第6章正弦波振蕩換電路

1、第第6 6章章 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路如何產(chǎn)生載波如何產(chǎn)生載波? ?信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路( (振蕩器振蕩器Oscillators) )主要性主要性要求能：要求能：輸出信號的輸出信號的幅度準確穩(wěn)定幅度準確穩(wěn)定輸出信號的輸出信號的頻率準確穩(wěn)定頻率準確穩(wěn)定1產(chǎn)生正弦波振蕩的條件產(chǎn)生正弦波振蕩的條件iU放大電路放大電路AioUAU 反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡FtUU sin2ii OfUFU 如果反饋電壓如果反饋電壓 uf 與原輸入信號與原輸入信號 ui 完全相等，則即使完全相等，則即使無外輸入信號，放大電路輸出端也有一個正弦波信號無外輸入信號，放大電路輸出端也有一個正弦波信號自激振蕩自激振蕩。圖圖

2、反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件6.1 正弦波振蕩電路的基本原理正弦波振蕩電路的基本原理如果：如果：,ifXX則去掉則去掉,iX仍有信號輸出。仍有信號輸出?；痉糯蠡痉糯箅娐冯娐稟反饋電路反饋電路FiXoXfX反饋信號代替了放大反饋信號代替了放大電路的輸入信號。電路的輸入信號?；痉糯蠡痉糯箅娐冯娐稟反饋電路反饋電路FiX+ +iXoXfX?由此知放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：由此知放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：ifUU 即：即：iiofUUAFUFU 所以產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是：所以產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是：1 FA1 FA幅度平衡條件幅度平衡條件2argFAn

3、FA 相位平衡條件相位平衡條件, 2 , 1 , 0 n起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件和穩(wěn)幅原理1 。FA結果：產(chǎn)生增幅振蕩結果：產(chǎn)生增幅振蕩（略大于）（略大于）1 1、被動：器件非線性、被動：器件非線性2 2、主動：在反饋網(wǎng)絡中加入非線性穩(wěn)幅、主動：在反饋網(wǎng)絡中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)放大電路的放大電路的增益增益穩(wěn)幅：穩(wěn)幅：起振條件起振條件 iouuAu ofuuFu 2AFn 放大器放大器Au反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡FuUoUfUi 1/FuAu = 1/FuOuiuoAuuoAu Fu 1Au Fu R111CR221C其低頻等效電路為：其低頻等效電路為：其頻率特性為：其頻率特性為

4、：當當=0時，時，uf=0，F(xiàn)=0 =+90F當當時，時，uf=，F(xiàn) F+fo-+R21u-uC+0 |F|0 F90（2）當信號的頻率很高時。）當信號的頻率很高時。R111CR221C其高頻等效電路為：其高頻等效電路為：其頻率特性為：其頻率特性為：當當=時，時，uf=0，F(xiàn)=0 =-90F當當時，時，uf=，F(xiàn) F+ou-f-u+2C+1R0 |F|0 F-900=？ Fmax=？由以上分析知：一定有一個頻率由以上分析知：一定有一個頻率0存在，存在，當當=0時，時，F(xiàn)最大，且最大，且 =0F0 |F|0 F900 |F|0 F-90定量分析定量分析)j/1(111CRZ 222222j1 )

5、j/1/(CRRCRZ R1C1 串聯(lián)阻抗：串聯(lián)阻抗：R2C2 并聯(lián)阻抗：并聯(lián)阻抗：212ofZZZUUF 頻率特性：頻率特性：+Ru+-o-fu+12RC12C)1j()1(1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRCRCRRF 通常，取通常，取R1R2R，C1C2C，則有：，則有：)j(3100 F式中：式中：RC10 可見：當可見：當 時，時， F最大，且最大，且 =0RC10F Fmax=1/3RC串并聯(lián)網(wǎng)絡完整的頻率特性曲線：串并聯(lián)網(wǎng)絡完整的頻率特性曲線：RC10 當當 時，時， F= Fmax=1/30FRC10RCf 210 Fo +90o |F|1/3

6、 nAF2 1) ) 相位條件相位條件RCf 2102)振蕩條件振蕩條件21f RR1f2RR Rf 不能太大，否則正弦波將變成方波不能太大，否則正弦波將變成方波應使：應使：1 uuFA 31 F1.1RRAf 3. 電路的振蕩頻率和起振條件電路的振蕩頻率和起振條件(1)振蕩頻率振蕩頻率 nA2 在在 f0 處處,0F滿足相位條件：滿足相位條件： nFA2 (2)起振條件起振條件為使電為使電 Au 為非線性，起振時，應使為非線性，起振時，應使 Au 3，穩(wěn)幅后，穩(wěn)幅后 Au = 3。CR1RfRiUoUCRfU正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)負溫度系數(shù)負溫度系數(shù)熱敏電阻穩(wěn)幅熱敏電阻穩(wěn)幅 )/1(1fuff

7、RRART4. 負反饋支路的穩(wěn)幅作用負反饋支路的穩(wěn)幅作用R1R2oUV1V2R3Au 1 + R2/R1 = 3為使失真小：為使失真?。?R2 2R1 R3Au 1 + (R2+ R3)/R1 3起振時信號小，起振時信號小，二極管電阻大二極管電阻大12.4 k R2 7.1 k f0 = 1.94 kHzRCf 210二極管穩(wěn)幅二極管穩(wěn)幅7.2 k 6.2 k 22 k 4.3 k 0.01 F7.2 k 0.01 F輸出頻率的調(diào)整：輸出頻率的調(diào)整：RCfo21通過調(diào)整通過調(diào)整R或或/和和C來調(diào)整頻率。來調(diào)整頻率。uoC：雙聯(lián)可調(diào)電：雙聯(lián)可調(diào)電容，改變?nèi)?，改變C，用于細調(diào)振用于細調(diào)振蕩頻率。蕩

8、頻率。K：雙聯(lián)波段開：雙聯(lián)波段開關，切換關，切換R，用于粗調(diào)振用于粗調(diào)振蕩頻率。蕩頻率。_+RFRCCRKKR1R1R2R2R3R3A電子琴的振蕩電路電路：電子琴的振蕩電路電路：2121RRCfoRF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21_+A_+RfR1C1C2R2AUoC3R通常選取通常選取CCCC321RRR21RCf3210此時振蕩頻率：起振條件：起振條件：Rf12R優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單、經(jīng)濟結構簡單、經(jīng)濟缺點：缺點：選頻作用差，頻率調(diào)節(jié)不便，輸出波形差，輸出幅度不夠穩(wěn)定。選頻作用差，頻率調(diào)節(jié)不便，輸出波形差，輸出幅度不夠穩(wěn)定。6.3.2 RC移

9、相式振蕩電路移相式振蕩電路_+RfR1CCR1R2R32CUoR3應略小于應略小于2R此時此時RCf210略大于RCf510輸出信號的頻率穩(wěn)定性較高，輸出信號的頻率穩(wěn)定性較高，輸出波形的線性失真較小。輸出波形的線性失真較小。但調(diào)節(jié)不便。但調(diào)節(jié)不便。6.3.3 雙雙T式振蕩電路式振蕩電路LC LC 振蕩電路的振蕩電路的選頻電路選頻電路由由電感電感和和電容電容構成，可以構成，可以產(chǎn)生高頻振蕩。由于高頻運放價格較高，所以一般用產(chǎn)生高頻振蕩。由于高頻運放價格較高，所以一般用分離元件組成放大電路。分離元件組成放大電路。類型：類型：變壓器反饋式變壓器反饋式 、電感三點式、電容三點式、電感三點式、電容三點式

10、LRCIs.)1( j1/CRRLRCLZ Z6.4 LC 6.4 LC 振蕩電路振蕩電路6.4.1 LC 并聯(lián)諧振電路的頻率并聯(lián)諧振電路的頻率1. 諧振頻率諧振頻率 f0 1 0，LC LCf210 2. 諧振阻抗諧振阻抗 Z0RCLZ 03. 回路品質(zhì)因數(shù)回路品質(zhì)因數(shù) Q CLRCRRLQ1100 CQLQZ00 0 04. 頻率特性頻率特性)1( j1/RCRLRCLZ )/(j1000ffffQZ 0Z Z 0 Q 大大Q 小小 0 f90 90Q 增大增大幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性 Q Q為諧振回路的為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，品質(zhì)因數(shù)，Q Q值越大值越大，曲線越陡越窄，曲線越陡越窄

11、，選頻特性越好。選頻特性越好。20020)/(1ffffQZZ )(arctan00ffffQz 5. 阻抗與相位阻抗與相位LC+VCCTRERB1RB2CECB180 A 180 F 0 AF 滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件LCf 210同名端同極性同名端同極性6.4.2 變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路把并聯(lián)把并聯(lián)LCLC回路中的回路中的C C或或L L分成兩個，則分成兩個，則LCLC回路回路就有三個端點。把這三個端點分別與三極管的三就有三個端點。把這三個端點分別與三極管的三個極相連，就形成了個極相連，就形成了LCLC三點式正弦波發(fā)生電路。三點式正弦波發(fā)生電路。它們又分為電感三點

12、式和電容三點式兩類。它們又分為電感三點式和電容三點式兩類。LC三點式正弦波發(fā)生電路圖a）電感三點式b）電容三點式三點式三點式LC振蕩電路振蕩電路C+VCCTRERB1RB2CECBL1L2C1M123oUiUfU6.4.3 電感三點式電感三點式LC振蕩電路振蕩電路 )2(2121210CMLLLCf 優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點：易起振易起振( (L 間耦合緊間耦合緊) )；易調(diào)節(jié)易調(diào)節(jié)( (C 可調(diào)可調(diào)) )。輸出取自電感，對輸出取自電感，對高次諧波阻抗大高次諧波阻抗大，輸出波形差。輸出波形差?？籍吰澱袷幤骺籍吰澱袷幤? (Colpitts) )LCCCCLCf212102121 +VCCTRER

13、B1RB2CECBLC1C2123LC3oUiUfU6.4.4 電容三點式電容三點式LC振蕩電路振蕩電路優(yōu)點：波形較好優(yōu)點：波形較好缺點：缺點：2) ) T 極間電容影響極間電容影響 f01) ) 調(diào)頻時易停振調(diào)頻時易停振3211111CCCC 212130LCLCf C 3的改進的改進1. 結構和符號結構和符號化學成分化學成分 SiO2結構結構晶片晶片涂銀層涂銀層焊點焊點符號符號* *6.5 6.5 石英晶體石英晶體(Crystal)(Crystal)振蕩電振蕩電路路6.5.1 石英晶體簡介石英晶體簡介2. 壓電效應壓電效應形變形變形變形變機械振動機械振動壓電諧振壓電諧振外加交變外加交變電壓

14、的頻率等電壓的頻率等于晶體固有頻于晶體固有頻率時，機械振率時，機械振動幅度急劇加動幅度急劇加大的現(xiàn)象。大的現(xiàn)象。3. 等效電路等效電路rC0CLL 晶體的動態(tài)電感晶體的動態(tài)電感 ( (10 3 102 H) )( (大大) )C 晶體的動態(tài)電容晶體的動態(tài)電容 ( ( 0.1 pF) )( (小小) )r 等效摩擦損耗電阻等效摩擦損耗電阻( (小小) ) 1qqqCLrQ Co 晶片靜態(tài)電容晶片靜態(tài)電容 ( (幾幾 幾十幾十 pF) ) 1qqqCLrQ 4. 頻率特性和諧振頻率頻率特性和諧振頻率fXfPfS容性容性感性 21 qqSCLf 21 q0q0qPCCCCLf 1 0qSCCf 5.

15、 使用注意使用注意2) )要有合適的激勵電平。過大會影響要有合適的激勵電平。過大會影響 頻率穩(wěn)定度、振壞晶片；過小會使頻率穩(wěn)定度、振壞晶片；過小會使 噪聲影響大，還能停振。噪聲影響大，還能停振。1) )要要接接一定的負載電容一定的負載電容 CL( (微調(diào)微調(diào)) )， 以以達標稱頻率。達標稱頻率。1. 并聯(lián)式石英晶體振蕩電路并聯(lián)式石英晶體振蕩電路fs f fp，晶體，晶體呈感性呈感性+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC6.5.2 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路2. 串聯(lián)式石英晶體振蕩電路串聯(lián)式石英晶體振蕩電路 f = fs，晶體，晶體呈純阻呈純阻+VCCVRERB1RB2CBLC一、

16、信號產(chǎn)生電路的分類：一、信號產(chǎn)生電路的分類：正弦波振蕩正弦波振蕩:非正弦波振蕩：非正弦波振蕩：RC 振蕩器振蕩器 ( (低頻低頻) )LC 振蕩器振蕩器 ( (高頻高頻) )石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器( (振蕩頻率精確振蕩頻率精確) )方波、方波、三角波、三角波、鋸齒波等。鋸齒波等。小小 結結二、二、正弦波振蕩正弦波振蕩條件、電路結構和選頻電路條件、電路結構和選頻電路1. 振蕩條件振蕩條件 振幅平衡條件振幅平衡條件2 FAAFn 相位平衡條件相位平衡條件n = 0, 1, 2, 1 uuFA判斷電路是否起振采用判斷電路是否起振采用瞬時極性法，瞬時極性法，即斷開反饋即斷開反饋網(wǎng)絡，加一信號，如

17、果信號極性逐級變化后，網(wǎng)絡，加一信號，如果信號極性逐級變化后，返回后與原信號同極性，則滿足相位平衡條件。返回后與原信號同極性，則滿足相位平衡條件。2. 振蕩電路的兩種結構振蕩電路的兩種結構放大器放大器選頻正選頻正反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡UoUfUi選頻選頻放大器放大器正反饋正反饋網(wǎng)絡網(wǎng)絡UoUfUi3. 選頻電路及其特性選頻電路及其特性1) ) RC 串并聯(lián)式串并聯(lián)式幅幅頻頻特特性性 0 Fu .31相相頻頻特特性性 0 f90 90當當 = 0 = 1/RC 時時 Fu = 1/3. = 0電電路路2) ) LC并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路LuCr +iiLiC阻抗幅頻特性阻抗幅頻特性電路電路 0Z Z

18、 0 阻抗相頻特性阻抗相頻特性 0 f90 90諧振頻率諧振頻率LCf 210諧振阻抗諧振阻抗rCLZ 0回路品質(zhì)因數(shù)回路品質(zhì)因數(shù)CLrCrrLQ1100 三、三、正弦波振蕩正弦波振蕩電路電路1. RC 橋氏振蕩電路橋氏振蕩電路CR1RfRiUoUCRfU振蕩頻率振蕩頻率RCf210 振蕩條件振蕩條件3 uA即即1f2RR 自動穩(wěn)幅措施：自動穩(wěn)幅措施：使電使電 Au 成為非線性成為非線性Rf 串接二極管串接二極管( (圖略圖略) )Rf 串接負溫度系數(shù)熱敏電阻串接負溫度系數(shù)熱敏電阻R1 采用正溫度系數(shù)熱敏電阻采用正溫度系數(shù)熱敏電阻3. LC 振蕩電路振蕩電路變壓器反饋式變壓器反饋式LC+VCCVRERB1RB2CECBLCf 210電感三點式電感三點式C+VC