络的频率特性曲线串并联网络的频率特性曲线 31F时，时，RC10 相移为相移为0 0ARCCRUfUoRftUitR1ARCRfR1RC(a)(b)图图10.22 10.22 文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器图图10.22 10.22 文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器RCf210对于对于的信号，的信号， 0F 0A

12、0 AF 满足相位平衡条件满足相位平衡条件瞬时极性法瞬时极性法判别相位条件判别相位条件 所谓相位条件即电路中必须引入正反馈，所谓相位条件即电路中必须引入正反馈，故正弦波振荡电路能否满足相位条件即是故正弦波振荡电路能否满足相位条件即是判断电路中是否引入了正反馈判断电路中是否引入了正反馈。瞬时极性判别方法：瞬时极性判别方法：输入信号和反馈信号在三极管的同一极：输入信号和反馈信号在三极管的同一极：输入信号和反馈信号的输入信号和反馈信号的瞬时极性相同为正瞬时极性相同为正反馈反馈，反之为负反馈。，反之为负反馈。UoRCCRUf( a )01RC13H (0( 90 90( b )( c )RCRC选频网

13、络选频网络RC选频网络中的输入与输出极性相同。选频网络中的输入与输出极性相同。311uRRAF311uRRAF12RRF12RRF即：即：即：即：RCg1 稳幅过程：稳幅过程：例：下图电路能否产生正弦波振荡？说明理由例：下图电路能否产生正弦波振荡？说明理由解：不能解：不能。 因为因为A=1，F=1/3，AFr r)c1-Lj(rCL)c1-Lj(rLjcj1Ljrcj1)Ljr (cj1Z )C1-Lj(rCLZ 当式中虚部系数为当式中虚部系数为0 0时，时，Z Z为实数，电路中电为实数，电路中电流与电压同相位。此时电路产生谐振，谐振频流与电压同相位。此时电路产生谐振，谐振频率即为率即为0C1

14、LOO LC21fo 当电路当电路处于谐振时电抗处于谐振时电抗为：为：CQLQRCL)C1-Lj(RCLZOOoo CLR1RC1RLQOO式中式中:谐振时谐振时LCLC并联谐振电路相当一个大电阻。并联谐振电路相当一个大电阻。Q:Q:品质因数品质因数， 是用来评价电路选频特性的指标。是用来评价电路选频特性的指标。CLR1RC1RLQOO 当当L L越大，越大， C C越小，越小，R R也越小时，则也越小时，则Q Q值值越大。越大。Q值越大，振幅特性曲线越尖锐，越值越大，振幅特性曲线越尖锐，越容易起振；同时容易起振；同时Z的相角在的相角在f0附近变化也附近变化也越急剧，即选频效果越好。越急剧，即选频效果越好。感性感性容性容性CLRuiLici关关系系与与)I(IICL 谐振时谐振时 ICQZIUOO C C上电流为上电流为 IQICQCUCIOOOC 通常通常Q1Q1， IIIL