RC正弦波振荡电路的振荡频率与R.ppt

1、第六章 正弦波振荡电路,8.1 正弦波振荡电路的基本原理,8.2 RC桥式正弦波振荡电路,8.3 LC正弦波振荡电路,8.4 石英晶体振荡电路,8.5 正弦波振荡电路工程应用技术,6.1.1. 振荡的条件,只有正反馈电路才能产生自激振荡。,6.1 正弦波振荡电路的基本原理,反馈信号代替了放大 电路的输入信号。,Xd=Xf,所以，自激振荡条件也可以写成：,自激振荡的条件：,（1）振幅条件：,动画演示,6.1.2.振荡的物理过程,起振条件：,结果：产生增幅振荡,（略大于）,1、被动：器件非线性 2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益,稳幅过程：,起振时，,稳定振荡时，,稳

2、幅措施：,接通电源后，各种电扰动,放大,选 频 ,正反馈 ,再放大,再正反馈 ,振荡器输出电压,器件进入非线性区 ,稳幅振荡,过程：,1.放大电路 2.正反馈网络 3.选频网络只对一个频率满足振荡条件，从而获得单一频率的正弦波输出。 常用的选频网络有RC选频和LC选频 4.稳幅电路使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小。,6.1.3.正弦波振荡电路的组成,6.1.4、正弦波振荡电路的分析方法,（一）判断电路能否产生正弦波 1、检查电路中是否存在放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅环节。 2、检查放大电路能否正常工作，即能否建立合适的静态工作点并能正常放大。 3、利用瞬时极性法判断电路是否引入了

3、正反馈，即是否满足相位平衡条件。,（二）计算振荡频率、求起振条件,由维持振荡的条件 可知， 为实数，因此只要令复数表示式的虚部等于零，对频率求解，即可求得振荡频率。将振荡频率代入起振条件 ，可求出满足起振条件的有关电路参数值，即常用的以电路参数表示的起振条件。,（二）计算振荡频率、求起振条件,6.1.5、正弦波振荡电路与负反馈放大电路自激的比较,反馈极性不同,引入正反馈 产生自激振荡,引入负反馈 改善电路性能,电路结构保证正反馈存在,电抗元件使负反馈变正,利用自激振荡,避免自激振荡,振荡条件不同,目的不同,6 . 2 RC桥式正弦波振荡电路,6.2.1. RC 串并联选频网络,R1C1 串联阻

4、抗：,R2C2 并联阻抗：,选频特性：,通常R1R2R，C1C2C，则有,因为式中2f ，02f0,f0,arctg,RC串并联网络完整的频率特性曲线：,当 时， F= Fmax=1/3,6.2.2.基本电路形式及振荡的建立过程,在 f0 处,1.满足相位条件：,因为：,AF=1,只需：A=3,2.振幅条件：,引入负反馈：,选：,RC桥式正弦波振荡电路,3.起振条件,4、稳幅措施,起振时Rt较大 使A3,易起振。 当uo幅度自激增长时， Rt减小，A减小。 当uo幅度达某一值时， A3。 当uo进一步增大时， RT再减小 ,使A3。 因此uo幅度自动稳定于某一幅值。,能自动稳幅的振荡电路,起振

5、时D1、D2不导通，Rf1+Rf2略大于2R1。随着uo的增加， D1、D2逐渐导通，Rf2被短接，A自动下降，起到稳幅作用。,将Rf分为Rf1 和Rf2 ， Rf2并联二极管,EWB演示RC振荡器,K：双联波段开关， 切换R，用于 粗调振荡频率。,C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。,五、振荡频率的调节：,RC正弦波振荡电路的振荡频率与R、C的乘积成反比，如果希望它的振荡频率较高，势必要减小R和C 的数值。例如，若RC桥式正弦波振荡电路中的R=1k，C200pF，则振荡频率为f796kHz。如果希望获得更高的振荡频率，那么还应再减小R和C ，而减小R将使放大电路的负载加重，减小C也不

6、能超过一定的限度，否则振荡频度将受寄生电容的影响而不稳定。因此，RC桥式正弦波振荡电路的振荡频率多在几百kHz以下。如果希望产生更高频率的正弦信号，可采用下面介绍的LC正弦波振荡电路,6、RC正弦波振荡电路的适用范围,6.3.1. LC并联谐振回路,LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。,R为电感和回路中的损耗电阻,6.3 LC正弦波振荡电路,Z,Lr,L=,电路发生并联谐振。 其谐振角频率为,Q为谐振回路的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。,谐振时LC并联谐振电路相当一个大电阻。,LC并联谐振回路的幅频特性曲线,Z,ar

7、ctg,互感线圈的极性判别,初级线圈,次级线圈,同名端,在LC振荡器中，反馈信号通过互感线圈引出,同名端：,6.3.2. 变压器反馈式LC振荡电路,工作原理：,三极管共射放大器。,利用互感线圈的同名端：,满足相位条件。,振荡频率:,判断是否是满足相位条件相位平衡法：,断开反馈到放大器的输入端点，假设在输入端加入一正极性的信号，用瞬时极性法判定反馈信号的极性。若反馈信号与输入信号同相，则满足相位条件；否则不满足。,(+),(-),(+),(+),(+),(+),(+),LC正弦波振荡器举例,满足相位平衡条件,（+）,（+）,（）,（+）,LC正弦波振荡器举例,振荡频率:,（）,满足相位平衡条件,

8、仍然由LC并联谐振电路构成选频网络,6.3.3. 电感三点式LC振荡电路,原理：,uf与uo反相,uf与uo同相,电感三点式：,电容三点式：,uf与uo反相,uf与uo同相,电感三点式LC振荡电路,振荡频率：,6.3.4. 电容三点式LC振荡电路,振荡频率：,例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。,Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。,6.4 石英晶体振荡电路,频率稳定度一般由 来衡量,频率偏移量。,振荡频率。,LC振荡电路 Q 几百,石英晶体振荡电路 Q 10000 500000,6.4.1. 石英晶体的特性及等效电路,（一）结构及压电效应：,极板间加电场,极板间加机械力,交

9、变电压,机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。,当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大,（二）石英晶体的等效电路,等效电路：,（1）串联谐振,（三）电抗特性：,晶体等效纯阻且阻值0,（2）并联谐振,通常,所以,6.4.2. 石英晶体正弦波振荡电路,利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路。,1. 并联型石英晶体振荡器,石英晶体工作在fs与fp之间，相当一个大电感，与C1、C2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所以电路可以获得很高的振荡频率稳定性。,2. 串联型石英晶体振荡器,石英晶体工作在fs处，呈电阻性，而且阻抗最小，正反馈最强，相移为零,满足振荡

10、的相位平衡条件。 对于fs以外的频率，石英晶体阻抗增大,且相移不为零，不满足振荡条件，电路不振荡。,例：分析下图的振荡电路能否产生振荡，若产生振荡,石英晶体处于何种状态？,6.5 正弦波振荡电路工程应用技术,1 电路形式的选择,6.5.2、有源器件的选用双极型三极管、场效应管、集成运放,6.5.3、振荡管工作点的选定将静态工作点选定在靠近截止区,6.5.4、振荡信号输出方式的选择在振荡电路与负载之间加隔离和缓冲电路，尽可能从低阻抗点取信号。,6.5.5、典型故障的分析和处理,本章小结,2正弦波振荡电路主要有RC振荡电路和LC振荡电路两种。RC振荡电路主要用于中低频场合，LC振荡电路主要用于高频场合。石英晶体振荡电路是一种特殊的LC振荡电路，其特点是具有很高的频率稳定性。 3当运放开环工作或引入正反馈时，运放工作在非线性状态。其分