正弦波振荡电路课件.pptx

1、一、电路组成一、电路组成 7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理正弦波振荡电路的工作原理与反馈放大电路比较与反馈放大电路比较 一、电路组成一、电路组成 满足振荡条件满足振荡条件使唯一频率的信号使唯一频率的信号满足振荡条件。满足振荡条件。放大电路放大电路正反馈网络正反馈网络稳幅环节稳幅环节选频网络选频网络稳定稳定输出信号幅值输出信号幅值稳幅环节稳幅环节内稳幅内稳幅外稳幅外稳幅输出波形好输出波形好7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理正弦波振荡电路的工作原理电扰动产生窄脉冲电扰动产生窄脉冲稳幅使信号增大到一定稳幅使信号增大到一定程度后维持大小不变。程度后维持大小不变。起振：起振：平衡：平衡：二、振荡产

2、生的基本原理二、振荡产生的基本原理 正反馈回送并放大信号正反馈回送并放大信号选频产生正弦波选频产生正弦波1.起振条件起振条件1 uuFA振幅振幅起振起振条件条件相位相位起振起振条件条件)0,1,2,(2 fa nn 因为起振时应满足因为起振时应满足:而而故得故得.i.fUU .ifUAFUuu 1.uuFA三、振荡的平衡条件与起振条件三、振荡的平衡条件与起振条件1.起振条件起振条件1 uuFA振幅振幅起振起振条件条件相位相位起振起振条件条件)0,1,2,(2 fa nn 2.平衡条件平衡条件1 uuFA振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件)0,1,2,(2 fa nn 三、振荡的平

3、衡条件与起振条件三、振荡的平衡条件与起振条件uIO|Au Fu|1 电路参数设计要满足电路参数设计要满足振振幅幅起振起振条件条件。通过稳幅电路。通过稳幅电路自动达到平衡。自动达到平衡。相位条件确定振荡频率，相位条件确定振荡频率，振幅平衡条件确定信号幅度。振幅平衡条件确定信号幅度。1.起振条件起振条件1 uuFA振幅振幅起振起振条件条件相位相位起振起振条件条件)0,1,2,(2 fa nn 2.平衡条件平衡条件1 uuFA振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件)0,1,2,(2 fa nn 三、振荡的平衡条件与起振条件三、振荡的平衡条件与起振条件与负反馈电路自激振荡的相位条件是否有矛盾

4、？与负反馈电路自激振荡的相位条件是否有矛盾？讨论：讨论：(1)观察电路组成是否完备观察电路组成是否完备，是否含，是否含放大、选频放大、选频和和反馈反馈电路电路。如何如何定性定性判断电路能否产生正弦波振荡？判断电路能否产生正弦波振荡？(2)判断放大电路能否正常工作，即静态工作点是否合适，动判断放大电路能否正常工作，即静态工作点是否合适，动态信号能否正常传输。态信号能否正常传输。(3)判断是否满足相位条件判断是否满足相位条件：找到放大电路输入端将反馈断开，：找到放大电路输入端将反馈断开，假设断开处加假设断开处加 ui，并设，并设ui 瞬时极性为正；然后推导瞬时极性为正；然后推导uf极性并与极性并与

5、ui 瞬极瞬极性进行比较。若它们对于公共电位参考点的瞬时极性相同，则构成正性进行比较。若它们对于公共电位参考点的瞬时极性相同，则构成正反馈，满足相位条件，电路可能产生振荡，否则，电路不可能振荡。反馈，满足相位条件，电路可能产生振荡，否则，电路不可能振荡。(4)在满足相位条件的基础上，定性判断电路是否可能满足振幅在满足相位条件的基础上，定性判断电路是否可能满足振幅起振条件，若满足则电路能产生正弦波振荡，否则不能。起振条件，若满足则电路能产生正弦波振荡，否则不能。一、一、RC 串并联选频网络串并联选频网络7.1.2 RC振荡电路振荡电路.1.2.UUFu 令令 0=1/RC得得)(j3100.Fu

6、 )1/(11/CRCRRjjCj 一、一、RC 串并联选频网络串并联选频网络3/arctan00f 2002.)/(31 uF当当 =0=1/RC 时时 =0，输出电压与输入电压同相。，输出电压与输入电压同相。Fu.最大，为最大，为 1/390-90 0 7.1.2 RC振荡电路振荡电路RRCRFR1C放大器放大器+Uo.1.电路组成电路组成同相同相二、二、RC 桥式振荡电路桥式振荡电路构成同相放大器构成同相放大器2.常用常用RC 桥式振荡电路桥式振荡电路 n 参数选择：参数选择：一般通过切换高一般通过切换高稳定度的电容进稳定度的电容进行频段转换，再行频段转换，再采用双联电位器采用双联电位器

7、进行频率细调。进行频率细调。RCf 2101F2RR f0 0 处处 ，为满足起振振幅条件，应使，为满足起振振幅条件，应使即即 1 uuFA 31.uF3)/(11F.RRAu2.常用的常用的RC 桥式振荡电路桥式振荡电路n 参数选择：参数选择：RCf 2101F2RR RF 不能太大，不能太大，否则正弦波将否则正弦波将失真，甚至变失真，甚至变成方波。成方波。n 稳幅措施：采用稳幅措施：采用负温度系数负温度系数热热 敏电阻实现外稳幅。敏电阻实现外稳幅。1F/1RRAu 起振时，热敏电阻处于冷态，起振时，热敏电阻处于冷态，RF 阻值较大，阻值较大，大，大，起振容易。起振容易。FRT.oU.fI

8、uA运放始终线性工作，因此运放始终线性工作，因此波形好。波形好。2.常用的常用的RC 桥式振荡电路桥式振荡电路最后达到最后达到 =3，进入平衡状态。进入平衡状态。uA例例7.1.1解：解：kHz 94.1210 RCf相当于负温度系数相当于负温度系数的热敏电阻的热敏电阻 解：解：kHz 94.1210 RCf例例7.1.1 32FRRR .oU3RuAuA解续：解续：例例7.1.1 132 RRR2 122RR 123122RRRR *例例一节一节 RC 环节环节移相移相 90 f/fL020lg|Au|/dB20045 90 400.1 1 100.1 1 10f/fL超前超前一阶高通一阶高

9、通7CRRfRoUCRC7CRRfRoUCRC二节二节 RC 环节环节移相移相 180 三节三节 RC 环节环节移相移相 270 RCf6210 可证明可证明*例例一节一节 RC 环节环节移相移相 90 RC 移相式振荡电路移相式振荡电路*利用利用RC滞后移相网络滞后移相网络可构成正弦波振荡器吗？可构成正弦波振荡器吗？作业：作业：P331 7.1acd 7.4一、一、LC 并联谐振回路并联谐振回路7.1.3 LC振荡电路振荡电路常用常用:变压器反馈式变压器反馈式 、电感三点式、电容三点式、电感三点式、电容三点式L 的等效损耗的等效损耗电阻。电阻。C 的损的损耗可忽略。耗可忽略。)j(j1)j(

10、j1LrCLrCZ 通常通常 r 0 时，时，0,失谐失谐大时大时回路呈容性。回路呈容性。当当 0,失谐失谐大时回路呈感性。大时回路呈感性。二、二、变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路交流通路交流通路LC+iUoU+fU+选频放大器选频放大器变压器反馈网络变压器反馈网络LCf 210交流通路交流通路LC+iUoU+fU+二、二、变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路 三、三、三点式三点式 LC 振荡电路振荡电路(一一)电感三点式电感三点式 振荡电路（振荡电路（Hartley振荡器）振荡器）(一一)电感三点式电感三点式 振荡电路（振荡电路（Hartley振荡器）振荡器）三、三、三点式三点式

11、 LC 振荡电路振荡电路CMLLf)2(21210 优点：优点：易起振，易起振，频率易调（调频率易调（调C）缺点：缺点：输出波形差。输出波形差。1.Colpitts 振荡电路振荡电路（二）（二）电容电容三点式振荡电路三点式振荡电路交流通路交流通路211.2.o.f.11CCCjICjIUUF 1.Colpitts 振荡电路振荡电路（二）（二）电容电容三点式振荡电路三点式振荡电路优点：优点：输出波形好。输出波形好。LCCCCLCf2121021 21 缺点：缺点：频率不易调节；频率不易调节；三极管三极管极间电容影响极间电容影响 f0 及其稳定性。及其稳定性。2.Clapp振荡电路（改进型电容三点

12、式）振荡电路（改进型电容三点式）C3 C1，C3 C2 33211111CCCCC 3021LCf 特点：波形好、频率稳定、频率调节方便。特点：波形好、频率稳定、频率调节方便。C3与与E相连的为同性质电抗，相连的为同性质电抗，不与不与E端相连的为异性质电抗。端相连的为异性质电抗。（三）（三）三点式振荡电路三点式振荡电路的组成原则的组成原则+_+_+_例例kHz948)2(21210 CMLLfa（a a）可能。构成电感三点式振荡电路可能。构成电感三点式振荡电路（b b）可能。构成电容三点式振荡电路）可能。构成电容三点式振荡电路_+_+_+_.oU+_.iU.fU+_ MHz63.5 21212

13、1b0 LCCCCf作业：作业：P332 7.7ac7.1.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路频率稳定度高达频率稳定度高达10-6 10-8 及以上，而及以上，而LC 振荡电路的难突破振荡电路的难突破 10-5。一、石英晶体谐振器及其阻抗特性一、石英晶体谐振器及其阻抗特性 石英化学成分是石英化学成分是SiO2。从一块晶体上。从一块晶体上按一定的方位角切割成的薄片称为晶片按一定的方位角切割成的薄片称为晶片。在晶片的在晶片的两面涂上银层作为电极两面涂上银层作为电极，电极上，电极上焊出两根引线固定在管脚上，封装后就构焊出两根引线固定在管脚上，封装后就构成了石英晶体谐振器。成了石英晶体谐振器。1.1

14、.石英谐振器结构石英谐振器结构2.石英晶体的压电效应与谐振特性石英晶体的压电效应与谐振特性电极间加电场电极间加电场电极间加机械力电极间加机械力晶片机械变形晶片机械变形晶片对应面产生晶片对应面产生正负电荷正负电荷压电效应：压电效应：交变电压交变电压机械振动机械振动交变电荷交变电荷当交变电压频率当交变电压频率=晶体晶体固有机械振荡频率时，固有机械振荡频率时，类似回路谐振，类似回路谐振，称压电谐振。称压电谐振。晶体内形成电场晶体内形成电场交变电流交变电流产生共振，产生共振，振幅最大，产生的交变电流最大。振幅最大，产生的交变电流最大。3.石英晶体谐振器的符号、等效电路和电抗特性石英晶体谐振器的符号、等

15、效电路和电抗特性Co 静态电容，较大。静态电容，较大。Lq 晶体振动时的动态电感晶体振动时的动态电感，很大。，很大。Cq 晶体晶体振动时振动时的动态电容，很小。的动态电容，很小。rq 等效摩擦损耗电阻，很小。等效摩擦损耗电阻，很小。非常高，非常高，具有很好的选择性和频稳度。具有很好的选择性和频稳度。1qqqCLrQ 3.石英晶体谐振器的符号、等效电路和电抗特性石英晶体谐振器的符号、等效电路和电抗特性Co 静态电容，较大静态电容，较大Lq 晶体振动时的动态电感晶体振动时的动态电感，很大，很大Cq 晶体晶体振动时振动时的动态电容，很小的动态电容，很小rq 等效摩擦损耗电阻，很小等效摩擦损耗电阻，很

16、小串联谐振频率串联谐振频率 21 qqsCLf 并联谐振频率并联谐振频率sq0q0qP 21 fCCCCLf 只在只在 之间的很窄频率范围内呈感性，之间的很窄频率范围内呈感性，且感抗曲线很陡，故用作电感时具有很强的且感抗曲线很陡，故用作电感时具有很强的稳频作用。一般用电感或串谐特性。稳频作用。一般用电感或串谐特性。psff 和和3.石英晶体谐振器的符号、等效电路和电抗特性石英晶体谐振器的符号、等效电路和电抗特性Co 静态电容，较大静态电容，较大Lq 晶体振动时的动态电感晶体振动时的动态电感，很大，很大Cq 晶体晶体振动时振动时的动态电容，很小的动态电容，很小rq 等效摩擦损耗电阻，很小等效摩擦

17、损耗电阻，很小串联谐振频率串联谐振频率 21 qqsCLf 并联谐振频率并联谐振频率sq0q0qP 21 fCCCCLf 晶体使用时要注意：晶体使用时要注意：按照产品说明书，选用规定容量的负载按照产品说明书，选用规定容量的负载电容电容CL 与晶体串接与晶体串接，以达到标称频率。，以达到标称频率。并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器晶体晶体作为作为高高Q 电感元件，电感元件，与其它元件共同构成谐振回路。与其它元件共同构成谐振回路。晶体作为正反馈通路中的晶体作为正反馈通路中的高选择性高选择性短路元件，短路元件，工作工作在串联谐振状态。在串联谐振状态。二、石英晶体振荡电路

18、二、石英晶体振荡电路晶体用作高晶体用作高Q 电感电感并联型并联型振荡电路举例振荡电路举例构成改进型电容三点式构成改进型电容三点式C3 远小于远小于C1 和和C2 ，振荡，振荡频率由晶体和频率由晶体和C3 决定，决定，约等于晶体的标称频率。约等于晶体的标称频率。串串联型联型振荡电路举例振荡电路举例交流通路交流通路构成电容三点式，振荡频率等于串联谐振频率构成电容三点式，振荡频率等于串联谐振频率 fs。并联谐振回路应调谐在频率并联谐振回路应调谐在频率 fs 上。上。1.掌握正弦波振荡电路的组成、工作原理、振荡条件。掌握正弦波振荡电路的组成、工作原理、振荡条件。2.掌握掌握RC桥式正弦波振荡电路的组成

19、、工作原理和分桥式正弦波振荡电路的组成、工作原理和分 析计算。析计算。3.了解了解LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路。正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路。主要要求：主要要求：1.根据相位条件判断电路是否可能产生振荡；计算振根据相位条件判断电路是否可能产生振荡；计算振 荡频率。荡频率。2.RC桥式正弦波振荡电路的组成和分析计算。桥式正弦波振荡电路的组成和分析计算。重点：重点：作业：作业：P333 7.9自学：自学：7.1.5 RC正弦波振荡电路的正弦波振荡电路的Multisim 仿真仿真 知识拓展知识拓展RC桥式振荡电路设计桥式振荡电路设计RRCRFR1C放大器放大器+Uo.1.电路

20、组成电路组成同相同相二、二、RC 桥式振荡电路桥式振荡电路n 参数选择：参数选择：一般通过切换高一般通过切换高稳定度的电容进稳定度的电容进行频段转换，再行频段转换，再采用双联电位器采用双联电位器进行频率细调。进行频率细调。RCf 2101F2RR f0 0 处处 ，为满足起振振幅条件，应使，为满足起振振幅条件，应使即即 1 uuFA 31.uF3)/(11F.RRAu2.常用的常用的RC 桥式振荡电路桥式振荡电路作业：作业：P331 7.1acd 7.4谐振角频率谐振角频率LC 1 0 LCf210 谐振频率谐振频率谐振阻抗谐振阻抗rCLZ 0回路品质因数回路品质因数CLrQ1 一、一、LC

21、并联谐振回路并联谐振回路 续续20020)(1 QZZ)(arctan00 Q三、三、三点式三点式 LC 振荡电路振荡电路(一一)电感三点式电感三点式 振荡电路（振荡电路（Hartley振荡器）振荡器）作业：作业：P332 7.7ac7.1.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路频率稳定度高达频率稳定度高达10-6 10-8 及以上，而及以上，而LC 振荡电路的难突破振荡电路的难突破 10-5。一、石英晶体谐振器及其阻抗特性一、石英晶体谐振器及其阻抗特性 石英化学成分是石英化学成分是SiO2。从一块晶体上。从一块晶体上按一定的方位角切割成的薄片称为晶片按一定的方位角切割成的薄片称为晶片。在晶片的在晶片的两面涂上银层作为电极两面涂上银层作为电极，电极上，电极上焊出两根引线固定在管脚上，封装后就构焊出两根引线固定在管脚上，封装后就构成了石英晶体谐振器。成了石英晶体谐振器。1.1.石英谐振器结构石英谐振器结构作业：作业：P333 7.9自学：自学：7.1.5 RC正弦波振荡电路的正弦波振荡电路的Multisim 仿真仿真 知识拓展知识拓展RC桥式振荡电路设计桥式振荡电路设计