电子技术基础5正弦波振荡电路课件.ppt

1、了解振荡电路的自激振荡过程；了解振荡电路的自激振荡过程；掌握自激振荡的条件；掌握自激振荡的条件；能画出自激振荡电路的结构框图。能画出自激振荡电路的结构框图。5.1.15.1.1自激振荡的形成自激振荡的形成一、自激振荡的现象一、自激振荡的现象 在报告会或演唱会上，使用扩音机时往往会听到扬声器发出尖锐的啸在报告会或演唱会上，使用扩音机时往往会听到扬声器发出尖锐的啸叫声。如果不马上处理，可能导致话筒或扬声器的损坏。产生自激振荡的叫声。如果不马上处理，可能导致话筒或扬声器的损坏。产生自激振荡的示意图如图所示。示意图如图所示。放大器的自激振荡是不允许的，但是，在生产和实验中又需要一种能放大器的自激振荡是

2、不允许的，但是，在生产和实验中又需要一种能产生一定幅度和一定频率的正产生一定幅度和一定频率的正弦波振荡电路。这种振荡电路弦波振荡电路。这种振荡电路通常是利用放大器自激振荡的通常是利用放大器自激振荡的原理制成的，所以要看到自激原理制成的，所以要看到自激振荡有利的一面，并加以利用。振荡有利的一面，并加以利用。产生自激振蒎的示意图产生自激振蒎的示意图5.1.15.1.1自激振荡的形成自激振荡的形成二、正弦波振荡电路的组成二、正弦波振荡电路的组成 正弦波振荡电路由正弦波振荡电路由放大电路、反馈电路、选频网络放大电路、反馈电路、选频网络和和稳幅电路稳幅电路等部分组成，等部分组成，如图所示。如图所示。（1

3、 1）放大电路）放大电路 具有放大信号的作用，并能将直流电能转换成振荡的能量。具有放大信号的作用，并能将直流电能转换成振荡的能量。（2 2）反馈电路）反馈电路 将输出信号正反馈到放大电路的输入端，作为输入信号，使将输出信号正反馈到放大电路的输入端，作为输入信号，使电路产生自激振荡。电路产生自激振荡。（3 3）选频网络）选频网络 其功能是选择其功能是选择某一频率的信号某一频率的信号f f0 0，使电路保证在，使电路保证在这一频率下产生振荡。这一频率下产生振荡。（4 4）稳幅电路）稳幅电路 用于稳定输出用于稳定输出电压的幅值，改善振荡波形。电压的幅值，改善振荡波形。正弦波振荡电路组成框图正弦波振荡

4、电路组成框图5.1.15.1.1自激振荡的形成自激振荡的形成三、自激振荡的建立与稳幅三、自激振荡的建立与稳幅 ofofoifo)uuuu（off off ouououou 当输入信号为零时，反馈量等于净输入量。电路通电的瞬间，电路中的当输入信号为零时，反馈量等于净输入量。电路通电的瞬间，电路中的扰动信号中包含一个叫扰动信号中包含一个叫 的频率，而如果电路只对频率为的频率，而如果电路只对频率为 的正弦波产生正的正弦波产生正反馈过程，则输出信号反馈过程，则输出信号 ，经选频后，电路把，经选频后，电路把 的信号输出量衰减为零，而仅放大输出的信号输出量衰减为零，而仅放大输出 的正弦波。于是的正弦波。于

5、是 越越来越大，由于管子的非线性特性，当来越大，由于管子的非线性特性，当 的振幅增大到一定程度时，放大倍的振幅增大到一定程度时，放大倍数将减小（稳幅），因此，数将减小（稳幅），因此，不会不会无限制地增大，当无限制地增大，当 增大一定数值时，增大一定数值时，电路达到动态平衡。电路达到动态平衡。5.1.2 5.1.2 自激振荡产生的条件自激振荡产生的条件 自激振荡电路的任务是，第一要能够产生振荡，第二要能够维持振荡自激振荡电路的任务是，第一要能够产生振荡，第二要能够维持振荡持续不停，持续不停，即不仅要相位相同，而且要振幅相等即不仅要相位相同，而且要振幅相等。一、相位平衡条件一、相位平衡条件 由于电

6、路存在电抗元件，放大电路和反馈电路都会使信号产生一定的由于电路存在电抗元件，放大电路和反馈电路都会使信号产生一定的相移。因此，要维持振荡，电路必须是正反馈，其条件是相移。因此，要维持振荡，电路必须是正反馈，其条件是0），3210(2nnFA或或 相位平衡条件说明，反馈电压的相位与净输入电压的相位必须相同，相位平衡条件说明，反馈电压的相位与净输入电压的相位必须相同，即反馈回路必须是正反馈。即反馈回路必须是正反馈。5.1.2 5.1.2 自激振荡产生的条件自激振荡产生的条件 二、振幅平衡条件二、振幅平衡条件 由放大器输出端反馈到放大器输入端的信号强度要足够大，称为自激由放大器输出端反馈到放大器输入

7、端的信号强度要足够大，称为自激振荡的振幅平衡条件。即振荡的振幅平衡条件。即 AFAF11 振幅平衡条件说明，要维持等幅振荡，反馈电压的大小必须等于净输振幅平衡条件说明，要维持等幅振荡，反馈电压的大小必须等于净输入电压的大小，即入电压的大小，即 。ifuu 能识别能识别RCRC、LC LC 和石英晶体振荡电路；和石英晶体振荡电路；了解对了解对RC RC 和和LC LC 振荡电路的要要求；振荡电路的要要求；会会用相位平衡条件判断用相位平衡条件判断LC LC 振荡电路是否振荡；振荡电路是否振荡；了解了解LC LC 振荡电路振荡频率的计算公式；振荡电路振荡频率的计算公式；通过实训掌握通过实训掌握RCR

8、C正弦波振荡电路的电路组成和振荡条正弦波振荡电路的电路组成和振荡条件。件。5.2.1 5.2.1 RC RC 桥式振荡电路桥式振荡电路一、一、RC RC 网络的频率响应网络的频率响应C21oRf RC RC 串并联选频网络及其特性曲线如图所示，当输入信号的串并联选频网络及其特性曲线如图所示，当输入信号的频率频率 等于等于RC RC 网络的谐振频率网络的谐振频率 时，时，输出电压输出电压 幅度最大，为幅度最大，为 。其输出信号与输入信号之间其输出信号与输入信号之间的相移的相移 。在其他频率时，。在其他频率时，输出电压幅度输出电压幅度衰减衰减很快，并存很快，并存在一定的相移，所以在一定的相移，所以

9、RC RC 串并联串并联网络具有选频特性。网络具有选频特性。谐振频率谐振频率 取决于选频网络取决于选频网络R R、C C元件的数值，计算公为：元件的数值，计算公为：fofou3/iU0Fof5.2.1 5.2.1 RC RC 桥式振荡电路桥式振荡电路二、二、RC RC 桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路 1.1.电路组成电路组成 RC RC 桥式振荡电路又叫文氏电桥振荡电路，桥式振荡电路又叫文氏电桥振荡电路，串联电路串联电路 并联电路正好构成电桥的四个桥臂，故称为并联电路正好构成电桥的四个桥臂，故称为RC RC 桥式振荡电路。如图所示。桥式振荡电路。如图所示。1143CRRR、22CRRC桥

10、式振荡电路桥式振荡电路 （1 1）相位条件）相位条件 同相放大器的输入与输出信号相位差为同相放大器的输入与输出信号相位差为 ，RCRC串并联串并联选频网络的相选频网络的相移移也为也为 ，满足正弦波振荡的相位平衡条件。，满足正弦波振荡的相位平衡条件。005.2.1 5.2.1 RC RC 桥式振荡电路桥式振荡电路二、二、RC RC 桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路 2.2.振荡原理振荡原理 CCCRRR2121，（3 3）振荡频率）振荡频率 只要满足了相位和振幅条件，振荡电路就可以振荡输出信号。只要满足了相位和振幅条件，振荡电路就可以振荡输出信号。RC RC 选频回选频回路通常情况下选取路通

11、常情况下选取 ，则振荡频率为，则振荡频率为C210Rf （2 2）振幅条件）振幅条件 因为因为 时，时，选频网络发生谐振，这时选频网络发生谐振，这时 选频网络选频网络反馈系数反馈系数F F=1/3=1/3。同相放大器加入了。同相放大器加入了 支路，放大器的放大倍支路，放大器的放大倍数数 ，当，当 的取值的取值满足满足 时，时，A A 33，振荡电路就满，振荡电路就满足振荡的振幅平衡条件足振荡的振幅平衡条件AF AF 11。0ff 43RR34/1RRARCRC43RR 和4R32R5.2.2 5.2.2 LC LC 振荡电路振荡电路一、一、LCLC并联网络的选频特性并联网络的选频特性 LCLC

12、振荡电路采用振荡电路采用LCLC并联谐振电路作选频网络，如图所示，其中并联谐振电路作选频网络，如图所示，其中 表示电表示电感和电容的等效损耗电阻。感和电容的等效损耗电阻。由于电感、电容对不同频率的输入信号呈现由于电感、电容对不同频率的输入信号呈现不同的阻抗，在信号频率不同的阻抗，在信号频率 较低时，电容的容抗很较低时，电容的容抗很大，网络呈感性；在信号频率大，网络呈感性；在信号频率 较高时，网络呈容较高时，网络呈容性；只有当性；只有当 时，网络才呈阻性，其阻抗无穷时，网络才呈阻性，其阻抗无穷大，相移。大，相移。LCLC并联网络的谐振频率为并联网络的谐振频率为R LCLC并联谐振网络并联谐振网络

13、ff0ff LCf21005.2.2 5.2.2 LC LC 振荡电路振荡电路二、二、变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路1.1.电路结构电路结构 电路如图所示，图中采用分电路如图所示，图中采用分压式负反馈偏置的共射极电路。压式负反馈偏置的共射极电路。变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路5.2.2 5.2.2 LC LC 振荡电路振荡电路二、二、变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路 2.2.振荡原理振荡原理 （2 2）相位条件相位条件 为了使振荡电路自激振荡，必须正确连接反馈绕组为了使振荡电路自激振荡，必须正确连接反馈绕组 的的极性，使之符合正反馈的要求，满足相位平衡条件。极性，使

14、之符合正反馈的要求，满足相位平衡条件。判断电路是否满足相位条件通常采用瞬时极性法，具体判断步骤如下。判断电路是否满足相位条件通常采用瞬时极性法，具体判断步骤如下。断开反馈支路与放大电路输入端的连接点；断开反馈支路与放大电路输入端的连接点；在断点处的放大电路输入端引入信号在断点处的放大电路输入端引入信号 ，并设其极性对地为正，然后，并设其极性对地为正，然后按照先放大支路，后反馈支路的顺序，逐次推断有关电路各点的电位极性，按照先放大支路，后反馈支路的顺序，逐次推断有关电路各点的电位极性，从而确定从而确定 和和 的相位关系。的相位关系。如果如果 和和 同相，则电路满足相位平衡条件。同相，则电路满足相

15、位平衡条件。2LiuiufuiufuCL1CLf1021CL1 （3 3）振荡频率振荡频率 图中图中 并联谐振并联谐振网络接在集电极，能选择振荡频率，使网络接在集电极，能选择振荡频率，使得电路在谐振频率处有振荡电压输出。得电路在谐振频率处有振荡电压输出。其振荡频率为其振荡频率为 若要求振荡频率若要求振荡频率f fo o可调，可将可调，可将 回回路中的电容采用可变电容，调节可变电容路中的电容采用可变电容，调节可变电容的电容量也就调节了的电容量也就调节了 。0f （1 1）振幅条件振幅条件 只要三极管的电流放大倍数只要三极管的电流放大倍数 及及 的匝数比合适，的匝数比合适，一般情况下，幅度平衡条件

16、容易满足。一般情况下，幅度平衡条件容易满足。21LL和三、电感三点式振荡电路三、电感三点式振荡电路5.2.2 5.2.2 LC LC 振荡电路振荡电路1.1.电路组成电路组成电感三点式振荡电路原理图及简化的交流通路，如图所示。电感三点式振荡电路原理图及简化的交流通路，如图所示。三、电感三点式振荡电路三、电感三点式振荡电路5.2.2 5.2.2 LC LC 振荡电路振荡电路 2.2.振荡原理振荡原理 与前述相同，采用瞬时极性法判断。改变线圈的抽头，可以调节反馈与前述相同，采用瞬时极性法判断。改变线圈的抽头，可以调节反馈量的强度，使电路满足振幅条件，就能振荡并产生一定频率的正弦信号。量的强度，使电

17、路满足振幅条件，就能振荡并产生一定频率的正弦信号。三、电感三点式振荡电路三、电感三点式振荡电路5.2.2 5.2.2 LC LC 振荡电路振荡电路3.3.振荡频率振荡频率 电路的振荡频率等于电路的振荡频率等于LCLC并联电路的谐振频率，即并联电路的谐振频率，即LCf210四、电容三点式振荡电路四、电容三点式振荡电路5.2.2 5.2.2 LC LC 振荡电路振荡电路1.1.电路组成电路组成如图所示电容三点式振荡电路的原理图及交流通路。如图所示电容三点式振荡电路的原理图及交流通路。四、电容三点式振荡电路四、电容三点式振荡电路5.2.2 5.2.2 LC LC 振荡电路振荡电路 2.2.振荡原理振

18、荡原理 与前述相同，采用瞬时极性法判断。适当选择与前述相同，采用瞬时极性法判断。适当选择 的数值，就能的数值，就能满足振幅平衡条件使电路起振。满足振幅平衡条件使电路起振。21CC 和四、电容三点式振荡电路四、电容三点式振荡电路5.2.2 5.2.2 LC LC 振荡电路振荡电路3.3.振荡频率振荡频率 电路的振荡频率等于电路的振荡频率等于LCLC并联电路的谐振频率，即并联电路的谐振频率，即LCf210一、石英晶体谐振电路的结构一、石英晶体谐振电路的结构 5.2.3 5.2.3 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 石英谐振电路是从石英谐振电路是从一块石英晶体上按一定一块石英晶体上按一定方位角切下的

19、薄片（称方位角切下的薄片（称为晶片），再在晶片的为晶片），再在晶片的对应表面镀上银，引出对应表面镀上银，引出两个电极，加上外壳封两个电极，加上外壳封装而成。如图所示。装而成。如图所示。二、石英晶体谐振器的压电效应二、石英晶体谐振器的压电效应5.2.3 5.2.3 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 如果在石英晶片两个极板间加一个交变电压（电场），晶片就会产生如果在石英晶片两个极板间加一个交变电压（电场），晶片就会产生与该交变电压频率相似的机械振动。而晶片的机械振动，又会在其两个电与该交变电压频率相似的机械振动。而晶片的机械振动，又会在其两个电极之间产生一个交变电场，这种现象称为压电效应。在一般情

20、况下，这种极之间产生一个交变电场，这种现象称为压电效应。在一般情况下，这种机械振动和交变电场的振幅是及其微小的，只有在外加交变电压的频率与机械振动和交变电场的振幅是及其微小的，只有在外加交变电压的频率与晶片的固有频率相同时，振幅才会急剧增大，这种现象称为压电谐振。石晶片的固有频率相同时，振幅才会急剧增大，这种现象称为压电谐振。石英晶片的谐振频率取决于晶片的切割方式、几何形状和尺寸。由于晶片的英晶片的谐振频率取决于晶片的切割方式、几何形状和尺寸。由于晶片的物理和化学性能都十分稳定，因而谐振频率十分稳定。物理和化学性能都十分稳定，因而谐振频率十分稳定。5.2.3 5.2.3 石英晶体振荡电路石英晶

21、体振荡电路三、石英晶体谐振器的等效电路三、石英晶体谐振器的等效电路 石英晶体的压电谐振等石英晶体的压电谐振等效电路和效电路和LCLC谐振回路十分相谐振回路十分相似，其等效电路及电抗似，其等效电路及电抗-频频率特性曲线如图所示。率特性曲线如图所示。5.2.3 5.2.3 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路四、石英晶体振荡电路四、石英晶体振荡电路 1.1.并联型石英晶体振荡电路并联型石英晶体振荡电路 电路如图所示，利用频率在电路如图所示，利用频率在 之间时，晶体阻抗呈感性的特点，与外之间时，晶体阻抗呈感性的特点，与外接电容接电容 构成电容三点式振荡电路，构成电容三点式振荡电路，其中晶体起电感其中晶体

22、起电感L L 的作用。该电路的振的作用。该电路的振荡频率，荡频率，接近与接近与 ，但略高于，但略高于 ，改，改变变 或或 可以在很小的范围内微调可以在很小的范围内微调 。sf21CC、0fsfsf1C2C0fpf并联型石英晶体振荡电路并联型石英晶体振荡电路5.2.3 5.2.3 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路四、石英晶体振荡电路四、石英晶体振荡电路 2.2.串联型石英晶体振荡电路串联型石英晶体振荡电路 电路如图所示，石英晶体谐振器接电路如图所示，石英晶体谐振器接在由三极管组成的两个放大器之间，构在由三极管组成的两个放大器之间，构成正反馈选频电路。当频率成正反馈选频电路。当频率 等于石英等于石英晶体的串联谐振频率晶体的串联谐振频率 时，石英晶体阻时，石英晶体阻抗最小，此时，石英晶体和抗最小，此时，石英晶体和R R串联构成的串联构成的反馈为正反馈。而在其他频率上，由于反馈为正反馈。而在其他频率上，由于石英晶体呈现的阻抗很大，没有正反馈，石英晶体呈现的阻抗很大，没有正反馈，所以不能产生振荡。所以不能产生振荡。sf0f串联型石英晶体振荡电路串联型石英晶体振荡电路