《电子技术》-第5章振荡电路

第一节正弦波振荡电路

一、自激振荡的概念电路不需要外加输入信号，就能产生一定频率和幅度的交流输出信号，这种现象称为电路的自激振荡，该电路称为自激振荡电路。

振荡电路实质上是一个将反馈信号作为输入信号来维持一定输出的正反馈闭环系统。工作过程：振荡电路内部存在微弱的电拢动，可作为放大电路的初始信号，经过放大－选频－反馈－再放大……直至反馈信号达到一定幅度，电路进入平衡，输出稳定的振荡信号。

二、正弦波振荡电路的基本原理信号发生器:由于信号发生器是依靠电路本身的自激振荡来产生输出信号的，因此又称为振荡器。按产生的波形不同，振荡器可分为正弦波振荡器和非正弦波(如方波、三角波等)振荡器。

1.振荡电路的结构：2.振荡平衡条件：振荡平衡条件为：设即（1）振幅平衡条件：|AF|＝1（2）相位平衡条件：（反馈电压与输入电压同相）（n=0,1,2,……)正反馈3.振荡起振条件振幅条件：|AF|＞1相位条件：（n=0,1,2,……)（反馈电压与输入电压同相）正反馈振荡电路的组成：由放大电路、选频网络、反馈网络三部分组成。正弦波振荡器的分类：RC振荡器（几HZ－－几十KHZ）LC振荡器（几KHZ－－几百KHZ）石英晶体振荡器（兆HZ数量级）

①放大电路：由三极管、场效应管、运放等构成的各种基本放大电路。②选频网络：有LC选频网络、RC选频网络等，这部分决定了正弦波发生器的振荡频率。③反馈网络：有变压器反馈、LC反馈网络、RC反馈网络及其组合电路。第二节RC振荡器RC振荡器一般工作在低频范围内，它的振荡频率约为20Hz~200kHz。常用的RC振荡器有RC桥式和RC移相式振荡器。一、

RC串并联网络的频率特性

Z1Z2从以上分析可知，当f=fo时并且与同相位如图所示：

图5.4RC桥式正弦波振荡电路二、RC桥式振荡电路分析Z1Z2ui=uf同相输入比例运算电路RC串并联选频网络和正反馈网络正反馈1、电路结构：Z1、Z2、Rf、正好形成四臂电桥，运算放大器的输入端和输出端分别接在电桥的两条对角线之间，所以称为RC桥式振荡电路。2、起振条件和振荡频率：振荡信号由同相端输入，构成同相放大器，与同相。同相输入所以而选频网络在时发生谐振因此振荡电路满足起振的相位平衡条件：如果>3即就可同时满足起振的振荡条件电路就可产生自激振荡。振荡频率为：第三节LC振荡器

LC振荡器是由LC并联回路作为选频网络的一种高频振荡电路，它能产生几十千赫兹到几百兆赫兹以上的正弦波信号。本节主要介绍变压器反馈式、电感三点式、电容三点式及石英晶体振荡电路。

一、

LC并联谐振的选频特性

图5.5所示为一

LC并联回路，R为回路的等效损耗电阻。在电路中,

图5.5LC并联电路令令二、变压器反馈式LC振荡电路1.电路组成图5.6所示为一变压器反馈式LC振荡电路。图中，LC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L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。2.振荡条件及振荡频率

图5.6变压反馈式振荡电路

T

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。三、电感三点式LC振荡器1.电路结构图5.7所示为电感三点式LC振荡器。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

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5.7电感三点式LC振荡器T

3.电路特点电感三点式LC振荡电路，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。四、电容三点式LC振荡器

1.电路组成图5.8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。

2.振荡条件和振荡频率

其振荡频率为式中，C=C1·C2/(C1+C2)。

图5.8电容三点式LC振荡器T五、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）。其Δf/fo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，则可以满足这样高的稳定性。其外形及结构如图5.9所示。

图5.9石英晶体外形及结构图（a）石英晶体外形图；（b）石英晶体结构图

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5.10（a）所示的等效电路。

图5.10石英晶体的等效电路、频率特性及符号

(a)等效电路；(b)频率特性；(c)符号

由等效电路可知，石英晶体振荡器应有两个谐振频率。在低频时，可把静态电容Co看作开路。若f=fs时，L、C、R串联支路发生揩振，XL=XC，它的等效阻抗Zo=R，为最小值串联谐振频率为

当频率高于fs时，XL>XC，L、C、R支路呈现感性，Co与LC构成并联谐振回路，其振荡频率为

式中，C′=C·Co/(C+Co)。通常Co>>C，所以fp与fs非常接近，fp略大于fs，也就是说感性区非常窄，其频率特性如图5.10（b）所示。由图5.10(b)可知，低