模擬電子電路基礎(chǔ)課件：第八章2（第25講） 正弦波振蕩電路

1、1第八章 正弦波產(chǎn)生電路 一、 正弦波振蕩電路的基本概念 （一） 正弦波振蕩器的振蕩條件 （二） 正弦波振蕩器的組成及分類 二、 正弦波振蕩電路 （一） RC文氏電橋振蕩電路 （二） LC三點(diǎn)式振蕩電路 （三） 變壓器反饋式振蕩電路 （四） 石英晶體振蕩電路2自激振蕩的條件：因?yàn)椋核?，自激振蕩條件也可以寫成：（1）振幅條件：（2）相位條件：n是整數(shù)相位條件 意味著振蕩電路必須是正反饋；振幅條件 可以通過(guò)調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達(dá)到。3 正弦波發(fā)生電路是由放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路四部分組成的。 正弦波振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)由R、C和L、C等電抗性元件組成。正弦波振蕩器的名稱一般由選頻網(wǎng)

2、絡(luò)來(lái)命名。4（二） LC三點(diǎn)式振蕩電路LC振蕩振蕩器的振蕩頻率通常在幾十千赫到幾十兆赫，主要用來(lái)產(chǎn)生高頻振蕩信號(hào)。LC 振蕩電路的選頻電路由電感和電容構(gòu)成，可以產(chǎn)生高頻振蕩。由于高頻運(yùn)放價(jià)格較高，所以一般用分立元件組成放大電路。本節(jié)只對(duì) LC振蕩電路做一簡(jiǎn)單介紹，重點(diǎn)掌握相位條件的判別。首先介紹一下 LC 選頻網(wǎng)絡(luò)。5CLRR為電感線圈中的電阻1. LC并聯(lián)回路的頻率特性導(dǎo)納并聯(lián)諧振角頻率并聯(lián)諧振頻率6諧振時(shí)回路電流比總電流大的多，外界對(duì)諧振回路的影響可以忽略！ Q稱為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，反映諧振回路損耗大小的一項(xiàng)指標(biāo)。R愈小，Q值愈大。一般Q值在幾十至幾百的范圍內(nèi)。CLRR為電感線圈中的電阻

3、7 可繪出不同Q時(shí)LC并聯(lián)諧振回路的頻率響應(yīng)曲線。在諧振頻率附近，即當(dāng)0時(shí)，有8 由圖(a)見(jiàn)，Q值越大，相應(yīng)的幅頻特性曲線越尖銳，回路的選頻特性越好。 由圖(b)見(jiàn)，Q值越大，相頻曲線越陡，頻率的相對(duì)失諧量減小，頻率的穩(wěn)定性提高。9諧振時(shí)LC回路中電流的情況：諧振時(shí)：則：諧振時(shí)：諧振時(shí)回路電流比總電流大的多，外界對(duì)諧振回路的影響可以忽略！10CLRuiLici例: LC并聯(lián)諧振電路中, L=1mH, C=0.1F, R=1， U=1V。求諧振時(shí)的f0、I0、IC、IL。=15915 Hz=10KI0=U/Z0 =1/10=0.1 mAIC =U/ ZC 10 mA1CZC =100 IL =

4、U/ ZLR 10 mA結(jié)論:并聯(lián)諧振電路中 IC IL I0諧振信號(hào)通過(guò)互感線圈引出112. 電容三點(diǎn)式振蕩電路 電容三點(diǎn)式振蕩電路如圖所示?；痉糯箅娐酚煞謮菏狡秒娐窐?gòu)成，反饋網(wǎng)絡(luò)（兼選頻網(wǎng)絡(luò)）由C1，C2，L構(gòu)成。 由于整個(gè)LC回路分別引出3個(gè)端子和放大器中三極管的3個(gè)電極e、b、c端子交流相接，三點(diǎn)式由此得名，又反饋信號(hào)取自電容，所以叫電容三點(diǎn)式或電容反饋式振蕩器。12正反饋設(shè)uB uC uC1 uC2 uB 頻率由 L 、 C1 、 C2 組成的諧振網(wǎng)絡(luò)決定。+UCCC1LC2ABC+uLuC1 uC1減小時(shí),uC2如何變化？設(shè)L 、 C1 、 C2 組成的諧振網(wǎng)絡(luò)中的電流為i ，

5、則ii相位分析：13頻率計(jì)算：振蕩角頻率:14起振條件：通常選C1/C2=0.010.5在諧振頻率:幅值計(jì)算：15 為保證既有較高的振蕩頻率，又能保證頻率穩(wěn)定，可采用圖示電路，其中C0C1，C0C2。此時(shí)近似有：該電路的頻率穩(wěn)定性可達(dá)10-4。 因電容對(duì)高次諧波分量的濾波作用，使電路振蕩波形失真小，波形好。電路改進(jìn)：振蕩頻率:163. 電感三點(diǎn)式振蕩電路和電容三點(diǎn)式振蕩電路類似，如圖所示，都具有LC并聯(lián)回路，差別在于LC回路中電容和電感作了對(duì)偶互換。此外還增加了耦合電容CC，以避免LC回路影響放大器的靜態(tài)偏置。17互感線圈的極性判別1234磁棒初級(jí)線圈次級(jí)線圈同極性端1234+18+UCCCC

6、1L1L2+正反饋反相+振蕩頻率:M為兩線圈的互感(L+L+2M)Cfp21012uo 因電感對(duì)高次諧波的阻抗較高，故高頻時(shí)高次諧波分量較大，輸出波形變差。1920（三） 變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路如圖所示，變壓器初級(jí)繞組的電感L1和電容C構(gòu)成一個(gè)LC并聯(lián)回路，三極管的集電極負(fù)載。電路中的正反饋是通過(guò)L1和L2之間的變壓器耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。諧振頻率：21起振條件其中，M是互感系數(shù)，Q是品質(zhì)因素。22（四） 石英晶體振蕩電路正弦波振蕩電路的質(zhì)量高低常用頻率的穩(wěn)定度來(lái)衡量，用f/f0來(lái)表示。在LC振蕩電路中，其頻率的穩(wěn)定度很難突破10-5，而影響頻率穩(wěn)定度的主要因素是LC并聯(lián)諧振回路的品

7、質(zhì)因素Q。石英晶體元件的Q值一般為數(shù)萬(wàn)到數(shù)十萬(wàn)，振蕩頻率的穩(wěn)定性極好，可達(dá)10-8左右的數(shù)量級(jí)?？捎糜诟哳l率穩(wěn)定度的場(chǎng)合。231. 石英晶體壓電效應(yīng)和等效電路石英晶體又稱水晶，是一種二氧化硅結(jié)晶體，其硬度大、彈性高。將石英晶體按一定方向切割成片并經(jīng)過(guò)研磨制成幾何尺寸一定的石英晶片，再經(jīng)過(guò)真空鍍膜形成兩個(gè)極板，然后在極板上點(diǎn)上銀膏并引出一對(duì)電極，烘干后封裝在金屬或玻璃外殼內(nèi)，便制成了石英晶體元件。其結(jié)構(gòu)及電路符號(hào)如圖所示：241. 石英晶體壓電效應(yīng)和等效電路(續(xù))石英晶體元件的重要特點(diǎn)之一是具有壓電效應(yīng)(電壓和機(jī)械變形的相互轉(zhuǎn)換)。在晶片的兩個(gè)電極間加上交變電壓時(shí)，晶片便因反復(fù)的機(jī)械變形而產(chǎn)生機(jī)

8、械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)的固有頻率由晶片的幾何尺寸決定。這種機(jī)械振動(dòng)反過(guò)來(lái)又會(huì)產(chǎn)生交變電壓，當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶體的固有振動(dòng)頻率一致時(shí)，機(jī)械振動(dòng)與交變電壓的振幅會(huì)突然增加，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。石英晶體振蕩器正是利用這種壓電諧振特性來(lái)產(chǎn)生振蕩信號(hào)的。251. 石英晶體壓電效應(yīng)和等效電路(續(xù))石英晶體元件的等效電路如圖所示。其中L等效為石英晶片機(jī)械振動(dòng)的慣性；C等效為晶片的彈性；R等效為因摩擦而造成的損耗。此外，當(dāng)晶片不振動(dòng)時(shí)，可以看成為一個(gè)平板電容器C0。261. 石英晶體壓電效應(yīng)和等效電路(續(xù))等效電路有兩個(gè)諧振頻率：(串聯(lián)和并聯(lián))串聯(lián)：并聯(lián)：272. 石英晶體振蕩器電路基本的石英晶體振蕩器電路有兩類：并聯(lián)諧振型和串聯(lián)諧振型。并聯(lián)諧振型振蕩電路中，石英晶體元件工作在fp和fs之間，其作用相當(dāng)于一個(gè)高值電感。串聯(lián)諧振型振蕩電路中，石英晶體元件工作在串聯(lián)諧振頻率fs處，利用阻抗最小的特性來(lái)組成振蕩電路。28(1) 并聯(lián)型石英晶體振蕩器電路 電路原理與電容三點(diǎn)式振蕩器相同，C1、C2僅起反饋?zhàn)饔?。CS用于在fs