电子技术基础（第五版）课件 第6章 正弦波振荡器

课题六正弦波振荡器6.1自激振荡原理6.2RC

振荡器6.3LC

振荡器课题小结

6.1自激振荡原理

6.1.1振荡演示在图6.1所示电路中，把直流电源UCC调到12V，闭合开关S1、S2。用示波器观察输出端Uo是一个稳定的正弦波交流信号。这时我们观察到的振荡器与前面所讲的放大电路不同，放大电路是把输入端一个较小的交流信号放大成一个较大的交流信号；而振荡电路在没有输入信号的情况下，输出端将输出一个交流信号，这种情况称为自激振荡。图6.1自激振荡演示电路

图6.2自激振荡的产生

图6.3自激振荡的建立

6.1.4正弦波振荡电路的组成

从以上分析可知，一个自激振荡电路应由以下几个部分组成：

(1)放大电路。

(2)正反馈网络。

(3)选频网络。

(4)稳幅环节。

综上所述，一个正弦波振荡电路应当包括放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅环节四个组成部分。

6.2RC振荡器

图6.4RC串并联网络及低、高频率等效电路

在图6.4(a)中，有

取R1=R2=R，C1=C2=C，则

图6.5RC串并联网络的频率特性

2.RC桥式振荡电路分析图6.6RC桥式正弦波振荡电路

6.2.2RC移相式振荡器

1.RC移相选频原理

RC电路有超前移相或滞后移相两种，如图6.7所示。在移相电路中，若用其中一种移相电路作为反馈网络，至少需三节RC超前或滞后电路串接，才能移相180°，因为一节RC电路最大移相不超过90°。图6.7RC移相电路

2.RC移相式振荡电路分析

图6.8所示放大电路为一共射极分压式偏置放大电路，其输出电压与输入电压倒相，即φa=

-180°。图中用三节RC超前移相电路，可使φf=+180°，那么φ=φa+φf=0°，满足振荡的相位条件。若用三节RC滞后移相电路，使其中φf=-180°，即φ

=φa+φf=-360°，同样可满足振荡的相位条件。调整放大倍数即可满足振荡的幅值条件。RC移相式振荡器的振荡频率为图6.8RC移相式振荡电路

6.3LC振荡器

6.3.1LC并联谐振的选频特性图6.9(a)所示为一LC并联回路，R

为回路的等效损耗电阻。在图6.9(a)电路中，有

通常R≪ωL，所以

Q为品质因数。Q

值越大，R值越小，谐振时阻抗值越大，相角随频率变化的程度越急剧，说明选频效果越好。LC并联电路的频率特性如图6.9(b)、(c)所示。图6.9LC并联电路及频率特性

6.3.2变压器反馈式LC振荡电路

1.电路组成

图6.10所示为一变压器反馈式LC振荡电路。图中，L1C并联回路作为三极管的集电极负载，是振荡电路的选频网络。变压器反馈式振荡电路由放大电路、反馈网络和选频网络三部分组成。电路中三个线圈作变压器耦合。线圈L1与电容C组成选频电路，L2是反馈线圈，与负载相接的L3为输出线圈。图6.10变压反馈式振荡电路

2.振荡条件及振荡频率

集电极输出信号与基极的相位差为180°，通过变压器的适当连接，使L2两端的反馈交流电压又产生180°相移，即可满足振荡的相位条件。自激振荡的频率基本上由LC并联谐振回路决定。即

3.电路特点

变压器反馈式振荡电路的特点是电路结构简单，容易起振，改变电容大小即可方便地调节振荡频率。在应用时要特别注意线圈L2的极性，否则没有正反馈，无法振荡

6.3.3电感三点式LC振荡器

1.电路结构

图6.11所示为电感三点式LC

振荡器，图(a)是用晶体管作放大电路；图(b)是用运放作放大电路。特点是电感线圈有中间抽头，使LC回路有三个端点，并分别接到晶体管的三个电极上(交流电路)，或接在运放的输入、输出端。

2.振荡条件及频率

在图6.11(a)中，用瞬时极性法判断相位条件，若给基极一个正极性信号，晶体管集电极得到负的信号。在LC并联回路中，1端对“地”为负，3端对“地”为正，故为正反馈，满足振荡的相位条件。振荡的幅值条件可以通过调整放大电路的放大倍数Au和L2上的反馈量来实现。该电路的振荡频率基本上由LC并联谐振回路决定：

式中，L=L1+L2+2M。图6.11电感三点式LC振荡器

3.电路特点

在电感三点式LC振荡电路中，由于L1和L2是由一个线圈绕制而成的，耦合紧密，因而容易起振，并且振荡幅度和调频范围大，使得高次谐波反馈较多，容易引起输出波形的高次谐波含量增大，导致输出波形质量较差。

6.3.4电容三点式LC振荡器

1.电路组成

图6.12所示为电容三点式LC振荡电路。电容C1、C2与电感L组成选频网络，该网络的端点分别与三极管的三个电极或与运放输入、输出端相连接。图6.12电容三点式LC振荡器

3.电路特点

由于反馈电压取自C2，电容对高次谐波容抗小，反馈中谐波分量少，振荡产生的正弦波形较好，但这种电路调频不方便，因为改变C1、C2调频的同时，也改变了反馈系数。为了克服上述缺点，常采用图6.13所示的选频网络，其中图(a)电路的振荡频率为图6.13改进型LC选频网络

式中，C'为C1、C2与C3串联后的等效电路，但一般情况C1≫C'，C2≫C'，所以C'≈C3。图(b)电路的振荡频率为

式中，C″=C1·C2/(C1+C2)+C3。

6.3.5石英晶体振荡电路

有些电路要求振荡频率的稳定性非常高(如无线电通信的发射机频率)，例如要求其Δf/f0达10-8~10-10数量级，用前面所讨论的电路很难实现这种要求。采用石英晶体振荡器，则可以实现这样高的稳定性。其外形及结构如图6.14所示。图6.14石英晶体外形及结构图

1.石英晶体的特性及等效电路

石英晶体之所以能做成谐振器是基于它的压电效应。若在晶片两面施加机械力，则沿受力方向产生电场，晶片两侧产生异性电荷。若在晶片两面加一交变电场，晶片就会产生机械振动。当外加电场的频率等于晶体的固有频率时，机械振动幅值明显加大，这种现象称为“压电效应”。由于石英晶体的这种特性，可以把它的内部结构等效成如图6.15(a)所示的等效电路。图6.15石英晶体的等效电路、频率特性及符号

2.石英晶体振荡电路应用

1)并联型晶振

图6.16所示电路中，当工作频率介于fs和fp之间时晶体呈现感性，它与电容C1、C2组成并联谐振回路，属于电容三点式振荡电路，其振荡频率为

式中，CL

=C1·C2/(C1+C2)。图6.16并联型晶振应用电路

将(613)式代入上式得

式中，f0为振荡频率；fs

为串联谐振频率；fp

为并联谐振频率。

2)串联型晶振

图6.17所示电路中，当f=fs时，晶体振荡器产生串联谐振，

Z0=R。用石英晶体代替RC串并联网络中的电阻，并与C

串联，整个RC串并联网络构成正反馈选频网络。集成运算放