信息与通信第十章正弦波振荡电路

1、信息与通信第十章正弦波振荡电路10-1 振荡的根本原理一、反响放大器的根本方程二、起振过程和平衡条件10.2 RC正弦波振荡器10.2.1 RC移相振荡器 10.2.2 RC选频振荡器8/24/2022210.3 LC正弦波振荡器10.3.1 变压器耦合反响式振荡器10.3.2 电容反响式振荡电路10.3.3 电感反响式振荡电路8/24/2022310.4 石英晶体振荡器10.4.2 石英晶体的物理特性和电特性10.4.4 并联型石英晶体振荡器10.4.3 串联型石英晶体振荡器8/24/20224文氏电桥振荡电路LC并联谐振回路的特性LC正弦波振荡电路分析稳频措施串联晶体振荡器举例附 录8/2

2、4/20225振荡电路是指在没有 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。张弛振荡电路产生方波、锯齿波形等正弦振荡电路反响型负阻型RC振荡器LC振荡器晶体振荡器8/24/20226一、反响放大器的根本方程图10.1 反响放大器10-1 振荡的根本原理FoXfXiX AiX8/24/20227FoXfXiX AiX8/24/20228二、起振过程和平衡条件 反响型振荡器组成方框图FoUfU AiU8/24/202291起振过程及起振条件 相位起振条件 幅度起振条件 FoUfU AiU8/24/202210振幅平衡条件 相位平衡条件 FoUfU AiU8/24/2022

3、11(取n=0) 令那么 8/24/202212图10.5 LC并联回路负载相角与频率的关系 8/24/202213起振平衡反响振荡器的振荡过程8/24/20221410.2 RC正弦波振荡器RC 电路作为选频网络的振荡器。振荡频率较低，一般在几十kHz以下。RC移相振荡器RC选频振荡器选频网络采用RC超前或滞后移相网络。选频网络采用RC串并联谐振网络。8/24/20221510.2.1 RC移相振荡器 图10.17 RC串联移相网络 超前移相网络 滞后移相网络 8/24/202216图10.18 RC串联超前网络的频率特性曲线 截止频率 = RC 8/24/202217图10.19 RC超前

4、移相网络振荡器 8/24/20221810.2.2 RC选频振荡器图10.20 RC串并联网络 8/24/202219图10.21 RC串并联网络的频率特性曲线 8/24/202220图10.22 文氏电桥振荡器8/24/20222110.3 LC正弦波振荡器采用LC谐振回路作为选频网络的反响式振荡器称为LC正弦波振荡器。可以产生几十兆赫以上的正弦波信号。 变压器耦合反响式电感或电容反响式8/24/202222图10.23 三种不同接法的变压器耦合反响式振荡器 是否满足正反响判断方法：“射基集同名规那么 (CE)(CB)(CB)CE：射基同名；-CB：射集同名。CC：射基同名。8/24/202

5、223LC2cbeCICILUbUf Uo10.3.2. 电容反响式振荡电路图10.24电容反响式振荡器的交流通路CE 18/24/20222410.25电容反响式振荡器电矢量关系 ILUoICUfLC2cbeCICILUbUf Uo18/24/202225LC2cbeCICILUbUf Uo18/24/202226图10.25电容三点式振荡器及其交流通路CB 8/24/202227图10.25电容三点式振荡器及其交流通路CB 8/24/20222810.3.3 电感反响式振荡电路8/24/202229(b)UfUb UoIL ICRBRLcL1L2Cbe图10.26电感反响式振荡电路及其交流

6、通路 8/24/202230注：L1与L2之间无互感。(b)UfUb UoIL ICRBRLcL1L2Cbe8/24/202231电感或电容反响式振荡器是否满足正反响判断方法“射同基反规那么 EB,EC:同性质电抗元件; BE,BC:异性质电抗元件. 8/24/202232例1 在振幅条件已满足的前提下，用相位条件去判断如下振荡器是否能震荡？ (b) (a) 8/24/20223310.4 石英晶体振荡器1. 频率的准确性 2. 频率的稳定性中波播送发射机：10-5；电视发射机：10-7测量值 设计值 8/24/20223410.4.2 石英晶体的物理特性和电特性1. 石英谐振器的物理特性1)

7、 正压电效应 正压电效应：把机械能转化成电能。 2反压电效应反压电效应：把电能转化成机械能。 8/24/202235交变电场 机械形变振动.通常机械振动振幅和外加交变电场的振幅都非常微小。只有在外加交变电压的频率为某一 特定频率时，振幅才突然增加，机械振动最强，电路里高频电流最大，此现象称为压电谐振。通常说石英晶体就是指石英谐振器。谐振在晶体的基音(Fundamental)或奇次泛音(Overtone)(3、5、7次泛音) 。8/24/202236图10.30 石英晶体的等效电路和电抗特性(a)晶体符号；(b)某振动模式的电等效电路2. 石英谐振器的电特性(a)(b)频率丰富的谐振系统支架电容

8、几个pF亨利百欧8/24/202237图10.30 (c)某一频率等效电路； (d)电抗特性其它支路失谐，近似开路8/24/2022388/24/202239其值约为10-3量级 8/24/20224010.4.3 串联型石英晶体振荡器T1 T2 R1 R2 R3 R4 R5R6 晶体 +VCC C uo 串联型石英晶体振荡器把石英晶体用作选频短路线8/24/20224110.4.4 并联型石英晶体振荡器图10.32 并联型石英晶体振荡器(a)原理电路; (b)交流通路并联型石英晶体振荡器把石英晶体用作电感元件 8/24/2022428/24/202243图10.32 并联型晶体振荡器振荡频率

9、的图解确定 Xewwpwg1wC1C2C1C2ws+晶体的标称频率CL8/24/202244文氏电桥振荡电路A+-RRCC8/24/202245A+-RRCC文氏电桥多用于产生20HZ200kHZ的低频信号发生器中。8/24/2022461. 振荡频率因为振荡电路的相位条件为图中，所以2. 起振条件即构成的串联电压负反响电路，能起到稳定输出幅度的作用。提高了输入电阻，减小了输出电阻。8/24/202247A+-RRCC8/24/202248LC并联谐振回路的特性CrL电路图Z8/24/202249令8/24/202250一 谐振时回路参数固有角频率8/24/202251二 LC并联回路的频率特

10、性并令考虑 附近情况，则可认为；那么8/24/202252|Z|(b)幅频特性感性容性(c)相频特性8/24/202253考察不同的值时频率特性，Q越大，幅频特性越锋利，说明选频特性越好。时，纯阻性时，Z显容性，时，Z显感性，8/24/202254LC正弦波振荡电路分析一 电感反响式(电感三点式)+图1 电感反响式振荡器2318/24/202255(b)交流电路8/24/202256( LC回路呈纯阻性,即满足该条件 )( 同名端设置正确 )8/24/202257为折合到L1两端的等效并联总电阻。其中为互感。8/24/202258波形较差。因为反响取自电感越高，反响越强，反响和输出信号中含高次

11、谐波。8/24/202259二.电容反响式振荡电路(电容三点式)图10-14 SMB-10示波器中LC振荡器原理图8/24/202260(b)交流通路8/24/202261 优点：波形较好。因为反馈取自电容反响和输出信号中谐波分量小。8/24/202262一 影响频率稳定度的主要因素1.电源电压或温度变化，使振荡管的工作点变化，导致谐振回路等效电阻值变化，另外使管子的发射结和集电结等效电容改变，它们都引起振荡频率的变化。2.回路L、C元件的老化，引起振荡频率的变化。3.负载变化引起振荡频率的变化。稳频措施8/24/202263二 稳频措施1.采用稳定电源，稳定直流工作点，以减小极间电容变化。2

12、.在负载和振荡电路间加缓冲级，隔离负载对振荡的影响。3.对决定振荡频率的元件要保证其准确度和稳定性。4.采用高Q值 LC振荡电路，Q越高，选频特性越好。实际LC回路的Q值最高仅达数百，频率稳定度很难突破 数量级。石英晶体振荡电路频率稳定度可达 左右，甚至 。8/24/202264例题 对图10-19晶体振荡器，晶体串联谐振频率为10MHz.(1) 说明该电路属于哪种形式的晶体振荡电路。(2) 求所需L值.(3) 求等幅振荡时的 值.8/24/202265图 10-19 晶振电路8/24/202266解:(1) 该电路为串联型晶体振荡器，晶体等效为短路元件， 为反响电容， 两端反响电压与运放输出端电