第9章新正弦波振蕩器

第9章新正弦波振蕩器第一頁，共61頁。9.1正弦波產(chǎn)生電路的振蕩條件和一般問題9.1.1正弦波產(chǎn)生電路的振蕩條件9.1.2正弦波產(chǎn)生電路的一般問題引言第二頁，共61頁。信號(hào)產(chǎn)生電路(振蕩器—Oscillators)分類：正弦波產(chǎn)生電路:非正弦波產(chǎn)生電路：方波、三角波、鋸齒波等主要性能要求：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)定引言正弦波應(yīng)用：用于電子儀器、通信、自動(dòng)控制等第三頁，共61頁。9.1.1正弦波產(chǎn)生電路的振蕩條件A1.方框圖2.產(chǎn)生自激振蕩的條件F第四頁，共61頁。1）振幅平衡條件n=0,1,2,2）相位平衡條件（正反饋）（1）平衡條件第五頁，共61頁。uf

起振穩(wěn)幅??（2）起振條件A微弱的電擾動(dòng)中，某一頻率成分通過正反饋逐漸放大，則產(chǎn)生正弦振蕩。F第六頁，共61頁。1.放大電路A2.正反饋網(wǎng)絡(luò)F3.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1.正弦波產(chǎn)生電路的組成:9.1.2正弦波產(chǎn)生電路的一般問題2.振蕩電路的兩種結(jié)構(gòu)：第七頁，共61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)UoUfUi3.正弦波產(chǎn)生電路的分類:RC振蕩器(用于低頻)LC振蕩器(用于高頻)石英晶體振蕩器(頻率穩(wěn)定度高)按選頻網(wǎng)絡(luò)分第八頁，共61頁。1）檢查電路組成2）是否滿足相位條件4.正弦波產(chǎn)生電路的分析方法:3）是否滿足幅值條件4）是否滿足起振到穩(wěn)幅5）計(jì)算頻率第九頁，共61頁。9.2.1RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)9.2.2RC橋式振蕩器9.2RC正弦波振蕩器第十頁，共61頁。9.2.1RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)1.電路組成第十一頁，共61頁。其中2.電路分析第十二頁，共61頁。???第十三頁，共61頁。0Fu

.0f90-90?式中:0=1/RC當(dāng)=0

時(shí)Fu=1/3.=0o第十四頁，共61頁。1.電路組成：9.2.2RC橋式振蕩器第十五頁，共61頁。2.電路分析：（1）看組成（2）看放大（3）看是否滿足相位條件（4）看是否滿足幅值條件?CRf8R1RCR?（5）計(jì)算振蕩頻率×第十六頁，共61頁。4.振蕩器的起振與穩(wěn)幅8CR1RfRCR??第十七頁，共61頁。5.穩(wěn)幅措施熱敏電阻穩(wěn)幅8CR1RfRCR起振時(shí)，應(yīng)使Au>3，穩(wěn)幅后Au=3。負(fù)溫度系數(shù)第十八頁，共61頁。二極管穩(wěn)幅12.4k>R2>8.1k起振時(shí)信號(hào)小，二極管電阻大Au

1+(R2+R3)/R1>3R2>2R1-R3起振后二極管電阻逐漸減小，Au

1+R2/R1=3R2=2R1f0=1.94kHz8R1R2V1V2R38.2k6.2k22k4.3k0.01F8.2k0.01F第十九頁，共61頁。掌握RC正弦波振蕩器的分析方法?×正反饋放大器選頻網(wǎng)絡(luò)第二十頁，共61頁。9.3LC正弦波振蕩器9.3.1LC諧振回路的選頻特性9.3.2變壓器耦合LC正弦波振蕩器9.3.3三點(diǎn)式LC正弦波振蕩器第二十一頁，共61頁。類型：變壓器反饋式、電感三點(diǎn)式、電容三點(diǎn)式9.3.1LC諧振回路的選頻特性串聯(lián)諧振回路（主要）并聯(lián)諧振回路LC諧振回路

LC并聯(lián)諧振回路第二十二頁，共61頁。（2）分析LrCIs.L的等效損耗電阻Z諧振頻率f0（1）電路第二十三頁，共61頁。9.3.2變壓器耦合LC正弦波振蕩器根據(jù)放大電路的組態(tài)（共e、共b）和諧振回路的接法分為：發(fā)射極調(diào)諧、基極調(diào)諧和集電極調(diào)諧三種電路1、共射集電極調(diào)諧型變壓器耦合LC振蕩器主要分析振蕩電路能否振蕩，計(jì)算振蕩頻率第二十四頁，共61頁。LC+VCCVRERB1RB2CECB—滿足相位平衡條件×第二十五頁，共61頁。2、共基發(fā)射極調(diào)諧型變壓器耦合LC振蕩器×UiUf—滿足相位平衡條件第二十六頁，共61頁。共發(fā)射基極調(diào)諧型變壓器耦合LC振蕩器×UiUf—滿足相位平衡條件3、第二十七頁，共61頁。4、應(yīng)用頻率更高時(shí)，由于互感線圈的分布電容的存在，限制了其頻率的提高共基極放大電路的截止頻率大于共發(fā)射極放大電路的截止頻率，所以共基極LC振蕩電路的產(chǎn)生的正弦波頻率比較高且穩(wěn)定，適用于中、短波第二十八頁，共61頁。1、什么叫三點(diǎn)式LC正弦波振蕩器9.3.3三點(diǎn)式LC正弦波振蕩器把并聯(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)極或者與場(chǎng)效應(yīng)管的三個(gè)電極或者與集成運(yùn)放的同相輸入端、反相輸入端、輸出端相連就形成了LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路。第二十九頁，共61頁。結(jié)論：在LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路中，為了滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件，同性質(zhì)電抗的中間點(diǎn)必須接集成運(yùn)放的同相輸入端。第三十頁，共61頁。C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1M123???3、電感三點(diǎn)式振蕩電路——哈特萊振蕩器

(Hartly）第三十一頁，共61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。第三十二頁，共61頁。+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123???4、電容三點(diǎn)式振蕩電路——考畢茲振蕩器

(Colpitts)第三十三頁，共61頁。優(yōu)點(diǎn)：波形較好缺點(diǎn)：2)V極間電容影響f01)調(diào)頻時(shí)易停振第三十四頁，共61頁。電容三點(diǎn)式的改進(jìn)+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123LC3第三十五頁，共61頁。1）看組成2）看放大3）看反饋五步分析法:4）看幅度5）求頻率（找到環(huán)、斷回路、加輸入、看反饋）舉例：第三十六頁，共61頁。例1第三十七頁，共61頁。例2第三十八頁，共61頁。小結(jié)1）并聯(lián)諧振回路的有關(guān)知識(shí)2）變壓器耦合LC正弦波振蕩器的電路分析（會(huì)判斷能否振蕩、會(huì)計(jì)算頻率）3）三點(diǎn)式振蕩器的構(gòu)成原則、判斷方法，點(diǎn)感、電容三點(diǎn)式的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合4）LC振蕩電路一般都用晶體管第三十九頁，共61頁。9.4晶體振蕩器9.4.1石英晶體的基本知識(shí)9.4.2晶體振蕩器第四十頁，共61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)9.4.1石英晶體的基本知識(shí)第四十一頁，共61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。第四十二頁，共61頁。3、等效電路rqC0CqLqLq

—

晶體的動(dòng)態(tài)電感

(10-3~102H)(大)Cq

—晶體的動(dòng)態(tài)電容

(<0.1pF)(小)rq

—

等效摩擦損耗電阻(小)Co

—晶片靜態(tài)電容

(幾~幾十pF)第四十三頁，共61頁。大小小大4、頻率特性和諧振頻率fXfPfS容性容性感性第四十四頁，共61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fN。此時(shí)石英晶體相當(dāng)于電感；或者不接，串聯(lián)諧振，相當(dāng)于電阻第四十五頁，共61頁。1、構(gòu)成晶體振蕩器的原則

1）并聯(lián)型晶體振蕩器把晶體當(dāng)作電感代替三點(diǎn)式電路中其中一個(gè)電感9.4.2

晶體振蕩器

2）串聯(lián)型晶體振蕩器晶體串聯(lián)諧振，相當(dāng)于電阻，構(gòu)成正反饋第四十六頁，共61頁。1）并聯(lián)型fs<f

<

fp，晶體呈感性2、構(gòu)成晶體振蕩器的具體電路第四十七頁，共61頁。+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC第四十八頁，共61頁。+VCCVRERB1RB2CBLC2）串聯(lián)型

f=fs，晶體呈純阻第四十九頁，共61頁。+VCCV1RERB1RB2CRCRRE2V2第五十頁，共61頁。小結(jié)第9章第五十一頁，共61頁。一、信號(hào)產(chǎn)生電路的分類：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)第五十二頁，共61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。第五十三頁，共61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五十四頁，共61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電路第五十五頁，共61頁。2)LC并聯(lián)諧振回路LuCr–

+iiLiC阻抗幅頻特性電路0Z

Z0阻抗相頻特性0f90o–90o諧振頻率諧振阻抗回路品質(zhì)因數(shù)第五十六頁，共61頁。三、正弦波振蕩電路1.RC橋氏振蕩電路8CR1RfRCR???振蕩頻率振蕩條件即自動(dòng)穩(wěn)幅措施：使電Au成為非線性Rf串接二極管(圖略)Rf串接負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻R1采用正溫度系數(shù)熱敏電阻第五十七頁，共61頁。3.LC振蕩電路變壓器反饋式LC+VCCVRERB1RB2CECB電感三點(diǎn)式C+VCCV