第十三讲正弦波振荡电路

1、集成运放的应用o信号运算电路o信号处理电路(有源滤波器)o信号产生电路n正弦信号产生电路o学习要求n掌握正弦信号产生电路的振荡条件n理解RC、LC振荡电路的组成及原理自激振荡现象图 7.1 自激振荡现象 扩音机扬 声 器话 筒扩音系统在使用中有时会发出刺耳的啸叫声, 其形成的过程如图7.1所示。 o功能在无输入信号情况下，将电源的直流能量转换成具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号的能量，且输出信号的频率、波形、幅度完全由电路自身的参数决定。o分类n正弦波振荡器oRC 正弦波振荡器：1HZ1MHZoLC 正弦波振荡器： 1MHZ以上o石英晶体振荡器：振荡频率稳定n非正弦波振荡器o方波、o三

2、角波o锯齿波概述 正弦波振荡电路n正弦波振荡的振荡条件nRC正弦波振荡电路nLC正弦波振荡电路n石英晶体振荡器1、反馈型正弦波振荡器从输出信号中取出一部分反馈到输入端作为输入信号，勿须外部提供激励信号，能产生持续等幅正弦波输出。正反馈放大电路框图（注意与负反馈方框图的差别）fiaXXX 若环路增益1 FA则， faXX 去掉， iXoX仍有稳定的输出。又fafa AFFAFA所以振荡条件为 振幅平衡条件 相位平衡条件（平衡条件）1AFAF0,1, 2,2,.afnn一、正弦波振荡电路的振荡条件与负反馈自激振荡的条件比较 自激振荡条件1FA（平衡条件）一、正弦波振荡电路的振荡条件2、起振和稳幅起

3、振平衡UiTA10UiA UiAUiAn起振 保证振荡器能从无到有建立起振荡。n起振信号源o接通直流电源扰动噪声；o放大器件内热噪声。o噪声中，只有满足相位平衡条件的某一频率0噪声信号得到有效放大。n稳幅o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。o利用非线性元件n二极管n热敏元件1AFAF0,1, 2,2,.afnnn起振条件 # 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？1AFAF1AFAF3、基本组成部分n1) 放大电路：放大作用n2) 正反馈网络：满足相位条件n3) 选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡n4) 非线性环节（稳幅环

4、节）：稳幅常合二为一n1) 是否存在主要组成部分；n2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路；n3) 是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡 ；（判断方法：瞬时极性法）n4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。4、分析方法二、RC正弦波振荡电路o电路组成oRC串并联选频网络的选频特性o振荡电路工作原理o稳幅措施1、电路组成反馈网络兼选频网络RC 桥式振荡电路又名文氏电桥振荡电路反馈系数2、RC 串并联选频网络的选频特性)()()(ofsVsVsFV 幅频响应又212ZZZ 2)(31sCRsCRsCR j s且令RC10 则)( j310

5、0 VF2002)(31 VF相频响应3)(arctg00f 2、RC 串并联选频网络的选频特性当2002)(31 VF幅频响应有最大值3)(arctg00f RCffRC21 100 或或 31max VF相频响应0f 3、振荡电路工作原理电路满足相位平衡条件0f 当RC10 时，2fan o相位平衡条件0a 利用瞬时极性法判断RC正弦波振荡电路是否满足相位平衡条件： 断开回路，引进输入。3. 振荡电路工作原理若放大电路的电压增益则电路满足振幅平衡条件当RC10 时，311f RRAV1313 VVFA 电路可以输出频率为 的正弦波。RCf210 RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1

6、MHz 的正弦波。31maxVVFFo振幅平衡条件采用非线性元件4、稳幅措施4热敏元件热敏电阻起振时，311f RRAV即1 VVFA热敏电阻的作用 oV 功功耗耗 fR 温度温度 fR 阻阻值值 fR3 VA1 VVFA稳幅 VA采用非线性元件4二极管稳幅原理 oV3 VA1 VVFA稳幅 VA31132 RRRAV起振时联支路的等效电阻联支路的等效电阻并并和和、是是其中其中2133DD RR 3R4. 稳幅措施稳幅环节课堂练习 电路如图所示，试用相位平衡条件判断哪个电路可能振荡，哪个不能，并简述理由。（+）（-）（-）（-）不满足相位平衡条件，不满足相位平衡条件，不能振荡。不能振荡。满足相

7、位平衡条件，满足相位平衡条件，能振荡。能振荡。（+）（+）（+）RC振荡电路应用-电子琴电路图 1是 RC正弦波振荡电路组成的最简单的电子琴电路。按下不同的琴件（图中用开关表示），就能发出不同的琴音。已知C 调八个基本音阶的频率如表 1 所示，图中 R1R2 。_+ +RfR21R22R23R24R21R22R23R24uo图图 1R11kC10.1FC10.1F R43.3k1k功放功放+UCC音阶音阶 1 2 3 4 5 6 7 1频率频率/ Hz 264 297 330 352 396 440 495 528表表 1 C 调八个基本音阶的频率调八个基本音阶的频率三、LC正弦波振荡电路n

8、变压器反馈式LC振荡电路n 三点式LC振荡电路n 石英晶体振荡电路n LC选频放大电路1、 LC选频放大电路LRCLRCZ jj1)j(j1 等效损耗电阻)1j(CLRCLZ 一般有LR 则当 时，LC10 电路谐振。LC10 为谐振频率谐振时阻抗最大，且为纯阻性1. 并联谐振回路并联谐振回路阻抗频率响应（a）幅频响应）幅频响应 （b）相频响应）相频响应 1、 LC选频放大电路L1C： 选 频 网 络V、 Rb1、 Rb2、 Re、Ce、 C1组 成 共 射放 大 电 路L1( )C( )RLL3L2( )( )VCeReRb2( )C1Rb1T UCC L2： 反 馈 线 圈 引 入正 反

9、馈2、变压器反馈式LC正弦波振荡电路LCf 210180 A 180 F 0 AF 满足相位平衡条件2、变压器反馈式LC正弦波振荡电路3 、 三点式LC振荡电路仍然由LC并联谐振电路构成选频网络A. 若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。1. 三点式LC并联电路 中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。三点的相位关系B. 若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1 )2(2121210CMLLLCf 优点：缺点：易起振(L 间耦合紧)；易调节(C 可调)。输出取自电感，对高次谐波阻抗大，输出波形差。M123oUiUfU电感三点式振荡电路考毕

10、兹振荡器(Colpitts)LCCCCLCf212102121 优点：波形较好缺点：2) V 极间电容影响 f01) 调频时易停振克拉泼振荡器(Clapp) 3211111CCCC 31C 212130LCLCf +VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123LC3改进oUiUfU电容三点式振荡电路4、 石英晶体振荡电路Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。1. 频率稳定问题频率稳定度一般由 来衡量0ff 频率偏移量。f 0f振荡频率。LC振荡电路 Q 数百石英晶体振荡电路 Q 10000 5000002. 石英晶体的基本特性与等效电路结构极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场压

11、电效应交变电压机械振动交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大。压电谐振4、 石英晶体振荡电路3. 等效电路RC0CLCo 晶片静态电容(几 几十 pF)L 晶体的动态电感(10-3 102 H)(大)C 晶体的动态电容( U+H , 就有 u- u+ ,在 uc U+H 时， u- RwcUOMuo0t- UOM占空比可调方波三角波发生器 A1R2R1R5R3uo1VR4A2uoC(a)uo0uo1UZ0UZtt(b)Z12URRZ12URRUZ211o2121oRRRuRRRuu当u0时,uo1Z;当u0时, uo1Z。 31220zo m

12、TUd tUR CCRRRf32142om1zRUURA1R2R1R1R3VR4A2uoCRP三角波发生器 A1R2R1R6R3V2R4A2uoCR PR5V1(a)uo0uo1Uz0 Uztt(b)uo1UZZ12URRZ12URR思路：改变充放电时间常数 当uo1Z时,1反偏截止,正向积分的时间常数为; 当uo1Z时,1正偏导通,负向积分的时间常数为（）锯齿波发生电路A1R2R1R6R3V2R4A2uoCR PR5V1(a )uo0uo1Uz0 Uztt(b )uo1UZZ12URRZ12URR4放大电路（包括负反馈放大电路）振荡电路基本组成部分4反馈网络（构成正反馈的）4选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈 网络合二为一。）4稳幅环节起振条件1)()( FA2)()(fan 1