正弦波振蕩電路的分析方法

波形產(chǎn)生電路的設計1正弦波振蕩電路的分析方法RC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路4石英晶體振蕩器5非正弦波發(fā)生電路一、正弦波振蕩電路的分析方法產(chǎn)生正弦波振蕩的條件y/2U1sin①ty/2U1sin①t如果反饋電壓uf與原輸入信號ui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一一自激振蕩。由此知放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：沸=沸fi即：沸=泌=廖推=沸foii所以產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是：耕=1\AF\=1—幅度平衡條件argAF=^+甲=±2nnn=0,1,2,A相位平衡條件分析步驟：判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩檢查電路是否具備正弦波振蕩的組成部分；檢查放大電路的靜態(tài)工作點是否能保證放大電路正常工作；分析電路是否滿足自激振蕩的相位平衡條件和振幅平衡條件。判斷相位平衡條件的方法是：瞬時極性法。估算振蕩頻率和起振條件，振蕩頻率由相位平衡條件決定。a.寫出回路增益料的表示式令氣+*=±2nn，即可求得滿足該條件的f0，此頻率即為振蕩頻率;令f=f0時的|辯＞1，即得起振條件。正弦波產(chǎn)生電路一般應包括以下幾個基本組成部分：(1)放大電路。

反饋網(wǎng)絡。選頻網(wǎng)絡。⑷穩(wěn)幅電路。判斷一個電路是否為正弦波振蕩器，就看其組成是否含有上述四個部分。二、RC正弦波振蕩電路(文氏電橋)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡振蕩電路電路組成：T王T王放大電路一一集成運放A；選頻與正反饋網(wǎng)絡一一R、C串并聯(lián)電路；穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——RF與R'組成的負反饋電路。Z+ZRC串并聯(lián)網(wǎng)絡的選頻特性R1+j^C+1+j^RC1221Z+ZZu<>66取R]=R2=R圖8.2.2c1=C2=C，令C言)+j3RC1O0RC1則:1WW

3+j(—o)①①得RC串并聯(lián)電路的幅頻特性為:F=■32+（竺-％）2I①①①①相頻特性為：狀5字當號①廣Re時，，牛3最大，％=0。振蕩頻率與起振條件1-振蕩頻率f=2SRC2.起振條件f=f0時，|斗=3由振蕩條件知：|用彳＞1,所以起振條件為：|奇＞3同相比例運放的電壓放大倍數(shù)為氣=1+R，即要求：Rf＞2R振蕩電路中的負反饋（自動穩(wěn)幅）引入電壓串聯(lián)負反饋，可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，提高帶負載能力。R’反饋系數(shù)F=r*rF則電路可以起振，改變RF，可改變反饋深度。增加負反饋深度，并且滿足|奇＞3，并產(chǎn)生比較穩(wěn)定而失真較小的正弦波信號。則電路可以起振，振蕩頻率的調(diào)節(jié)f02丸RC調(diào)節(jié)電阻R或電容C的值，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率；利用波段開關換接不同容量的電容，對頻率進行粗調(diào)；利用同軸電位器，對振蕩頻率進行細調(diào)。（二）其他形式的RC振蕩電路1、移相式振蕩電路集成運放產(chǎn)生的相位移中A=180°，如果反饋網(wǎng)絡再相移180°，即可滿足產(chǎn)生正弦波振蕩的相位平衡條件。當f=f0時，相移180°，滿足正弦波振蕩的相位條件。2、雙T選頻網(wǎng)絡振蕩電路振蕩頻率約為：Ol>1并聯(lián)電路的導納:Y=j"+1R2+(3L)2_-c--^oL0R2+(3L)20二0時，電路發(fā)生并聯(lián)諧振。□f=_x_’。5RC_R起振條件R^，32、雙T選頻網(wǎng)絡振蕩電路振蕩頻率約為：Ol>1并聯(lián)電路的導納:Y=j"+1R2+(3L)2_-c--^oL0R2+(3L)20二0時，電路發(fā)生并聯(lián)諧振。□如果放大電路的放大倍數(shù)足夠大，同時滿足振幅平衡條件，即可產(chǎn)生正弦波振蕩。三種RC振蕩電路的比較名稱RC串并聯(lián)網(wǎng)絡振蕩電路移相式振蕩電路雙T網(wǎng)絡選頻振蕩電路電路形式€CC\RR振蕩頻率f=1J02冗RCf=1J02*3冗RCf05RC起振條件|牛3Rf>12Rp.QI,R3<R，捋〉1電路特點及應用場合可方便地連續(xù)調(diào)節(jié)振蕩頻率，便于加負反饋穩(wěn)幅電路，容易得到良好的振蕩波形。電路簡單，經(jīng)濟方便，適用于波形要求不高的輕便測試設備中。選頻特性好，適用于產(chǎn)生單一頻率的振蕩波形。LC正弦波振蕩電路LC并聯(lián)電路的特性：當頻率變化時，并聯(lián)電路阻抗的大小和性質(zhì)都發(fā)生變化。并聯(lián)諧振角頻率%=1R

■()2+1注。L1①并聯(lián)諧振角頻率%=1R

■()2+1注。L當Q>>1時，e0a&，諧振頻率：九-驀C

-j備(R+j")(-j*?網(wǎng)Z=RTOC\o"1-5"\h\z11-j——+R+j"R+j(①L-——)LC并聯(lián)回路的阻抗:①C①CLRC①L11+j——(1)\o"CurrentDocument"R①2LC在諧振頻率附近，ZRZ0，可見，Q值不同，1+jQ（1-方32回路的阻抗不同。發(fā)生并聯(lián)諧振時，^LC1L回路等效阻抗：Z^^-―0LC并聯(lián)回路的阻抗:在諧振頻率附近，ZRZ0，可見，Q值不同，1+jQ（1-方32回路的阻抗不同。發(fā)生并聯(lián)諧振時，^LC1L回路等效阻抗：Z^^-―0YRCL?oRc，3L

-0-R1：工R\C結論：1.當f=f0時，電路為純電阻性，等效阻抗最大；當f<f0時，電路為有性；當f>f0時，電路為容性。所以LC并聯(lián)電路具有選頻特性。圖2.電路的品質(zhì)因數(shù)Q愈大，選頻特性愈好。諧振時LC回路中的電流電容支路的電流：好30C牛牛團并聯(lián)回路的輸入電流:R2+(30L)2所以：片|=q|*，當q>>1時，閱>>悴，片|>>件片件I聲C■CL''CL結論：諧振時，電容支路的電流與電感支路的電流大小近似相等，而諧振回路的輸入電流極小。（三）變壓器反饋式振蕩電路1、電路組成用瞬時極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。（瞬時極性法）2、振蕩頻率和起振條件1振蕩頻率fo?頃廣起振條件6>宅￡M(四)電感三點式振蕩電路(Hartley)1、電路組成用瞬時極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。2、振蕩頻率和起振條件”11振蕩頻率f=——=——=02叭LC2\：(%+L2+2M)C起振條件6>%:二-導L+MR電感三點式振蕩電路的特點由于二線圈之間耦合很緊，因此容易起振。調(diào)節(jié)頻率方便。一般用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的頻率。輸出波形中含有較大的高次諧波，故波形較差。8.3.45.頻率穩(wěn)定度不高。(五)電容三點式振蕩電路(Colpitts)1、電路組成用瞬時極性判斷為正反饋，所以滿足自激振蕩的相位平衡條件。2、振蕩頻率和起振條件振蕩頻率f=一L02冗"C2叭2冗Lq+C2CC—1_2(六)電容三點式改進型振蕩電路振蕩頻率圖8.3.5選擇C<<C1，C<<C2,減小了三極管極間電容對振蕩頻率的影響，適用于產(chǎn)生高頻振蕩。各種LC振蕩電路的比較名稱變壓器反饋式電感三點式電容三點式電容三點式改進型電路形式[IF'?11路k*亂f用—02冗JLC1f1f彪1振蕩頻率f=.02冗J(q+L2+2M)C)2氣LeeL-L2-C+C1202冗1L?,1+1+1CCC起振條件r—R'Cp>—M超L+Mrp>?上拿L+MR2展-R112同左頻率調(diào)節(jié)方法及范圍頻率可調(diào)，范圍較寬。同左頻率可調(diào)，圍較小。范同左振蕩波形一般較差好好頻率穩(wěn)定度可達10-4同左可達10-4?10-5可達10-5適用頻率幾千赫~幾十兆赫同左幾兆赫?一百兆赫同左（七）石英晶體振蕩器石英晶體的基本特性和等效電路1、基本特性壓電效應：在石英晶片的兩極加一電場，晶片將產(chǎn)生機械變形；若在晶片上施加機械壓力，在晶片相應的方向上會產(chǎn)生一定的電場。壓電諧振：晶片上外加交變電壓的頻率為某一特定頻率時，振幅突然增加。2、等效電路靜電電容：C0機械振動慣性：L晶片彈性：C磨擦損耗：RXo…一…—1串聯(lián)諧振頻率尸虱宜-1"C并聯(lián)諧振頻率fp-—,=f.1+—2冗\L———'oC+Co一、并聯(lián)型石英晶體振蕩電路電抗頻率特性交流等效電路圖8.4.2CC1―2-C'=C1+C2振蕩頻率f-——1,02丸:LC(Co+C\C+C+C1o由于C?Co+C，fCC1―2-C'=C1+C2當振蕩頻率等于fS時，晶體阻抗最小，且為純電阻，此時正反饋最強，相移為零，電路滿足自激振蕩條件。振蕩頻率匕=二圖8.5.2調(diào)節(jié)R可改變反饋的強弱，以獲得良好的正弦波。（八）非正弦波發(fā)生電路矩形波發(fā)生電路一、電路組成滯回比較器：集成運放、R1、R充放電回路：R、C；鉗位電路：VDZ、R3。二、工作原理設t=0時，“c=0，Wq=+UZRC充放電滯回—回路比較器u=UC=U+時，輸出跳變，UOUZ,則uR——1—UR+Rz=uC=U+時，輸出又一次跳變，uO=+UZ當三、振蕩周期電容的充放電規(guī)律：（8）］e+U（8）U(t)=U(。)-U對于放電，UC（°尸+FrUz12U(8)—~U，T=RC解得:結論:T=2RCln（1+色）R2改變充放電回路的時間常數(shù)及滯回比較器的電阻，即可改變振蕩周期。矩形波的幅度與R1、R2和UZ有關。四、占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路使電容的充、放電時間常數(shù)不同且可調(diào)，即可使矩形波發(fā)生器的占空比可調(diào)。充電時間T12VDi+Hl2RT=2(R+Rr)Cln(1+十)R+R〃W-2R+RW三角波發(fā)生電路一、電路組成A］滯回比較器A2反向積分電路

二、工作原理設t=0時，u。］=+