第6章-正弦波振蕩換電路

第6章_正弦波振蕩換電路第一頁，共56頁。信號(hào)產(chǎn)生電路(振蕩器—Oscillators)主要性要求能：輸出信號(hào)的幅度準(zhǔn)確穩(wěn)定輸出信號(hào)的頻率準(zhǔn)確穩(wěn)定概述第二頁，共56頁。1產(chǎn)生正弦波振蕩的條件~放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)如果反饋電壓uf與原輸入信號(hào)ui完全相等，則即使無外輸入信號(hào)，放大電路輸出端也有一個(gè)正弦波信號(hào)——自激振蕩。圖

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第三頁，共56頁。如果：,ifXX=則去掉,iX仍有信號(hào)輸出?；痉糯箅娐稟反饋電路FiXoXfX反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)?；痉糯箅娐稟反饋電路FiX++iXoXfX??第四頁，共56頁。由此知放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是：即：所以產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是：——幅度平衡條件——相位平衡條件第五頁，共56頁。起振條件和穩(wěn)幅原理振蕩建立與穩(wěn)定過程圖起振條件：結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩（略大于）1、被動(dòng)：器件非線性2、主動(dòng)：在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的增益穩(wěn)幅：第六頁，共56頁。起振條件放大器Au反饋網(wǎng)絡(luò)FuUoUfUi

1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu

>1Au

Fu

<1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf

起振穩(wěn)幅??2.正弦波振蕩電路的起振與穩(wěn)定過程第七頁，共56頁。負(fù)反饋放大電路的自激振蕩現(xiàn)象相位條件又可寫為幅度條件

AF=A+F=(2n+1)n=0,1,2,3…將||=

0改寫為：FA&&+1||=0根據(jù)反饋基本方程，可知當(dāng)時(shí)，相當(dāng)放大倍數(shù)無窮大，也就是不需要輸入放大電路就有輸出，放大電路產(chǎn)生了自激。3.正弦波振蕩電路與負(fù)反饋?zhàn)约ふ袷庪娐返膮^(qū)別第八頁，共56頁。

AF是放大電路和反饋電路的總附加相移，如果在中頻條件下，放大電路有180的相移。在其它頻段電路中如果出現(xiàn)了附加相移AF，且AF達(dá)到180，使總的相移為360，負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答?。如果幅度條件滿足要求，放大電路產(chǎn)生自激。在許多情況下反饋電路是由電阻構(gòu)成的，所以：F=0，AF=

A+F=

A。第九頁，共56頁。左圖是一個(gè)同相比例放大電路，其輸入、反饋、凈輸入和輸出信號(hào)的相位關(guān)系如右圖所示。因運(yùn)放輸出與輸入相移為0，若附加相移達(dá)到180，則可形成正反饋。同相比例運(yùn)算電路矢量圖同相比例運(yùn)算電路第十頁，共56頁。6.2.1正弦波振蕩電路的組成和分類1.放大電路Au2.正反饋網(wǎng)絡(luò)Fu3.選頻率網(wǎng)絡(luò)—實(shí)現(xiàn)單一頻率的振蕩4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)—使振蕩穩(wěn)定、波形好滿足振蕩條件組成:6.2正弦波振蕩電路的組成、分類和分析方法第十一頁，共56頁。分類：正弦波振蕩:非正弦波振蕩：RC振蕩器(1kHz~數(shù)百kHz)LC振蕩器(幾百kHz以上)石英晶體振蕩器(頻率穩(wěn)定度高)方波、三角波、鋸齒波等第十二頁，共56頁。放大器選頻正反饋網(wǎng)絡(luò)UoUfUi選頻放大器正反饋網(wǎng)絡(luò)UoUfUi判斷:1.檢查電路組成2.“Q”是否合適3.是否滿足起振條件6.2.2振蕩電路的分析方法第十三頁，共56頁。6.3.1文氏橋式振蕩電路選頻網(wǎng)絡(luò)自激反饋信號(hào)6.3RC振蕩電路1.電路組成用RC電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路可分為文氏橋式移相式和雙T式等電路形式第十四頁，共56頁。

R1C1串聯(lián)阻抗：R2C2并聯(lián)阻抗：選頻特性：2.RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性第十五頁，共56頁。定性分析：（1）當(dāng)信號(hào)的頻率很低時(shí)。>>R1>>R2其低頻等效電路為：其頻率特性為：當(dāng)ω=0時(shí)，uf=0，│F│=0=+90°當(dāng)ω↑時(shí)，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF90°第十六頁，共56頁。（2）當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)。＜＜R1＜＜R2其高頻等效電路為：其頻率特性為：當(dāng)ω=∞時(shí)，uf=0，│F│=0=-90°當(dāng)ω↓時(shí)，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF-90°第十七頁，共56頁。ω0=？│F│max=？由以上分析知：一定有一個(gè)頻率ω0存在，當(dāng)ω=ω0時(shí)，│F│最大，且=0°0|F|0φF90°0|F|0φF-90°第十八頁，共56頁。定量分析R1C1串聯(lián)阻抗：R2C2并聯(lián)阻抗：頻率特性：第十九頁，共56頁。通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：式中：可見：當(dāng)時(shí)，│F│最大，且=0°

│F│max=1/3第二十頁，共56頁。RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整的頻率特性曲線：當(dāng)時(shí)，│F│=│F│max=1/3φF+90°|F|第二十一頁，共56頁。1)相位條件2)振蕩條件Rf不能太大，否則正弦波將變成方波應(yīng)使：????3.電路的振蕩頻率和起振條件(1)振蕩頻率在f0處滿足相位條件：(2)起振條件第二十二頁，共56頁。為使電Au為非線性，起振時(shí)，應(yīng)使Au>3，穩(wěn)幅后Au=3。CR1RfRCR正溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻穩(wěn)幅4.負(fù)反饋支路的穩(wěn)幅作用第二十三頁，共56頁。R1R2V1V2R3Au

1+R2/R1=3為使失真?。篟2<2R1R2>2R1-R3Au

1+(R2+R3)/R1>3起振時(shí)信號(hào)小，二極管電阻大12.4k>R2>7.1kf0=1.94kHz二極管穩(wěn)幅7.2k6.2k22k4.3k0.01F7.2k0.01F第二十四頁，共56頁。輸出頻率的調(diào)整：通過調(diào)整R或/和C來調(diào)整頻率。uoC：雙聯(lián)可調(diào)電容，改變C，用于細(xì)調(diào)振蕩頻率。K：雙聯(lián)波段開關(guān)，切換R，用于粗調(diào)振蕩頻率。_+RFRCCRKKR1R1R2R2R3R3A第二十五頁，共56頁。電子琴的振蕩電路電路：RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21_+A第二十六頁，共56頁。_+RfR1C1C2R2AUoC3通常選取起振條件：Rf>12R優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)

缺點(diǎn)：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。6.3.2RC移相式振蕩電路第二十七頁，共56頁。_+RfR1CCR1R2R32CUoR3應(yīng)略小于此時(shí)輸出信號(hào)的頻率穩(wěn)定性較高，輸出波形的線性失真較小。

但調(diào)節(jié)不便。6.3.3雙T式振蕩電路第二十八頁，共56頁。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，所以一般用分離元件組成放大電路。類型：變壓器反饋式、電感三點(diǎn)式、電容三點(diǎn)式LRCIs.Z6.4LC振蕩電路6.4.1LC并聯(lián)諧振電路的頻率第二十九頁，共56頁。1.諧振頻率f02.諧振阻抗Z03.回路品質(zhì)因數(shù)Q第三十頁，共56頁。4.頻率特性0Z

Z0Q大Q小0f90o-90oQ增大幅頻特性相頻特性

Q為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，Q值越大，曲線越陡越窄，選頻特性越好。第三十一頁，共56頁。5.阻抗與相位第三十二頁，共56頁。LC+VCCTRERB1RB2CECB—滿足相位平衡條件×同名端同極性6.4.2變壓器反饋式振蕩電路第三十三頁，共56頁。把并聯(lián)LC回路中的C或L分成兩個(gè)，則LC回路就有三個(gè)端點(diǎn)。把這三個(gè)端點(diǎn)分別與三極管的三個(gè)極相連，就形成了LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路。它們又分為電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式兩類。LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路圖a）電感三點(diǎn)式b）電容三點(diǎn)式三點(diǎn)式LC振蕩電路第三十四頁，共56頁。C+VCCTRERB1RB2CECBL1L2C1×M123???6.4.3電感三點(diǎn)式LC振蕩電路第三十五頁，共56頁。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：易起振(L間耦合緊)；易調(diào)節(jié)(C可調(diào))。輸出取自電感，對(duì)高次諧波阻抗大，輸出波形差。第三十六頁，共56頁?？籍吰澱袷幤?Colpitts)×+VCCTRERB1RB2CECBLC1C2123LC3???6.4.4電容三點(diǎn)式LC振蕩電路第三十七頁，共56頁。優(yōu)點(diǎn)：波形較好缺點(diǎn)：2)T極間電容影響f01)調(diào)頻時(shí)易停振C3的改進(jìn)第三十八頁，共56頁。1.結(jié)構(gòu)和符號(hào)化學(xué)成分

SiO2結(jié)構(gòu)晶片涂銀層焊點(diǎn)符號(hào)*6.5石英晶體(Crystal)振蕩電路6.5.1石英晶體簡介第三十九頁，共56頁。2.壓電效應(yīng)形變形變機(jī)械振動(dòng)外力壓電諧振—外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時(shí)，機(jī)械振動(dòng)幅度急劇加大的現(xiàn)象。第四十頁，共56頁。3.等效電路rC0CLL

—

晶體的動(dòng)態(tài)電感

(10-3~102H)(大)C

—晶體的動(dòng)態(tài)電容

(<0.1pF)(小)r

—

等效摩擦損耗電阻(小)Co

—晶片靜態(tài)電容

(幾~幾十pF)第四十一頁，共56頁。大小小大4.頻率特性和諧振頻率fXfPfS容性容性感性第四十二頁，共56頁。5.使用注意2)要有合適的激勵(lì)電平。過大會(huì)影響頻率穩(wěn)定度、振壞晶片；過小會(huì)使噪聲影響大，還能停振。1)要接一定的負(fù)載電容CL(微調(diào))，

以達(dá)標(biāo)稱頻率。第四十三頁，共56頁。1.并聯(lián)式石英晶體振蕩電路fs<f

<

fp，晶體呈感性+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC×6.5.2石英晶體振蕩電路第四十四頁，共56頁。2.串聯(lián)式石英晶體振蕩電路

f=fs，晶體呈純阻+VCCVRERB1RB2CBLC×第四十五頁，共56頁。一、信號(hào)產(chǎn)生電路的分類：正弦波振蕩:非正弦波振蕩：RC振蕩器

(低頻)LC振蕩器

(高頻)石英晶體振蕩器(振蕩頻率精確)方波、三角波、鋸齒波等。小結(jié)第四十六頁，共56頁。二、正弦波振蕩條件、電路結(jié)構(gòu)和選頻電路1.振蕩條件—振幅平衡條件—相位平衡條件n=0,1,2,??判斷電路是否起振采用瞬時(shí)極性法，即斷開反饋網(wǎng)絡(luò)，加一信號(hào)，如果信號(hào)極性逐級(jí)變化后，返回后與原信號(hào)同極性，則滿足相位平衡條件。第四十七頁，共56頁。2.振蕩電路的兩種結(jié)構(gòu)放大器選頻正反饋網(wǎng)絡(luò)UoUfUi選頻放大器正反饋網(wǎng)絡(luò)UoUfUi3.選頻電路及其特性第四十八頁，共56頁。1)RC

串并聯(lián)式幅頻特性0Fu

.相頻特性0f90°–90°當(dāng)

=0=1/RC時(shí)Fu=1/3.=0o電路第四十九頁，共56頁。2)LC并聯(lián)諧振