RC正弦波振荡电路

2024/1/221精选2021版课件3.8RC振荡器选频特性比LC选频网络差得多，电路中常采用负反馈以提高电路的选频特性。放大器工作于线性(甲类),故不能用自生反偏压稳幅，常采用非线性惰性反馈实现稳幅。2024/1/222精选2021版课件具有正负反馈两个通路的RC正弦波振荡器正负反馈两个通路的RC正弦波振荡器框图正反馈网络B+:产生振荡所必须；负反馈网络B-:抑制高次谐波。1、B+为带通特性，B-为全通特性实现振荡器的两种方案2、B-为带通特性，B+为全通特性在f0附近，正反馈>负反馈，满足起振条件；远离f0时，负反馈>正反馈，抑制高次谐波。2024/1/223精选2021版课件文氏电桥振荡器电阻Rf1和Rf2组成负反馈网络，全通网络正反馈网络有电阻R1﹑R2和电容C1﹑C2组成，具有带通特性两个反馈网络构成一个电桥，故此振荡器称为文氏电桥振荡器。起振条件正反馈网络的传输系数：负反馈系数电路的环反馈系数为平衡时要求振荡频率为2024/1/224精选2021版课件●稳幅措施

因为不可能有，故应使，使负反馈随输出电压的增大而增大。具体措施采用非线性惰性反馈稳幅。采用正温度系数的元件,采用负温度系数的元件。♦非线性热惰性元件稳幅:

用钨丝灯泡等正温度系数元件；

用热敏电阻等负温度系数元件。

要求非线性惰性元件有足够的惰性,使其非线性特性在信号周期内显现不出来。所以超低频正弦波振荡器不能使用非线性惰性元件稳幅。2024/1/225精选2021版课件♦二极管自动稳幅电路将二极管串接在通路中，利用二极管微变电阻随导通电流变化的特性改变负反馈深度。例如，当输出幅度增大时，流过二极管的电流增大，二极管的等效微变电阻减小，电路的负反馈增大，使输出幅度降低。

2024/1/226精选2021版课件

♦场效应管稳幅将场效应管当作一个压控电阻使用，代替电阻Rf1，当输出电压幅度增大时，使场效应管的等效电阻也增大，负反馈加强，从而使输出电压幅度减小，实现稳幅。2024/1/227精选2021版课件C3C2C1CeR1R2Rb2Rb1ReRcEcRCRCU1+Uc-UoU1+UR-UoIIUoIUCU1φφU1UoIUR

8精选2021版课件上式经两次微分可得：2024/1/229精选2021版课件2024/1/2210精选2021版课件对于同相积分器A2可有对于反相积分器A1可有它是一个标准正弦振荡方程式，其解为2024/1/2211精选2021版课件3.4石英晶体振荡电路1.正弦振荡器的频率稳定问题一、频率稳定性

振荡器的频率稳定度是指由于外界条件的变化，引起振荡器的实际工作频率偏离标称频率的程度。

一般用角频率或频率的相对变化量，即

=

–

0为角频率偏移，

f=f-f0为频率偏移，称为绝对频率稳定度。另一种表示，即

/

0

或f/f0来表示，其中0为振荡角频率，称为相对频率稳定度；根据测试时间的长短,将频率稳定度分成长期频稳度、短期频稳度和瞬时频稳度三种,测试时间分别为一天以上、一天以内和一秒以内频率稳定度通常用PPM来表示长期频稳度主要取决于元器件的老化特性,短期频稳度主要取决于电源电压和环境温度的变化以及电路参数的变化等等,而瞬时频稳度则与元器件的内部噪声有关。2024/1/2212精选2021版课件••••••Q••2024/1/2213精选2021版课件4、减少温度影响

5、稳定电源电压

6、采取屏蔽措施2024/1/2214精选2021版课件3.4.2石英晶体振荡器(CrystalOscillator)2024/1/2215精选2021版课件石英晶体的压电效应

基本特性是具有正压电效应和反压电效应。当交流电压加在晶体两端,晶体随电压变化产生应变称为反压电效应；而机械振动产生的应变又使晶体表面产生交变电荷成为正压电效应。当晶体几何尺寸和结构一定时,它本身有一个固有的机械振动频率。晶片厚度与振动频率成反比,工作频率越高,要求晶片越薄,因而机械强度越差,加工越困难,使用中也易损坏。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率ωs时,晶体片的机械振动最大,晶体表面电荷量最多,外电路中的交流电流最强,于是产生了谐振。石英谐振器产生机械振动时，有基音振动，还有各种奇次泛音振动。利用基音振动实现对频率控制的晶体称为基音晶体，其余称为泛音晶体。2024/1/2216精选2021版课件CoCgCoCg5Cg3CgLgLg3Lg5LgRg2024/1/2217精选2021版课件CoCgLgRgfqfp电容性电容性电感性fXqO国产B451MHz中等精度晶体的等效参数如下：Lq=4.00H，Cq=0.0063pF，

rq≤100～200Ω，Co=2～3pF。因而晶体的品质因数Qq很大，一般为几万至几百万

≥（12500～25000）

2024/1/2218精选2021版课件CLJTC1C2JT二,晶体振荡器电路(CircuitofCrystalOscillators)2024/1/2219精选2021版课件ECJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc二,晶体振荡器电路(CircuitofCrystalOscillators)晶体C1C2JTC32024/1/2220精选2021版课件LqrqCqCoCLLqCqrqCoC1C2C3gmubeg3ie2电路的谐振频率的估算:2024/1/2221精选2021版课件C1CcCeRb1Rb2ReL1LEcJTC2C1C2L1JT二,晶体振荡器电路(CircuitofCrystalOscillators)2024/1/2222精选2021版课件C1C2C3JTLRb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLEc二,晶体振荡器电路(CircuitofCrystalOscillators)2024/1/2223精选2021版课件二,晶体振荡器电路(CircuitofCrystalOscillators)••ωq•ω••2024/1/2224精选2021版课件2.泛音晶体振荡器工艺限制石英晶体最高基频，虽然目前能生产出高达几百兆赫兹的晶体，但频率高时,晶片很薄,机械强度脆弱,故当振荡频率高于几十MHz以上一般采用泛音晶体振荡器。●什么叫泛音:

泛音是石英晶体的机械谐波，但它与电气谐波不同，它只有奇次谐波，且不与基波和其他谐波同时并存，称为泛音。2024/1/2225精选2021版课件

(a)交流等效电路(b)L1C1回路的电抗特性L1C1回路的谐振频率必须设计在该电路所利用的n次泛音和（n-2）次泛音之间。

假设泛音晶振为五次泛音，标称频率为5MHz，基频为1MHz，则L1C1路必须调谐在5～3次泛音之间。2024/1/2226精选2021版课件

变容二极管是利用ＰＮ结的结电容随反向电压变化这一特性制成的一种压控电抗元件。变容二极管的符号和结电容变化曲线如图所示。3.5压控振荡器3.5.1变容二极管变容二极管结电容可表示为:v

外加控制电压

V

PN结的接触电位差（硅管约等于0.7V，锗管约等于0.3V）；

C0

为外加电压v=0时的结电容值

电容变化指数变容管压控振荡器的频率可控范围约为振荡器中心频率的±25％。

2024/1/2227精选2021版课件

将变容二极管作为压控电容接入ＬＣ振荡器中,就组成了ＬＣ压控振荡器。一般可采用各种形式的三点式电路。

需要注意的是,为了使变容二极管能正常工作,必须正确地给其提供静态负偏压和交流控制电压,而且要抑制高频振荡信号对直流偏压和低频控制电压的干扰,所以,在电路设计时要适当采用高频扼流圈、旁路电容、隔直流电容等。3.5.2变容二极管压控振荡器2024/1/2228精选2021版课件画出图例4.6(a)所示中心频率为360MHz的变容二极管压控振荡器中晶体管的直流通路和高频振荡回路,变容二极管的直流偏置电路和低频控制回路。2024/1/2229精选2021版课件压控振荡器的主要性能指标是压控灵敏度和线性度压控灵敏度定义为单位控制电压引起的振荡频率的增量

变容二极管压控振荡器的频率—电压特性非线性的,其非线性程度与变容指数

和电路结构有关在中心频率附近较小区域内线性度较好,灵敏度也较高。2024/1/2230精选2021版课件3.6负阻正弦波振荡器所谓负阻器件是指具有负微变电阻特性的器件。这种器件可以分为N和S两类。3.6.1负阻器件1.压控型负阻器件（N型）2.流控型负阻器件（S型）2024/1/2231精选2021版课件3.6.2负阻LC正弦波振荡器

负阻型LC正弦波振荡器的工作原理是依靠负阻器件的负阻特性给谐振回路补充能量，以维持正弦振荡。两种负阻器件在直流供电和与谐振回路的连接上有所不同。

1.直流电源供电方式●压控型

低内阻直流电源供电(恒压性质)。●流控型:

高内阻直流电源供电(恒流性质)。2024/1/2232精选2021版课件

2.谐振回路与负阻器件的连接

谐振回路与器件的连接原则是必须确保负阻器件工作于负阻区。在高Q条件下:●压控型采用器件与谐振回路并联连接流控型采用器件与谐振回路串联连接起振与平衡条件

将负阻器件等效一负电阻-r,而负电阻是给回路提供能量的，回路中的正电阻R则是消耗能量的。若负阻提供的能量大于正电阻消耗的能量，则电路中能激起增幅振荡。平衡时，二者相等。起振条件

平衡条件

稳幅条件2024/1/2233精选2021版课件负阻振荡器电路隧道二极管负阻振荡器电路隧道二极管与电感、电容组成并联谐振回路。起振条件:振荡频率:振幅稳定:随着振荡幅度增大，等效负阻绝对值增大，即满足2024/1/2234精选2021版课件Rb1Rb2RcReCeCoC1C2LCbEC3.7振荡器中的几种现象IEUB+UBE_+UE_2024/1/2235精选2021版课件Rb1Rb2RcReCeCoC1C2LCbEC2当起振后ubieUE+UBE_2024/1/2236精选2021版课件Rb1Rb2CbRcReCeC1C2C3R2EC二,频率拖曳现象2024/1/2237精选2021版课件ω01ω01ω

ω02

ω

ω01ω01ω022024/1/2238精选2021版课件abdcωω01ω01ω022024/1/2239精选2021版课件

三、寄生振荡所谓寄生振荡即不是人为安排，而是由于电路中的寄生参数形成了正反馈，并满足自激条件而产生的振荡。表现形式1.寄生振荡叠加在有用波形上。2.频率很高的寄生振荡一般示波器观察不到，但振荡器工作不正常，振荡波形和电路工作状态受人手触摸的影响。寄生振荡的类型主要有反馈寄生振荡、负阻寄生振荡和参量寄生振荡。1、反馈型寄生振荡

在放大器的输入与输出回路之间，存在各种内部和外部的寄生反馈引起的。

超低频：滤波电容、旁路电容、扼流圈的器件,产生超低频寄生振荡。高频：滤波电容在高频时呈现寄生电感，晶体管的极间分布电容等大电容旁加小电容、选择合理的放大倍数元器件分布电容﹑互感形成的寄生耦合静电耦合和磁耦合合理布局或加屏蔽静电屏蔽（用高导电率材料）磁屏蔽（用高导磁率材料）。2024/1/2240精选2021版课件负阻型寄生振荡

由器件的负阻现象产生的振荡，主要有雪崩负阻振荡和过压负阻振荡。

雪崩负阻振荡是指晶体管工作进入雪崩击穿区时，器件对外呈现负阻特性，从而产生负阻振荡。这种寄生振荡一般只在放大器激励信号的负半周才出现。

当放大器工作于过压状态时，也会出现某种负阻现象，这是由于晶体管进入正向工作，在集电极与基极间有一个低阻通路，在输入端产生反馈，可能呈现负阻，由此产生的寄生振荡（高于工作频率）一般只在放大器激励电压的正半周出现。

参量寄生振荡

在晶体管高频功率放大器中，由于晶体管结电容的非