第五章(正弦波振荡器)

5.1产生正弦波的条件5.2RC正弦波振荡电路第五章正弦波振荡器5-1产生正弦波的条件

正弦波发生电路的组成产生正弦波的条件

起振条件和稳幅原理为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。正弦波发生电路的组成必须包括：基本放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅环节。1.正弦波发生电路的组成1.产生自激振荡的条件fidXXX-=改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。+Xi–f基本放大器A反馈网络FX+doXX2.产生正弦波的条件产生自激振荡的条件(续)如果：,ifXX=则去掉,iX仍有信号输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号，不需要外加输入信号的激励。Xi+f基本放大器A反馈网络FX+doXXXdof基本放大器A反馈网络FXX产生自激振荡的条件(续)FA=1Xd=Xf所以，自激振荡条件也可以写成：自激振荡的条件：（1）振幅条件：（2）相位条件：pjjnFA2=+n是整数因为：..Xdof基本放大器A反馈网络FXX振荡时，反馈信号与输入信号大小相等，相位相等。3.起振条件和稳幅原理起振条件：结果：产生增幅振荡（略大于）1、被动：器件非线性2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益。稳幅过程：起振时，稳定振荡时，稳幅措施：起振过程Xdof基本放大器A反馈网络FXX4.正弦波振荡器的一般组成1.放大电路2.正反馈网络3.选频网络——只对一个频率满足振荡条件，从而获得单一频率的正弦波输出。常用的选频网络有RC选频和LC选频4.稳幅环节——使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小。5-2RC正弦波振荡电路

RC网络的频率响应

RC文式桥振荡电路

LC正弦波振荡电路RC串并联网络的选频特性R1C1串联阻抗：R2C2并联阻抗：选频特性：5-2-1RC网络的频率响应1)当信号的频率很低时：>>R1>>R2其低频等效电路为：其频率特性为：当ω=0时，uf=0，│F│=0=+90°当ω↑时，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF90°1.RC串并联网络的选频特性（定性分析）2）当信号的频率很高时：＜＜R1＜＜R2其高频等效电路为：其频率特性为：当ω=∞时，uf=0，│F│=0=-90°当ω↓时，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF-90°ω0=？│F│max=？由以上分析知：一定有一个频率ω0存在，当ω=ω0时，│F│最大，且=0°0|F|0φF90°0|F|0φF-90°R1C1串联阻抗：R2C2并联阻抗：频率特性：2.RC串并联网络的选频特性（定量分析）通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，则有：式中：可见：当时，│F│最大，且=0°

│F│max=1/3RC串并联网络完整的频率特性曲线：当时，│F│=│F│max=1/3φF+90°|F|5-2-2RC文式桥振荡器电路_++AR3R1C1R2C2R4RC选频网络同相比例运算电路Z1Z2+++为满足振荡的幅度条件加入R3R4支路，构成串联电压负反馈在f0处满足相位条件：因为：AF=131=F11f+=RRA1f2RR=只需：A=3输出正弦波频率：振幅条件：引入负反馈：选：1.RC文式桥振荡器电路的构成电压串联负反馈2.RC文式桥振荡器电路的稳幅过程D1D2_++AR3R1C1R2C2R4RC选频网络同相比例运算电路Z1Z2+++CDBAVIO例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才能起振？振荡频率f0=？AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k=1592Hz起振条件：能自动稳幅的振荡电路半导体热敏电阻(负温度系数）起振时Rt较大使A>3,易起振。当uo幅度自激增长时，Rt减小，A减小。

当uo幅度达某一值时，A→3。当uo进一步增大时，RT再减小,使A<3。因此uo幅度自动稳定于某一幅值。能自动稳幅的振荡电路

起振时D1、D2不导通，Rf1+Rf2略大于2R1。随着uo的增加，D1、D2逐渐导通，Rf2被短接，A自动下降，起到稳幅作用。将Rf分为Rf1

和Rf2，

Rf2并联二极管EWB演示——RC振荡器K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。振荡频率的调节：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振荡频率：1)RC移相电路

（1）RC超前移相电路

（2）RC滞后移相电路

φA+90°+180°+270°0°φA-90°-180°-270°0°3.RC移相式振荡电路2）RC移相式振荡电路

在f0处满足相位条件：5-2-3LC正弦波振荡器1.LC并联谐振回路的选频特性(阻性)LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。R为电感和回路中的损耗电阻当时，并联谐振。谐振时，电路呈阻性：

Q为谐振回路的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。谐振时LC并联谐振电路相当一个大电阻。|Z|Q小Q大1.LC并联谐振电路的频率响应互感线圈的极性判别1234初级线圈次级线圈同名端1234+–+–

在LC振荡器中，反馈信号通过互感线圈引出同名端：

工作原理：三极管共射放大器。利用互感线圈的同名端：

满足相位条件。振荡频率:2.变压器反馈式LC振荡电路判断是否是满足相位条件——相位平衡法：断开反馈到放大器的输入端点，假设在输入端加入一正极性的信号，用瞬时极性法判定反馈信号的极性。若反馈信号与输入信号同相，则满足相位条件；否则不满足。(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)LC正弦波振荡器举例满足相位平衡条件（+）（+）（–）（+）

LC正弦波振荡器举例振荡频率:（–）满足相位平衡条件仍然由LC并联谐振电路构成选频网络原理：uf与uo反相uf与uo同相电感三点式：电容三点式：uf与uo反相uf与uo同相3.三点式LC振荡电路（1）电感三点式LC振荡电路振荡频率：（2）电容三点式LC振荡电路振荡频率：例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。4.石英晶体振荡器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——频率偏移量。——振荡频率。LC振荡电路Q——数百石英晶体振荡电路Q——10000500000（2）基本特性（1）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

符号压电谐振（2）石英晶体（3）石英晶体的等效电路与频率特性等效电路：（1）串联谐振频率特性：晶体等效纯阻且阻值≈0（2）并联谐振通常所以X感性0容性利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路。（1）并联型石英晶体振荡器

石英晶体工作在fs与fp之间，相当一个大电感，与C1、C2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q值很高，