第四章正弦波振蕩電路§4-1§4-2§4-3§4-4正弦波振蕩電路的基本概念LC正弦波振蕩電路RC正弦波振蕩電路石英晶體振蕩電路第四章正弦波振蕩電路§4-1正弦波振蕩電路的基本概念學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解自激振蕩電路的基本組成，熟悉各組成部分的作用。2.理解自激振蕩電路能夠起振并維持振蕩的相位條件和幅度條件。第四章正弦波振蕩電路一、自激振蕩電路的基本組成和作用1.基本組成正弦波振蕩電路的基本組成一個正弦波振蕩電路應(yīng)當(dāng)包括基本放大電路、正反饋電路、選頻電路和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個基本組成部分，它依靠電路內(nèi)部的自激振蕩產(chǎn)生正弦波輸出電壓。第四章正弦波振蕩電路2.各部分的作用（1）基本放大電路：保證電路有足夠的放大倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)能量控制。（2）正反饋電路：引入正反饋信號作為輸入信號，使電路產(chǎn)生自激振蕩。（3）選頻電路：確定電路的振蕩頻率，使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩。（4）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：使輸出信號的幅度穩(wěn)定。第四章正弦波振蕩電路二、自激振蕩產(chǎn)生的條件由上圖可以看出，振蕩電路在沒有外加輸入信號的情況下就有輸出信號，是因?yàn)樗梅答佇盘栕鳛榛痉糯箅娐返妮斎胄盘枴?.幅度條件2.相位條件第四章正弦波振蕩電路三、自激振蕩的建立及穩(wěn)幅前面在討論振蕩電路的基本結(jié)構(gòu)時，是將放大電路的輸出信號通過反饋電路送到輸入端作為輸入信號才能實(shí)現(xiàn)振蕩。那么，原始的輸入信號是從哪里來的呢？其實(shí)，當(dāng)振蕩電路剛接通電源的瞬間，電路中會產(chǎn)生一個電沖擊，這個電沖擊激起的信號包含多種頻率成分的諧波信號，該信號可分解為多種頻率的正弦波信號，但其中只有一種頻率的信號滿足相位平衡條件，通過放大→正反饋→放大，這樣周而復(fù)始，形成循環(huán)，輸出信號逐漸由小變大，振蕩電路自行起振，而其他頻率的信號因不滿足相位平衡條件而被衰減掉。第四章正弦波振蕩電路§4-2LC正弦波振蕩電路學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解LC并聯(lián)諧振電路的選頻特性，會計(jì)算諧振頻率。2.認(rèn)識變壓器反饋式與LC三點(diǎn)式正弦波振蕩電路，判斷其是否滿足幅度條件和相位條件。3.能分析三種LC正弦波振蕩電路的工作原理。4.了解三種LC正弦波振蕩電路的特點(diǎn)及適用場合。第四章正弦波振蕩電路一、LC并聯(lián)諧振電路的選頻特性LC并聯(lián)諧振電路如圖所示。LC并聯(lián)諧振電路第四章正弦波振蕩電路二、變壓器反饋式LC振蕩電路圖所示電路用變壓器的二次繞組N2作為反饋元件，將輸出電壓的一部分反饋到輸入端，因此稱為變壓器反饋式LC振蕩電路。變壓器反饋式LC振蕩電路第四章正弦波振蕩電路1.相位條件2.振蕩頻率從選頻放大電路的相頻特性可知，只有頻率等于LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率f0時，集電極負(fù)載才呈現(xiàn)純電阻的性質(zhì)，電路才滿足振蕩的相位平衡條件。第四章正弦波振蕩電路3.電路特點(diǎn)變壓器反饋式LC振蕩電路的特點(diǎn)如下：（1）電路起振容易。只要變壓器同名端接線正確，就容易起振。（2）頻率調(diào)節(jié)方便。采用可變電容器，可獲得一個較寬的頻率調(diào)節(jié)范圍。（3）振蕩頻率不高。由于變壓器分布參數(shù)的限制，振蕩頻率不能太高，一般小于幾十兆赫茲。（4）由于電感對高次諧波呈現(xiàn)較大的阻抗，反饋信號中高頻成分較大，使得輸出波形中高次諧波成分較多，所以輸出波形不好，頻率穩(wěn)定度也不高。第四章正弦波振蕩電路三、電感三點(diǎn)式振蕩電路圖所示為電感三點(diǎn)式振蕩電路，圖所示為其簡化交流等效電路。由電感引出三個端點(diǎn)，并分別與三極管的三個電極相連，所以稱為電感三點(diǎn)式振蕩電路。由圖所示電路可以看出，R1、R2和R3為電路提供穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)，使三極管處于放大狀態(tài)，L1、L2與C構(gòu)成振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)。由圖4-7可以看出，反饋線圈用帶中間抽頭的自耦變壓器，反饋電壓取自L2兩端。在圖所示電路中，三極管工作于選頻放大狀態(tài)，只要放大電路的工作點(diǎn)合適，抽頭的位置適當(dāng)，幅度條件就能滿足。第四章正弦波振蕩電路電感三點(diǎn)式振蕩電路簡化交流等效電路第四章正弦波振蕩電路1.相位條件用瞬時極性法，設(shè)基極加一個瞬時為正的信號，則集電極輸出的信號為負(fù)，LC回路諧振時另一端瞬時為正，反饋回基極的瞬時極性為正，如上圖所示。電路滿足相位條件，所以電路能夠起振。2.振蕩頻率電路的振蕩頻率等于LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率，即式中，L為電路的總電感。第四章正弦波振蕩電路3.電路特點(diǎn)電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)如下：（1）由于線圈L1與L2之間耦合很緊，因此比較容易起振。改變電感抽頭的位置，可以獲得滿意的正弦波輸出，且振蕩幅度較大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通常可以選擇反饋線圈L2的圈數(shù)為整個線圈的1/8～1/4。第四章正弦波振蕩電路四、電容三點(diǎn)式振蕩電路圖所示為電容三點(diǎn)式振蕩電路，圖所示為其簡化交流等效電路。電容三點(diǎn)式振蕩電路簡化交流等效電路第四章正弦波振蕩電路1.相位條件用瞬時極性法，設(shè)基極加一瞬時為正的信號，集電極輸出為負(fù)，LC回路諧振時另一端瞬時為正，反饋回基極的瞬時極性為正，與原假設(shè)信號相位相同，電路滿足相位平衡條件，所以電路能夠起振。2.振蕩頻率電路的振蕩頻率等于LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率，即式中，第四章正弦波振蕩電路3.電路特點(diǎn)電容三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)如下：（1）由于反饋電壓取自電容C2兩端，電容對高次諧波阻抗很小，反饋電壓中的高次諧波分量很小，所以輸出波形較好，頻率穩(wěn)定度較高。（2）因?yàn)殡娙軨1、C2的容量可以選擇較小，若將放大管的極間電容也計(jì)算進(jìn)去，則振蕩頻率較高，一般可以達(dá)到100MHz以上。（3）調(diào)節(jié)電容可以改變振蕩頻率，但同時會影響起振條件，故頻率調(diào)節(jié)范圍較小，因此這種電路適用于產(chǎn)生固定頻率的振蕩電路。第四章正弦波振蕩電路§4-3RC正弦波振蕩電路學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解RC串并聯(lián)電路的選頻特性，會計(jì)算諧振頻率。2.認(rèn)識RC正弦波振蕩電路，判斷其是否滿足幅度條件和相位條件。3.會分析RC正弦波振蕩電路的工作原理，會計(jì)算電路的諧振頻率。4.了解RC正弦波振蕩電路的特點(diǎn)及適用場合。第四章正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路一般用來產(chǎn)生頻率為幾百千赫到幾百兆赫的信號。如果要產(chǎn)生幾千赫或更低頻率的信號，則L和C取值就相當(dāng)大，而大電感、大電容的制作比較困難，且成本高。下面介紹的RC正弦波振蕩電路，則顯得方便而經(jīng)濟(jì)。RC正弦波振蕩電路是利用電阻和電容組成選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路，一般用來產(chǎn)生頻率在200kHz以下的低頻正弦波信號。由于RC橋式正弦波振蕩電路具有結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，所以常被采用。下面首先介紹具有選頻特性的RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。第四章正弦波振蕩電路一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效電路第四章正弦波振蕩電路二、RC橋式振蕩電路的組成圖所示為RC橋式振蕩電路。其中，放大電路由集成運(yùn)算放大器組成（也可由分立元件所構(gòu)成的兩級放大電路組成）；R3和R4構(gòu)成負(fù)反饋電路；R1、C1和R2、C2組成串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成正反饋電路。上述兩個反饋電路正好形成電橋的四個橋臂，故稱為RC振蕩電橋。第四章正弦波振蕩電路RC橋式振蕩電路第四章正弦波振蕩電路三、振蕩頻率和起振條件1.振蕩頻率2.起振條件第四章正弦波振蕩電路四、穩(wěn)幅措施在圖上所示的RC橋式振蕩電路中，R3與R4構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，其中R3通常為具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，用以改善振蕩波形、穩(wěn)定振蕩幅度。由以上分析可見，負(fù)反饋電路中采用熱敏電阻后不但使RC橋式振蕩電路的起振容易，振蕩波形改善，同時還具有很好的穩(wěn)幅特性，所以，實(shí)用RC橋式振蕩電路中熱敏電阻的選擇是很重要的。第四章正弦波振蕩電路§4-4石英晶體振蕩電路學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解石英晶片的壓電效應(yīng)。2.了解石英晶體諧振器的頻率特性，掌握石英晶體諧振器的兩個諧振頻率的含義及計(jì)算方法。3.認(rèn)識石英晶體振蕩電路的兩種基本電路形式，掌握其工作原理。第四章正弦波振蕩電路一、石英晶體諧振器1.石英晶片石英是一種天然的二氧化硅晶體。經(jīng)正確切割后的石英晶片，當(dāng)在其兩側(cè)施加壓力時，晶片的兩側(cè)平面上會出現(xiàn)數(shù)量相等的正、負(fù)電荷；當(dāng)在其兩側(cè)施加拉力時，其兩側(cè)的平面上也會出現(xiàn)數(shù)量相等的正、負(fù)電荷，只是方向正好與施加壓力時相反。如果給石英晶片兩側(cè)加上直流電壓，晶片會產(chǎn)生形變，如縮小；如果改變所加直流電壓的方向，晶片也會產(chǎn)生形變，不過這時晶片將膨脹。這就是石英晶片的壓電效應(yīng)。第四章正弦波振蕩電路當(dāng)給石英晶片兩側(cè)加上交變電壓時，石英晶片會產(chǎn)生與所加交變電壓相同頻率的機(jī)械振動，但是這種振動的幅度一般很小；但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時，石英