第23讲8~1正弦波振荡电路

第二十三讲正弦波振荡电路一、正弦波振荡电路二、RC正弦波振荡电路三、LC正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成1.正弦波振荡的形成无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。在电扰动下（合闸通电瞬间），对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：放大倍数A=10反馈系数F＝0.2放大倍数A=2假如反馈系数F＝0.2输出会越来越小，直至衰减为零。输出会逐渐增大，产生振荡。（1）假如（2）由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。。2.正弦波振荡的条件

一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即幅值平衡条件相位平衡条件起振条件：

要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电时对于f=f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。3.正弦波振荡起振与稳幅电路如何从起振到稳幅？稳定的振幅非线性环节的必要性！实现稳幅1)放大电路：起放大作用，实现能量的控制2)正反馈网络：满足相位平衡条件3)选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡4)非线性环节（稳幅环节）：稳幅4.正弦波振荡电路的基本组成部分1)判断是否存在主要组成部分；2)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；3)是否满足相位条件，用瞬时极性法是否存在正反馈，即是否存在f0，是否可能振荡（祥见下页）

；4)是否满足幅值条件，即是否一定振荡。常合二为一5.分析方法相位条件的判断方法：瞬时极性法

断开反馈，在断开处给放大电路加f＝f0的信号Ui，且规定其极性，然后根据

Ui的极性→Uo的极性→Uf的极性若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。

在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。极性？6.

分类根据常用选频网络所用元件分类。1)RC正弦波振荡电路：几百千赫以下2)LC正弦波振荡电路：几百千赫～几百兆赫3)石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定二、RC

正弦波振荡电路1.RC串并联选频网络(由相同的RC组成的串并联选频网络如下：)低频段高频段在频率从0～∞中必有一个频率f0，φF＝0º。RC串并联选频网络的频率响应(传递函数)当f=f0时，不但φ=0，且最大，为1/3。幅频、相频特性∴RC串并联网络在f0处发生谐振。要产生正弦波振荡，需满足起振条件：因为，RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数略大于3的放大电路放大器+-RCRC+-放大电路的输入电阻Ri与RC并联支路并联∴要求Ri越大越好放大电路的输出电阻R0与RC串联支路串联；∴要求R0越小越好1)是否可用共射放大电路？2)是否可用共集放大电路？3)是否可用共基放大电路？4)是否可用两级共射放大电路？2.电路组成(的一般原则)不符合相位条件不符合幅值条件输入电阻小、输出电阻大，影响f0

可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于3，且Ri大、Ro小，对f0影响小RC串并联正弦振荡电路对放大电路的要求：①对于振荡频率f0而言，必须是同相放大电路；②对于振荡频率f0而言，电压放大倍数略大于3；③输入电阻尽量大；④输出电阻尽量小；具有深度负反馈的电压串联负反馈放大电路3.

RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）1）用同相比例运算电路作放大电路。

因同相比例运算电路U0、Ui有非常好的线性度，为了稳定输出电压的幅值。故R1或Rf可用热敏电阻（一般R1选正温度系数热敏电阻，Rf选负温度系数热敏电阻）；或加二极管作为非线性环节。起负反馈作用。文氏桥振荡器的特点？2）频率可调的文氏桥振荡器加稳压管可以限制输出电压的峰-峰值。同轴电位器RC串并联选频网络改变电阻R或电容C可改变振荡频率切换电容频段选择（粗调）频率选择（微调）双联可调电位器双联可调电容器切换电阻讨论一：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路讨论二：判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？1）RC移项式电路（P472的8.4题）1)RC移相电路有几级才可能产生正弦波振荡？2)若R和C互换呢？解：①对上图，因为共射放大电路的输出与输入电压反相（φA=-1800），且C1和R1、C2和R2、C3和Ri构成三记移相电路，均为超前网络，故在信号频率由0到无穷大时相移为+2700~00，因此存在使相移为+1800（φF=+1800）的频率，即存在满足正弦波振荡相位条件的频率f0(此时，φA+φF=0)；且在f=f0时有可能满足起振条件|AF|>1，所以上图由可能产生正弦波振荡。故RC移相电路有三级才可能产生正弦波振荡。②若R和C互换，因为共射放大电路的输出与输入电压反相（φA=-1800），且R0和C1、R1和C2、R2和C3构成三记移相电路，均为滞后网络，故在信号频率由0到无穷大时相移为00~-2700，因此存在使相移为-1800（φF=-1800）的频率，即存在满足正弦波振荡相位条件的频率f0(此时，φA+φF=-3600)；且在f=f0时有可能满足起振条件|AF|>1，所以上图由可能产生正弦波振荡。1）RC移相式振荡电路8CRRfRCRC一节RC环节移相90二节RC环节移相180三节RC环节移相270对于的信号，—满足相位平衡条件优点：结构简单缺点：选频特性差，输出波形差经分析知，C2和RW构成的反馈网络为正反馈，正反馈在放大电路的通频段内对不同频率信号的强弱相同；CRC和RCR组成的双T网络所引起的反馈为负反馈，对不同频率信号的强弱不同。所以在谐振频率f0下双T选频网络呈纯阻性，等效电阻很大；因而电路仅可能产生频率为f0的正弦波振荡。2）RC双T选频网络解：选频网络和正反馈网络是两个分开网络。①CRC和RCR组成的双T网络构成选频网络；C2和RW构成反馈网络。②判断两路反馈的极性：采用瞬时极性法，断开场效应管栅极的反馈，假如输入电压，并规定其对地为正，见右图所示。+-AuoR2CRfRR2R1R1C已知：R1=10K，R2=100K，Rf=18KR=10K，C=0.01uF试：求解（1）RW的下限值（2）振荡频率的调节范围解：（1）根据起振条件（2）振荡频率例题：或加入稳幅措施热敏电阻稳幅8CR1RfRCR为使电Au为非线性，起振时，应使Au>3，稳幅后Au=3。正温度系数负温度系数二极管稳幅8R1R2V1V2R312.4k>R2>8.1k起振时信号小，二极管电阻大Au

1+(R2+R3)/R1>3R2>2R1-R3起振后二极管电阻逐渐减小，Au

1+R2/R1=3为使失真小：R2<2R1f0=1.94kHz8.2k6.2k22k4.3k0.01F8.2k0.01F理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。f较小时，容抗大，网络呈感性；f较大时，感抗大，网络呈容性。谐振频率为在损耗较小时，品质因数及谐振频率各种损耗等效电阻三、LC正弦波振荡电路类型：变压器反馈式、电感三点式、电容三点式1.LC并联网络的选频特性上式8.1.14表明，选频网络的损耗R越小，在谐振频率相同时，电容容量选的越小，电感数值选的越大，Q品质因数越大，电路选频特性越好。在f＝f0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？在f＝f0时，电路的电抗经计算得：Z0=R+Q2R；在Q》1时，Z0=≈

Q2R≈QXL

≈QXC在f＝f0时，当网络的输入电流为I0时，电容和电感的电流为QI0。••形成环流，大小是总电流的Q

倍LuCr–

+iiLiCIC•IL•U•I•附加相移LC选频放大电路→正弦波振荡电路

当f=f0时，电压放大倍数的数值最大，且附加相移为0。0Z

Z0Q大Q小幅频特性0f90º-90ºQ增大相频特性对于其余频率的信号，电压放大倍数不但数值减小，而且存在附加相移。电路举由选频特性。若在电路中引入正反馈，并能用反馈电压取代输入电压，则电路就称为正弦波振荡电路。

构成正弦波振荡电路最简单的做法是通过变压器引入反馈。根据引入反馈方式的不同，LC正弦波电路分为：变压器反馈式、电感三点式、电容三点式；所用放大电路视振荡频率而定，可以是共射电路，也可以是共基电路。2.

变压器反馈式电路（理解）C1是必要的吗？隔直通交特点：易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：1)是否存在组成部分（四部分）；2)放大电路是否能正常工作；3)是否满足相位条件（存在正反馈）。为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。必须有合适的同铭端！3.电感反馈式电路（理解）反馈电压取自哪个线圈？N2线圈反馈电压的极性？同与假定输入的电压极性，存在正反馈。必要吗？

电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三点式电路。3.

电感反馈式电路特点：耦合紧密，易振，振幅大，C用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。

由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。起振条件：4.

电容反馈式（电容三点式）电路（理解）

若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当电容减小到一定程度时，晶体管的极间电容将并联在C1和C2上，影响振荡频率。为消除极间电容的影响，使振荡频率稳定，故在电感支路串上小电容C。特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。与放大电路参数无关作用？4、电容三点式振荡电路考毕兹振荡器(Colpitts)×+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123LC3•••优点：波形较好缺点：2)V极间电容影响f01)调频时易停振C3的改进四、石英晶体正弦波振荡电路1.石英晶体的特点SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。1）结构晶片涂银层焊点2）符号3）压电效应形变形变机械振动外力4）压电谐振—外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。5）等效电路rqC0CqLqCo

—晶片静态电容(几~几十pF)Lq

—

晶体的动态电感(10-3~102H)(大)rq

—

等效摩擦损耗电阻(小)Cq

—晶体的动态电容(<0.1pF)(小)大小小大容性感性阻性6）频率特性和谐振频率fs是Lp、Cp、rp支路产生串联谐振时的频率，此时支路呈阻性。串联谐振时，在谐振频率下，整个网络的电抗等于rp并联C0得容抗，因rp《Ω0c0，故可近似认为石英晶体也呈阻性，等于rp。当f<fs时，C0和Cp电抗较大，起主导作用，石英晶体呈容性。

一般LC选频网络的Q为几百，石英晶体的Q可达104～106；前者振荡频率的稳定度为Δf/f为10－5，后者可达10－10～10－11。因此石英晶体的选频特性是其它选频网络不能比拟的。当f>fs时，Lp、Cp、rp支路呈感性，将与C0产生并联谐振，石英晶体又呈阻性，谐振频率为：当f>fp时，电抗主要决定于C0，石英晶体又呈容性。所以，只有在：fs<f<fp的情况下，石英晶体才呈感性。故呈感性的频带很狭窄。7）使用注意（2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。（1)要接一定的负载电容CL(微调)，