《RC正弦波振蕩電路課件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《RC正弦波振蕩電路課件.ppt（44頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、RC正弦波振蕩電路 1PPT課件3.8 RC振蕩器振蕩器選頻特性比選頻特性比LC選頻網(wǎng)絡(luò)差得多，電路中常采用負(fù)反饋以提高電路的選頻特性。選頻網(wǎng)絡(luò)差得多，電路中常采用負(fù)反饋以提高電路的選頻特性。放大器工作于線性放大器工作于線性(甲類甲類),故不能用自生反偏壓穩(wěn)幅，常采用非線性惰性反饋實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。故不能用自生反偏壓穩(wěn)幅，常采用非線性惰性反饋實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。2PPT課件具有正負(fù)反饋兩個(gè)通路的具有正負(fù)反饋兩個(gè)通路的RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器正負(fù)反饋兩個(gè)通路的正負(fù)反饋兩個(gè)通路的RC正弦波振蕩器框圖正弦波振蕩器框圖正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò) B+:產(chǎn)生振蕩所必須；負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生振蕩所必須；負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò) B-:抑制高次諧

2、波。抑制高次諧波。1、B+為帶通特性，為帶通特性，B-為全通特性為全通特性實(shí)現(xiàn)振蕩器的兩種方案實(shí)現(xiàn)振蕩器的兩種方案2、B-為帶通特性，為帶通特性，B+為全通特性為全通特性在在 f0附近，正反饋附近，正反饋 負(fù)反饋，負(fù)反饋，滿足起振條件；滿足起振條件；遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離 f0時(shí)，負(fù)反饋時(shí)，負(fù)反饋 正反饋，抑制高次諧波。正反饋，抑制高次諧波。3PPT課件文氏電橋振蕩器文氏電橋振蕩器電阻電阻Rf1和和Rf2組成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，全通網(wǎng)絡(luò)組成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，全通網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)有電阻正反饋網(wǎng)絡(luò)有電阻R1R2和電容和電容C1C2組成，組成，具有帶通特性具有帶通特性兩個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)電橋，故此振蕩器兩個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)電橋，

3、故此振蕩器稱為文氏電橋振蕩器。稱為文氏電橋振蕩器。起振條件起振條件正反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)：正反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)：負(fù)反饋系數(shù)負(fù)反饋系數(shù)電路的環(huán)反饋系數(shù)為電路的環(huán)反饋系數(shù)為平衡時(shí)要求平衡時(shí)要求振蕩頻率為振蕩頻率為4PPT課件 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施 因?yàn)椴豢赡苡幸驗(yàn)椴豢赡苡?，故應(yīng)使，故應(yīng)使 ，使，使負(fù)反饋隨輸出電壓負(fù)反饋隨輸出電壓 的增大而增大。的增大而增大。具體措施具體措施采用非線性惰性反饋穩(wěn)幅采用非線性惰性反饋穩(wěn)幅。采用正采用正溫度系數(shù)的元件溫度系數(shù)的元件,采采 用負(fù)溫度系數(shù)的元件。用負(fù)溫度系數(shù)的元件。非線性非線性熱惰性元件穩(wěn)幅熱惰性元件穩(wěn)幅:用鎢絲燈泡等正溫度系數(shù)元件；用鎢絲燈泡等正溫度系數(shù)元件；

4、用熱敏電阻等負(fù)溫度系數(shù)元件。用熱敏電阻等負(fù)溫度系數(shù)元件。要求非線性惰性元件有足夠的惰性要求非線性惰性元件有足夠的惰性,使其非線性使其非線性特性在信號(hào)周期內(nèi)顯現(xiàn)不出來(lái)。所以超低頻正弦波特性在信號(hào)周期內(nèi)顯現(xiàn)不出來(lái)。所以超低頻正弦波振蕩器不能使用非線性惰性元件穩(wěn)幅。振蕩器不能使用非線性惰性元件穩(wěn)幅。5PPT課件 二極管自動(dòng)穩(wěn)幅電路二極管自動(dòng)穩(wěn)幅電路 將二極管串接在將二極管串接在 通路中，利用二極管微通路中，利用二極管微變電阻隨導(dǎo)通電流變化變電阻隨導(dǎo)通電流變化的特性改變負(fù)反饋深度。的特性改變負(fù)反饋深度。例如，當(dāng)輸出幅度增大例如，當(dāng)輸出幅度增大時(shí)，流過(guò)二極管的電流時(shí)，流過(guò)二極管的電流增大，二極管的等效微

5、增大，二極管的等效微變電阻減小，電路的負(fù)變電阻減小，電路的負(fù)反饋增大，使輸出幅度反饋增大，使輸出幅度降低。降低。6PPT課件 場(chǎng)效應(yīng)管穩(wěn)幅場(chǎng)效應(yīng)管穩(wěn)幅 將場(chǎng)效應(yīng)管當(dāng)作一將場(chǎng)效應(yīng)管當(dāng)作一個(gè)壓個(gè)壓 控電阻使用，代替控電阻使用，代替 電阻電阻Rf1，當(dāng)輸出電壓幅，當(dāng)輸出電壓幅度增大時(shí)，使場(chǎng)效應(yīng)管度增大時(shí)，使場(chǎng)效應(yīng)管的等效電阻也增大，負(fù)的等效電阻也增大，負(fù)反饋加強(qiáng)，從而使輸出反饋加強(qiáng)，從而使輸出電壓幅度減小，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)電壓幅度減小，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。幅。7PPT課件C3C2C1CeR1R2Rb2Rb1ReRcEcRCRCU1+U c -UoU1+UR-UoIIUoIUCU1U1UoIUR 8PPT課件積分式RC正

6、弦波振蕩器 1.基本原理基本原理 積分式積分式RC正弦波振蕩器的基本原理是用積分器正弦波振蕩器的基本原理是用積分器模擬微分方程的求解。已知自由振蕩的數(shù)學(xué)模型是二階微模擬微分方程的求解。已知自由振蕩的數(shù)學(xué)模型是二階微分方程分方程：上式經(jīng)兩次微分可得：上式經(jīng)兩次微分可得：9PPT課件只有當(dāng)=0時(shí)，其解為等幅振蕩。但是，由于開(kāi)機(jī)時(shí)電路初始狀態(tài)的隨機(jī)性，容易造成使0，電路起振后產(chǎn)生增幅振蕩，再增設(shè)限幅電路使其趨于等幅振蕩。10PPT課件對(duì)于同相積分器對(duì)于同相積分器A2可有可有對(duì)于反相積分器對(duì)于反相積分器A1可有可有它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正弦振蕩方程式，其解為它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正弦振蕩方程式，其解為11PPT課件3.4

7、 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路1.正弦振蕩器的頻率穩(wěn)定問(wèn)題正弦振蕩器的頻率穩(wěn)定問(wèn)題一、頻率穩(wěn)定性一、頻率穩(wěn)定性 振蕩器的振蕩器的頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度是指由于外界條件的變化，引起振蕩器的是指由于外界條件的變化，引起振蕩器的實(shí)際工作頻率偏離標(biāo)稱頻率的程度實(shí)際工作頻率偏離標(biāo)稱頻率的程度。一般用角頻率或頻率的相對(duì)變化量，即一般用角頻率或頻率的相對(duì)變化量，即=0為角頻為角頻率偏移率偏移，f=f-f0為頻率偏移，稱為為頻率偏移，稱為絕對(duì)頻率穩(wěn)定度絕對(duì)頻率穩(wěn)定度。另一種。另一種表示，表示，即即/0 或或 f/f0來(lái)表示，其中來(lái)表示，其中 0為振蕩角頻率，稱為為振蕩角頻率，稱為相對(duì)頻率穩(wěn)定度相對(duì)頻率穩(wěn)定度

8、；根據(jù)測(cè)試時(shí)間的長(zhǎng)短根據(jù)測(cè)試時(shí)間的長(zhǎng)短,將頻率穩(wěn)定度分成將頻率穩(wěn)定度分成長(zhǎng)期頻穩(wěn)度、長(zhǎng)期頻穩(wěn)度、短期頻短期頻穩(wěn)度和瞬時(shí)頻穩(wěn)度穩(wěn)度和瞬時(shí)頻穩(wěn)度三種三種,測(cè)試時(shí)間分別為一天以上、測(cè)試時(shí)間分別為一天以上、一天以內(nèi)一天以內(nèi)和一秒以內(nèi)和一秒以內(nèi)頻率穩(wěn)定度通常用頻率穩(wěn)定度通常用PPM來(lái)表示來(lái)表示 長(zhǎng)期頻穩(wěn)度主要取決于元器件的老化特性長(zhǎng)期頻穩(wěn)度主要取決于元器件的老化特性,短期頻穩(wěn)度主要取短期頻穩(wěn)度主要取決于電源電壓和環(huán)境溫度的變化以及電路參數(shù)的變化等等決于電源電壓和環(huán)境溫度的變化以及電路參數(shù)的變化等等,而而瞬時(shí)頻穩(wěn)度則與元器件的內(nèi)部噪聲有關(guān)。瞬時(shí)頻穩(wěn)度則與元器件的內(nèi)部噪聲有關(guān)。12PPT課件 Q13PPT課

9、件4、減少溫度影響、減少溫度影響 5、穩(wěn)定電源電壓、穩(wěn)定電源電壓 6、采取屏蔽措施、采取屏蔽措施14PPT課件3.4.2 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器(Crystal Oscillator)15PPT課件石英晶體的壓電效應(yīng)石英晶體的壓電效應(yīng) 基本特性是具有基本特性是具有正壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)。當(dāng)交流電壓加在晶體兩端當(dāng)交流電壓加在晶體兩端,晶體隨電壓變化產(chǎn)生應(yīng)變稱為晶體隨電壓變化產(chǎn)生應(yīng)變稱為反壓電效應(yīng)反壓電效應(yīng)；而而機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)變又使晶體表面產(chǎn)生交變電荷成為機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)變又使晶體表面產(chǎn)生交變電荷成為正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)。當(dāng)晶體幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時(shí)當(dāng)晶體幾何尺寸和結(jié)構(gòu)

10、一定時(shí),它本身有一個(gè)固有的機(jī)械振動(dòng)頻率。它本身有一個(gè)固有的機(jī)械振動(dòng)頻率。晶片厚晶片厚度與振動(dòng)頻率成反比度與振動(dòng)頻率成反比,工作頻率越高工作頻率越高,要求晶片越薄要求晶片越薄,因而機(jī)械強(qiáng)度越差因而機(jī)械強(qiáng)度越差,加加工越困難工越困難,使用中也易損壞。使用中也易損壞。當(dāng)外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率當(dāng)外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率s時(shí)時(shí),晶體片的機(jī)械振動(dòng)最晶體片的機(jī)械振動(dòng)最大大,晶體表面電荷量最多晶體表面電荷量最多,外電路中的交流電流最強(qiáng)外電路中的交流電流最強(qiáng),于是產(chǎn)生了于是產(chǎn)生了諧振諧振。石英諧振器產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)時(shí)，有基音振動(dòng)，還有各種奇次泛音振動(dòng)。石英諧振器產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)時(shí)，有基音振動(dòng)，

11、還有各種奇次泛音振動(dòng)。利用基音振動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率控制的晶體稱為利用基音振動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率控制的晶體稱為基音晶體基音晶體，其余稱為，其余稱為泛音晶體泛音晶體。16PPT課件CoCgCoCg5Cg3CgLgLg3Lg5LgRg17PPT課件CoCgLgRgfqfp電容性電容性電容性電容性電電感感性性 fXqO國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)B45 1MHz中等精度晶體的等效參數(shù)中等精度晶體的等效參數(shù)如下：如下：Lq=4.00H，Cq=0.0063pF，rq100200，Co=23 pF。因而晶體的品質(zhì)。因而晶體的品質(zhì)因數(shù)因數(shù)Qq很大，一般為幾萬(wàn)至幾百萬(wàn)很大，一般為幾萬(wàn)至幾百萬(wàn)（12 50025 000）18PPT課件CLJTC1

12、C2JT二二,晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路(Circuit of Crystal Oscillators)(Circuit of Crystal Oscillators)19PPT課件ECJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc二二,晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路(Circuit of Crystal Oscillators)(Circuit of Crystal Oscillators)晶晶體體C1C2JTC320PPT課件LqrqCqCoCLLqCqrqCoC1C2C3gmubeg3ie2 2電路的諧振頻率的估算電路的諧振頻率的估算:21PPT課件C1CcCeRb1Rb2ReL1LEcJTC

13、2C1C2L1JT二二,晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路(Circuit of Crystal Oscillators)(Circuit of Crystal Oscillators)22PPT課件C1C2C3JTLRb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLEc二二,晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路(Circuit of Crystal Oscillators)(Circuit of Crystal Oscillators)23PPT課件二二,晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路(Circuit of Crystal Oscillators)(Circuit of Crystal Oscillator

14、s)q24PPT課件2.2.泛音晶體振蕩器泛音晶體振蕩器 工藝限制石英晶體最高基頻，雖然目前能生產(chǎn)工藝限制石英晶體最高基頻，雖然目前能生產(chǎn)出高達(dá)幾百兆赫茲的晶體，但頻率高時(shí)出高達(dá)幾百兆赫茲的晶體，但頻率高時(shí),晶片很薄晶片很薄,機(jī)機(jī)械強(qiáng)度脆弱械強(qiáng)度脆弱,故當(dāng)振蕩頻率高于幾十故當(dāng)振蕩頻率高于幾十MHz以上一般采以上一般采用泛音晶體振蕩器。用泛音晶體振蕩器。什么叫泛音什么叫泛音:泛音是石英晶體的機(jī)械諧波，但它與電氣諧波泛音是石英晶體的機(jī)械諧波，但它與電氣諧波不同，它只有奇次諧波，且不與基波和其他諧波同不同，它只有奇次諧波，且不與基波和其他諧波同時(shí)并存，稱為泛音。時(shí)并存，稱為泛音。25PPT課件(a)

15、交流等效電路交流等效電路 (b)L1C1回路的電抗特性回路的電抗特性L1C1回路的諧振頻率必須設(shè)計(jì)在該電路所利用的回路的諧振頻率必須設(shè)計(jì)在該電路所利用的n次泛音和（次泛音和（n-2）次泛音之間。）次泛音之間。假設(shè)泛音晶振為五次泛音，標(biāo)稱頻率為假設(shè)泛音晶振為五次泛音，標(biāo)稱頻率為5MHz，基頻為，基頻為1MHz，則，則L1C1路必須調(diào)諧在路必須調(diào)諧在53次泛音之間。次泛音之間。26PPT課件 變變?nèi)萑荻O極管管是是利利用用結(jié)結(jié)的的結(jié)結(jié)電電容容隨隨反反向向電電壓壓變變化化這這一一特特性性制制成成的的一種壓控電抗元件。變?nèi)荻O管的符號(hào)和結(jié)電容變化曲線如圖所示。一種壓控電抗元件。變?nèi)荻O管的符號(hào)和結(jié)電

16、容變化曲線如圖所示。3.5 壓壓 控控 振振 蕩蕩 器器3.5.1 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管結(jié)電容可表示為變?nèi)荻O管結(jié)電容可表示為:v 外加控制電壓外加控制電壓 V PN結(jié)的接觸電位差（硅管約結(jié)的接觸電位差（硅管約等于等于0.7V，鍺管約等于，鍺管約等于0.3V）；）；C0為外加電壓為外加電壓v=0時(shí)的結(jié)電容值時(shí)的結(jié)電容值 電容變化指數(shù)電容變化指數(shù) 變?nèi)莨軌嚎卣袷幤鞯念l率可控范圍約為振蕩器中心頻率的變?nèi)莨軌嚎卣袷幤鞯念l率可控范圍約為振蕩器中心頻率的25。27PPT課件 將將變變?nèi)萑荻O極管管作作為為壓壓控控電電容容接接入入振振蕩蕩器器中中,就就組組成成了了壓控振蕩器。一般可采用各種形式的三點(diǎn)式電路。壓控振蕩器。一般可采用各種形式的三點(diǎn)式電路。需要注意的是需要注意的是,為了使變?nèi)荻O管能正常工作為了使變?nèi)荻O管能正常工作,必必須正確地給其提供須正確地給其提供靜態(tài)負(fù)偏壓靜態(tài)負(fù)偏壓和和交流控制電壓交流控制電壓,而且而且要抑制高頻振蕩信號(hào)對(duì)直流偏壓和低頻控制電壓的干要抑制高頻振蕩信號(hào)對(duì)直流偏壓和低頻控制電壓的干擾擾,所以所以,在電路設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)采用高頻扼流圈、旁路在電路設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)采用