第十九講_正弦波振蕩電路振蕩條件及RC正弦波振蕩電路

1、9.5 正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波振蕩電路的振蕩條件1. 振蕩條件振蕩條件2. 起振和穩(wěn)幅起振和穩(wěn)幅3. 振蕩電路基本組成部分振蕩電路基本組成部分 正 反 饋 放 大正 反 饋 放 大電路如圖示。（注電路如圖示。（注意與負(fù)反饋方框圖意與負(fù)反饋方框圖的差別）的差別）1. 振蕩條件振蕩條件fiaXXX 若環(huán)路增益若環(huán)路增益1 FA則則， faXX 去掉去掉， iXoX仍有穩(wěn)定的輸出仍有穩(wěn)定的輸出又又fafa AFFAFA所以振蕩條件為所以振蕩條件為1)()( FA振幅平衡條件振幅平衡條件 n2)()(fa 相位平衡條件相位平衡條件說(shuō)明說(shuō)明 faXX與與同相位或引入的反饋為正反饋。同相位或引入的

2、反饋為正反饋。負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋放大電路的自激條件自激條件自激振蕩自激振蕩反饋深度反饋深度時(shí)，時(shí)， 01 FA即即1 FA為為環(huán)環(huán)路路增增益益）（ FA Vf反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)F基本放大電路基本放大電路AVo1Vid又又)()()()(fa FAFA得自激振蕩條件得自激振蕩條件1)()(kk FA 180)12()()(kfkan 幅值條件幅值條件相位條件（附加相移）相位條件（附加相移）FAAA 1F閉環(huán)增益閉環(huán)增益起振條件起振條件2. 起振和穩(wěn)幅起振和穩(wěn)幅振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須輸入信號(hào)就能起振，振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須輸入信號(hào)就能起振，起振的信號(hào)源來(lái)自何處？起振的信號(hào)源來(lái)自何處？電路器件

3、內(nèi)部噪聲電路器件內(nèi)部噪聲1)()( FA n2)()(fa 當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，就要限制它繼續(xù)增當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，就要限制它繼續(xù)增加，否則波形將出現(xiàn)失真。加，否則波形將出現(xiàn)失真。 噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率 0 0的噪聲信號(hào)被的噪聲信號(hào)被放大，成為振蕩電路的輸出信號(hào)。放大，成為振蕩電路的輸出信號(hào)。 穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，使振幅平衡條件使振幅平衡條件從從 回到回到1 AF。 1 AF平衡平衡點(diǎn)點(diǎn) 一個(gè)反饋放大電路若能一個(gè)反饋放大電路若能同時(shí)滿足自激振蕩的幅

4、度和相位同時(shí)滿足自激振蕩的幅度和相位平衡條件平衡條件，就，就一定能產(chǎn)生自激振蕩一定能產(chǎn)生自激振蕩，但并不見(jiàn)得一定能產(chǎn)生，但并不見(jiàn)得一定能產(chǎn)生正弦波自激振蕩，即正弦波自激振蕩，即輸出信號(hào)不一定是正弦波輸出信號(hào)不一定是正弦波。3. 基本組成部分基本組成部分 這是因?yàn)?，若同時(shí)有多種頻率的正弦波信號(hào)都滿足自激這是因?yàn)?，若同時(shí)有多種頻率的正弦波信號(hào)都滿足自激振蕩條件，則反饋放大電路就能夠在多種頻率下產(chǎn)生振蕩。振蕩條件，則反饋放大電路就能夠在多種頻率下產(chǎn)生振蕩。它的輸出信號(hào)就是一個(gè)它的輸出信號(hào)就是一個(gè)由多種頻率的正弦波信號(hào)合成的非正由多種頻率的正弦波信號(hào)合成的非正弦波信號(hào)弦波信號(hào)。 為了獲得單一頻率的正弦

5、波振蕩為了獲得單一頻率的正弦波振蕩，可在反饋放大電路中引，可在反饋放大電路中引入入選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿足相位平衡條件的一個(gè)頻率），使反饋放（選擇滿足相位平衡條件的一個(gè)頻率），使反饋放大電路對(duì)不同頻率的正弦波信號(hào)產(chǎn)生不同的相位移和放大倍數(shù)，大電路對(duì)不同頻率的正弦波信號(hào)產(chǎn)生不同的相位移和放大倍數(shù)，使電路使電路只讓某一特定頻率的正弦波信號(hào)滿足自激振蕩條件只讓某一特定頻率的正弦波信號(hào)滿足自激振蕩條件，保，保證電路輸出正弦波信號(hào)。證電路輸出正弦波信號(hào)。4放大電路（包括負(fù)反饋放大電路）放大電路（包括負(fù)反饋放大電路）3. 正弦波振蕩電路的基本組成部分正弦波振蕩電路的基本組成部分4反饋網(wǎng)絡(luò)（構(gòu)成正反饋）反

6、饋網(wǎng)絡(luò)（構(gòu)成正反饋）4選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿足相位平衡條件的一個(gè)頻選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿足相位平衡條件的一個(gè)頻率，經(jīng)常與反饋率，經(jīng)常與反饋 網(wǎng)絡(luò)合二為一。）網(wǎng)絡(luò)合二為一。）4穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)RC RC 振蕩器振蕩器 低頻低頻1MHZ1MHZ1MHZ9.6 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路1. 電路組成電路組成2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性3. 振蕩電路工作原理振蕩電路工作原理4. 振蕩的建立與穩(wěn)定振蕩的建立與穩(wěn)定6. 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施5. 振蕩頻率與振蕩波形振蕩頻率與振蕩波形1. 電路組成電路組成反饋網(wǎng)絡(luò)兼做選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)兼做選頻網(wǎng)絡(luò) RC振蕩電路有很多種：橋式的、移相振蕩電

7、路有很多種：橋式的、移相式、雙式、雙T型的，但最常用的是橋式振蕩電路。型的，但最常用的是橋式振蕩電路。放大電路放大電路：運(yùn)放、：運(yùn)放、R1R1、RfRf組成同相組成同相比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)RCRC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)1fvRR1A 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋由選頻網(wǎng)絡(luò)可知由選頻網(wǎng)絡(luò)可知2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性sC1RZ1 sCsCR1 則反饋系數(shù)為：則反饋系數(shù)為：2212of)sCR(3sCR1sCRZZZ) s (V) s (V) s ( VFsC1RsC1RZ2 R1RsC 反饋系數(shù)反饋系數(shù)2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選

8、頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性)()()(ofsVsVsFV 幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)又又212ZZZ 2)(31sCRsCRsCR j s且令且令RC10 則則)( j3100 VF2002)(31 VF相頻響應(yīng)相頻響應(yīng)3)(arctg00f 2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性當(dāng)當(dāng)2002)(31 VF幅頻響應(yīng)有最大值幅頻響應(yīng)有最大值3)(arctg00f RCffRC 21 100 或或31max VF相頻響應(yīng)相頻響應(yīng)0f 3. 振蕩電路工作原理振蕩電路工作原理1 1、會(huì)找出三個(gè)組成部分；、會(huì)找出三個(gè)組成部分；2 2、用用瞬時(shí)極性法瞬時(shí)極性法判斷電路是判斷電路是否滿足相位平

9、衡條件否滿足相位平衡條件 n2fa (+)(+)(+)(+)分析方法：分析方法： 首先找出反饋線，在首先找出反饋線，在A A處斷開(kāi)反饋線，假設(shè)在放大電路的處斷開(kāi)反饋線，假設(shè)在放大電路的輸入端加一個(gè)輸入電壓輸入端加一個(gè)輸入電壓V Vi i，V Vi i的頻率正好是選頻網(wǎng)絡(luò)的固有頻的頻率正好是選頻網(wǎng)絡(luò)的固有頻率率f f0 0，即，即f=ff=f0 0=1/2=1/2RCRC，假定某一瞬時(shí)，假定某一瞬時(shí)ViVi對(duì)地極性為（對(duì)地極性為（+ +），），V Vo o在同一瞬時(shí)對(duì)地極性為（在同一瞬時(shí)對(duì)地極性為（+ +），由于），由于f=ff=f0 0=1/2=1/2RCRC，根據(jù)相頻特，根據(jù)相頻特性來(lái)判斷，

10、若性來(lái)判斷，若V Vo o的頻率也為的頻率也為f f0 0，A A點(diǎn)在同一瞬時(shí)對(duì)地的極性也為點(diǎn)在同一瞬時(shí)對(duì)地的極性也為（+ +）。再接上反饋線，看）。再接上反饋線，看V Vf f和和V Vi i的相位是否相同，若同相，則的相位是否相同，若同相，則說(shuō)明此電路滿足相位平衡條件。說(shuō)明此電路滿足相位平衡條件。A3 3、振幅平衡條件：、振幅平衡條件：A Av vF Fv v=1=1；A Av v=1+R=1+Rf f/R/R1 1、F Fv v=1/3 R=1/3 Rf f=2R=2R1 13. 振蕩電路工作原理振蕩電路工作原理此時(shí)若放大電路的電壓增益為此時(shí)若放大電路的電壓增益為 用用瞬時(shí)極性法瞬時(shí)極性

11、法判斷可知，判斷可知，電路滿足相位平衡條件電路滿足相位平衡條件則振蕩電路滿足振幅平衡條件則振蕩電路滿足振幅平衡條件0f 當(dāng)當(dāng)RC10 時(shí)，時(shí)， n2fa (+)(+)(+)(+)Av311f RRAV1313 VVFA電路可以輸出頻率為電路可以輸出頻率為 的正弦波的正弦波RCf 210 RC正弦波振蕩電路一般用于產(chǎn)生頻率低于正弦波振蕩電路一般用于產(chǎn)生頻率低于 1 MHz 的正弦波的正弦波4. 振蕩的建立與穩(wěn)定振蕩的建立與穩(wěn)定 就是要使電路自激，從而產(chǎn)生持續(xù)的振蕩，由直流電變?yōu)榫褪且闺娐纷约ぃ瑥亩a(chǎn)生持續(xù)的振蕩，由直流電變?yōu)榻涣麟?。交流電。振蕩建立振蕩建立?當(dāng)電路一接上直流電源，由于電沖擊或

12、噪聲或干擾等信號(hào)當(dāng)電路一接上直流電源，由于電沖擊或噪聲或干擾等信號(hào)的存在，它們都含有豐富的諧波，總有與振蕩頻率的存在，它們都含有豐富的諧波，總有與振蕩頻率f f0 0相同的諧相同的諧波，這個(gè)信號(hào)雖然很微弱，但經(jīng)過(guò)放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)的作用，波，這個(gè)信號(hào)雖然很微弱，但經(jīng)過(guò)放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)的作用，使輸出信號(hào)的幅值越來(lái)越大，正弦波振蕩由小到大地建立起來(lái)。使輸出信號(hào)的幅值越來(lái)越大，正弦波振蕩由小到大地建立起來(lái)。穩(wěn)定穩(wěn)定： 輸入諧波經(jīng)過(guò)放大輸入諧波經(jīng)過(guò)放大 反饋反饋 再放大的循環(huán)，使輸出幅再放大的循環(huán)，使輸出幅度不斷增加，但由于幅度增大到一定程度時(shí)，運(yùn)算放大器工作度不斷增加，但由于幅度增大到一定程度時(shí)，運(yùn)算放大器工作在非線性區(qū)，或三極管工作在非放大區(qū)，所以輸出幅度就會(huì)下在非線性區(qū)，或三極管工作在非放大區(qū)，所以輸出幅度就會(huì)下降并趨于穩(wěn)定。降并趨于穩(wěn)定。平衡平衡點(diǎn)點(diǎn)5. 振蕩頻率與振蕩波形振蕩頻率與振蕩波形 因?yàn)橹挥性谝驗(yàn)橹挥性趂=ff=f0 0=1/2=1/2RCRC時(shí)才滿足相位平時(shí)才滿足相位平衡條件，所以振蕩頻率即為選頻網(wǎng)絡(luò)的固有頻衡條件，所以振蕩頻率即為選頻網(wǎng)絡(luò)的固有頻率率f=1/2f=1/2RCRC。振蕩頻率振蕩頻率： 振蕩波形振蕩波形：當(dāng)當(dāng)A Av vF Fv v稍大于稍