《电子技术》-第五章振荡电路

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，振荡电路内部存在微弱的电扰动，可作为放大电路的初始信号，经过放大一选频一反馈一再放大一再放大……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下一页返回第一节正弦波振荡电路二、正弦波振荡电路的基本原理在测量、自动控制、无线电等技术领域中，常常需要各种类型的信号源。用于产生信号的电子电路称为信号发生器。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。一个放大电路的输入端不外接输入信号，在输出端仍有一定频率和幅值的信号输出的现象称为自激振荡。放大电路必须引入正反馈并满足一定的条件才能产生自激振荡。放大电路产生自激振荡的条件，可以用图5-1所示的反馈放大电路的方框图说明。上一页下一页返回第一节正弦波振荡电路产生自激振荡的条件为由于所以上一页下一页返回第一节正弦波振荡电路于是自激振荡条件又可分为:幅值条件:表示反馈信号与输入信号的大小相竹相位条件:表示反馈信号与输入信号的相位相同，即必须是正反馈。幅值条件表明反馈放大电路要产生自激振荡，还必须有足够的反馈量。(1)振荡电路的组成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。上一页下一页返回第一节正弦波振荡电路(2)正弦波振荡器的分类根据选频网络的不同，可将振荡器分为RC振荡器(振荡频率范围为几十赫兹至几十千赫兹)、LC振荡器(振荡频率范围为几千赫兹至几百千赫兹)、石英晶体振荡器(约为兆赫兹数量级)。每一类电路中，放大电路和反馈网络又可采用各种不同的电路形式。上一页返回第二节RC振荡器

采用集成运放构成的正弦波RC振荡器如图5-2所示。由集成运放构成放大电路，RC串并联电路构成选频网络和正反馈网络，如图5-3(a)所示。它的频率特性如图5-3所示。图5-3(b)所示的频率特性表明:

当时，

反馈系数为最大值下一页返回第二节RC振荡器

从相频特性图「图5-3(c)]可看出，当f=f0时，附加相移φ=0,即输出u0与输入ui同相。根据自激振荡条件，RC串并联网络在f=f0时，恰可满足相位条件和幅度条件。由AF=1，而F=1/3，所以A=3。也就是说，我们用运放构成的放大电路的放大倍数应该等于3，当然必须加上负反馈电路才能做到这一点。

图5-2所示的电路中，运放就引入了由RF和R1构成的负反馈。当振荡器的输入信号由反馈信号取代时，即ui=uf，运放为同相输入，并根据同相比例运算公式，有上一页下一页返回第二节RC振荡器

则只要取RF=2R1时，就可保证振荡器有幅度稳定的正弦波输出。但在起振时应使A>3或RF>2R1。运放输出的正弦波频率为由图5-2所示电路可看出，由RC串并联网络和负反馈电路共同构成文氏桥电路的四臂，因此称为正弦波桥式振荡器。上一页返回第三节LC振荡器一、LC并联谐振的选频特性如图5-4所示为LC并联回路，R为回路的等效损耗电阻。在电路中，下一页返回第三节LC振荡器通常上一页下一页返回第三节LC振荡器二、变压器反馈式LC振荡电路

1.电路组成如图5-5所示为变压器反馈式LC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，即上一页下一页返回第三节LC振荡器

当电路电源接通瞬间，在集电极选频电路中激起一个很微弱的电流变化信号。选频电路只对谐振频率f0的电流呈现很大阻抗。该频率的电流在回路两端产生电压降，这个电压降经变压器藕合到L2，反馈到三极管输入端;对非谐振频率的电流，LC谐振回路呈现的阻抗很小，回路两端几乎不产生电压降，L2中也就没有非谐振频率信号的电压降，当然这些信号也没有反馈。谐振信号经反馈、放大、再反馈就形成振荡。当改变L或C的参数时，振荡频率将发生相应改变。

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。上一页下一页返回第三节LC振荡器三、电感三点式LC振荡器

1.电路结构如图5-6所示为电感三点式LC振荡器的放大电路。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.振荡条件及振荡频率如图5-6所示，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。上一页下一页返回第三节LC振荡器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，藕合紧密，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.电路组成如图5-7所示为电容三点式LC振荡电路。上一页下一页返回第三节LC振荡器2.振荡条件和振荡频率用瞬时极性法判断振荡的相位条件。若反相输入端为正极性信号，LC网络的1端点产生负极性信号;3端点相应为正极性信号，从而构成正反馈形式，满足相位条件。幅值条件如前所述，其振荡频率为

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。上一页下一页返回第三节LC振荡器五、石英晶体振荡电路石英晶体振荡器其外形及结构如图5-8所示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5-9所示的等效电路。上一页返回图5-1振荡器的原理图返回图5-2由运放构成的RC桥式振荡器返回图5-2由运放构成的RC桥式振荡器返回图5-2由