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1、第六章第六章 正弦波正弦波振蕩電路振蕩電路8.1 正弦波振蕩電路的基本原理正弦波振蕩電路的基本原理8.2 RC橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路8.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路8.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路8.5 正弦波振蕩電路工程應(yīng)用技術(shù)正弦波振蕩電路工程應(yīng)用技術(shù)6.1.1.振蕩的條件振蕩的條件fidXXX-=改成正反饋改成正反饋只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。6.1 正弦波振蕩電路的基本原理正弦波振蕩電路的基本原理+Xi f基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXX如果：如果：,ifXX=則去掉則去掉,iX仍有信號輸出。仍有信號

2、輸出。反饋信號代替了放大反饋信號代替了放大電路的輸入信號。電路的輸入信號。Xi+f基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXXXdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FXXFA=1Xd=Xf所以，自激振蕩條件也可以寫成：所以，自激振蕩條件也可以寫成：自激振蕩的條件：自激振蕩的條件：（1）振幅條件：）振幅條件：（2）相位條件：）相位條件：pjjnFA2=+n是整數(shù)是整數(shù)因為：因為：.動畫演示動畫演示Xdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FXX6.1.2.振蕩的物理過程振蕩的物理過程起振條件：起振條件：結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩（略大于）略大于）1 1、被動：器件非

3、線性、被動：器件非線性2 2、主動：在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以、主動：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)調(diào)節(jié)放大電路的放大電路的增益增益穩(wěn)幅過程穩(wěn)幅過程：起振時，起振時，穩(wěn)定振蕩時，穩(wěn)定振蕩時，穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施：起振過程起振過程Xdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FXX接通電源后，各種電擾動接通電源后，各種電擾動 放大放大 選選 頻頻 正反饋正反饋 再放大再放大再正反饋再正反饋 振蕩器輸出電壓振蕩器輸出電壓 器件進入非線性區(qū)器件進入非線性區(qū) 穩(wěn)幅振蕩穩(wěn)幅振蕩過程：過程：1.1.放大電路放大電路2.2.正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)3.3.選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)只對一個頻率滿足振蕩條件

4、，只對一個頻率滿足振蕩條件，從而獲得單一頻率的正弦波輸出。從而獲得單一頻率的正弦波輸出。常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有RC選頻選頻和和LC選頻選頻4.4.穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅電路使電路易于起振又能穩(wěn)定振使電路易于起振又能穩(wěn)定振蕩，波形失真小。蕩，波形失真小。6.1.3.6.1.3.正弦波振蕩電路的組成正弦波振蕩電路的組成6.1.46.1.4、正弦波振蕩電路的分析方法、正弦波振蕩電路的分析方法（一）判斷電路能否產(chǎn)生正弦波（一）判斷電路能否產(chǎn)生正弦波1、檢查電路中是否存在放大電路、正反饋網(wǎng)、檢查電路中是否存在放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。2、檢查放大電路能否正常工作，

5、即能否建立、檢查放大電路能否正常工作，即能否建立合適的靜態(tài)工作點并能正常放大。合適的靜態(tài)工作點并能正常放大。3、利用瞬時極性法判斷電路是否引入了正反、利用瞬時極性法判斷電路是否引入了正反饋，即是否滿足相位平衡條件。饋，即是否滿足相位平衡條件。（二）計算振蕩頻率、求起振條件（二）計算振蕩頻率、求起振條件由維持振蕩的條件由維持振蕩的條件 可知，可知，為實數(shù)，為實數(shù)，因此只要令復(fù)數(shù)表示式的虛部等于零，對頻因此只要令復(fù)數(shù)表示式的虛部等于零，對頻率求解，即可求得振蕩頻率。將振蕩頻率代率求解，即可求得振蕩頻率。將振蕩頻率代入起振條件入起振條件 ，可求出滿足起振條件，可求出滿足起振條件的有關(guān)電路參數(shù)值，即常

6、用的以電路參數(shù)表的有關(guān)電路參數(shù)值，即常用的以電路參數(shù)表示的起振條件。示的起振條件。（二）計算振蕩頻率、求起振條件（二）計算振蕩頻率、求起振條件6.1.5、正弦波振蕩電路與負反饋放大電路、正弦波振蕩電路與負反饋放大電路自激的比較自激的比較振蕩電路振蕩電路負反饋電路負反饋電路反饋極性不同反饋極性不同引入正反饋引入正反饋產(chǎn)生自激振蕩產(chǎn)生自激振蕩引入負反饋引入負反饋改善電路性能改善電路性能電路結(jié)構(gòu)保證電路結(jié)構(gòu)保證正反饋存在正反饋存在電抗元件使負電抗元件使負反饋變正反饋變正利用自激振蕩利用自激振蕩 避免自激振蕩避免自激振蕩振蕩條件不同振蕩條件不同目的不同目的不同6.2 RC橋式橋式正弦波正弦波振蕩電路振

7、蕩電路6.2.16.2.1.RCRC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)R1C1 串聯(lián)阻抗：串聯(lián)阻抗：R2C2 并聯(lián)阻抗：并聯(lián)阻抗：選頻特性：選頻特性：通常R1R2R，C1C2C，則有若令若令 則上式變?yōu)閯t上式變?yōu)橐驗槭街幸驗槭街?f，02f0 f0 arctg RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整的串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整的頻率特性曲線：頻率特性曲線：當(dāng)當(dāng) 時，時，F(xiàn)=Fmax=1/3F+90|F|6.2.2.基本電路形式及振蕩的建立過程基本電路形式及振蕩的建立過程在在 f0 處處1.滿足相位條件：滿足相位條件：因為：因為：AF=131=F1f+=RRA1f2RR=只需：只需：A=3輸出正弦波頻率輸出正弦波頻率：2.振幅條件

8、：振幅條件：引入負反饋：引入負反饋：選：選：RC橋橋式式正正弦弦波波振振蕩蕩電電路路1f2RR3.起振條件起振條件4、穩(wěn)幅措施、穩(wěn)幅措施半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻(負溫度系數(shù)）負溫度系數(shù)）起振時起振時Rt較大較大 使使A3,易起振。易起振。當(dāng)當(dāng)uo幅度自激增幅度自激增長時，長時，Rt減小，減小，A減小。減小。當(dāng)當(dāng)uo幅度達某一幅度達某一值時，值時，A3。當(dāng)當(dāng)uo進一步增大進一步增大時，時，RT再減小再減小,使使Ar Z L=電路發(fā)生并聯(lián)諧振。電路發(fā)生并聯(lián)諧振。其諧振角頻率為其諧振角頻率為 0 f0 Q Q為諧振回路的品為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，質(zhì)因數(shù)，Q Q值越大，值越大，曲線越陡越窄，選曲線越

9、陡越窄，選頻特性越好。頻特性越好。諧振時諧振時LC并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路相當(dāng)一個大電阻。相當(dāng)一個大電阻。LC并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振回路的幅頻特性曲線幅頻特性曲線|Z|Q小小Q大大Z arctg 互感線圈的極性判別互感線圈的極性判別1234初級線圈初級線圈次級線圈次級線圈同名端同名端1234+在在LC振蕩器中，反饋信號通振蕩器中，反饋信號通過過互感線圈引出互感線圈引出同名端：同名端：6.3.2.變壓器反饋式變壓器反饋式LC振蕩電路振蕩電路 工作原理：工作原理：三極管共射放大器。三極管共射放大器。利用互感線圈的同利用互感線圈的同名端：名端：滿足相位條件。滿足相位條件。振蕩頻率振蕩頻率:判斷是否是

10、滿足判斷是否是滿足相位條件相位條件相相位平衡法：位平衡法：斷開反饋到放大斷開反饋到放大器的輸入端點，假設(shè)器的輸入端點，假設(shè)在輸入端加入一正極在輸入端加入一正極性的信號，用瞬時極性的信號，用瞬時極性法判定反饋信號的性法判定反饋信號的極性。若反饋信號與極性。若反饋信號與輸入信號同相，則滿輸入信號同相，則滿足相位條件；否則不足相位條件；否則不滿足。滿足。(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)LC正弦波振蕩器舉例正弦波振蕩器舉例滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件（+）（+）（）（+）LC正弦波振蕩器舉例正弦波振蕩器舉例振蕩頻率振蕩頻率:（）滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件仍然由仍然由LC并聯(lián)諧振電路

11、構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)6.3.3.電感三點式電感三點式LC振蕩電路振蕩電路原理：原理：uf與與uo反相反相uf與與uo同相同相電感三點式：電感三點式：電容三點式：電容三點式：uf與與uo反相反相uf與與uo同相同相 電感三點式電感三點式LC振蕩電路振蕩電路振蕩頻率：振蕩頻率：6.3.4.電容三點式電容三點式LC振蕩電路振蕩電路振蕩頻率：振蕩頻率：例例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。位平衡條件。V2eRRRb1CCcceb2c1RbCCLC3Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。6.4 石英

12、晶體石英晶體振蕩電路振蕩電路頻率穩(wěn)定度一般由頻率穩(wěn)定度一般由 來衡量來衡量頻率偏移量。頻率偏移量。振蕩頻率。振蕩頻率。LC振蕩電路振蕩電路 Q 幾百幾百石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路 Q 10000 500000 頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定問題6.4.1.石英晶體的特性及等效電路石英晶體的特性及等效電路（一）結(jié)構(gòu)及壓電效應(yīng)：（一）結(jié)構(gòu)及壓電效應(yīng)：極板間加電場極板間加電場極板間加機械力極板間加機械力晶體機械變形晶體機械變形晶體產(chǎn)生電場晶體產(chǎn)生電場交變電壓交變電壓機械振動機械振動交變電壓交變電壓機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高。機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高。當(dāng)交變電壓頻率當(dāng)交變

13、電壓頻率=固有頻率時，振幅最大固有頻率時，振幅最大 符號符號壓電諧振壓電諧振壓電效應(yīng)：壓電效應(yīng)：基本特性基本特性（二）石英晶體的等效電路（二）石英晶體的等效電路等效電路：等效電路：（1）串聯(lián)諧振）串聯(lián)諧振（三）電抗特性：（三）電抗特性：晶體等效純阻且阻值晶體等效純阻且阻值0（2）并聯(lián)諧振）并聯(lián)諧振通常通常所以所以X感性感性0容性容性6.4.2.石英晶體正弦波振蕩電路石英晶體正弦波振蕩電路利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點，構(gòu)成利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點，構(gòu)成LC振蕩電路。振蕩電路。1.并聯(lián)型石英晶體振蕩器并聯(lián)型石英晶體振蕩器 石英晶體工作在石英晶體工作在fs s與與fp p之間，相當(dāng)一個大電感

14、，與之間，相當(dāng)一個大電感，與C C1 1、C C2 2組成電容三點式振蕩器。由于石英晶體的組成電容三點式振蕩器。由于石英晶體的Q值很高，可達到幾值很高，可達到幾千以上，所以電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。千以上，所以電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。X感性感性0容容性性2.串聯(lián)型石英晶體振蕩器串聯(lián)型石英晶體振蕩器 石英晶體工作在石英晶體工作在fs s處，處，呈呈電電阻性，而且阻抗最小，正反阻性，而且阻抗最小，正反饋饋最最強強，相移，相移為為零零,滿滿足振足振蕩蕩的相位平衡條件。的相位平衡條件。對對于于f fs s以外的以外的頻頻率，石英晶體阻抗增大率，石英晶體阻抗增大,且相移不且相移不為為零

15、，不零，不滿滿足振足振蕩蕩條件，條件，電電路不振路不振蕩蕩。X感性感性0容容性性U+VRRRRebbe122C(+)(+).oCC1RRb1c(+)例：例：分析下圖的振蕩電路能否產(chǎn)生振蕩，若產(chǎn)生振分析下圖的振蕩電路能否產(chǎn)生振蕩，若產(chǎn)生振蕩蕩,石英晶體處于何種狀態(tài)？石英晶體處于何種狀態(tài)？6.5 正弦波振蕩電路工程應(yīng)用技術(shù)正弦波振蕩電路工程應(yīng)用技術(shù)振蕩電路形式振蕩電路形式適適應(yīng)應(yīng)范范圍圍RC橋式橋式幾十幾十kHz變壓器反饋式變壓器反饋式幾十幾十MHz電感三點式電感三點式幾十幾十MHz電容三點式電容三點式數(shù)百數(shù)百MHz頻率穩(wěn)定頻率穩(wěn)定石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器振幅穩(wěn)定振幅穩(wěn)定加外穩(wěn)幅電路加外穩(wěn)幅電

16、路1 電電路路形形式式的的選選擇擇6.5.2、有源器件的選用、有源器件的選用雙極型三極管、場雙極型三極管、場效應(yīng)管、集成運放效應(yīng)管、集成運放6.5.3、振蕩管工作點的選定、振蕩管工作點的選定將靜態(tài)工作將靜態(tài)工作點選定在靠近截止區(qū)點選定在靠近截止區(qū)6.5.4、振蕩信號輸出方式的選擇、振蕩信號輸出方式的選擇在振在振蕩電路與負載之間加隔離和緩沖電路，盡可能蕩電路與負載之間加隔離和緩沖電路，盡可能從低阻抗點取信號。從低阻抗點取信號。6.5.5、典型故障的分析和處理、典型故障的分析和處理減小正反饋量，提高負反饋量改變布線，縮短接線，增加去耦電路波形嚴(yán)重失真提高正反饋量，減小負反饋量不起振、停振本章小結(jié)本章小結(jié)1正弦波振蕩的條件：正弦波振蕩的條件：AF=1 （振幅條件）振幅條件）（相位條件相位條件正弦波振蕩電路由放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)構(gòu)成。正弦波振蕩電路由放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)構(gòu)成。2正正弦弦波波振振蕩蕩電電路路主主要要有有RC振振蕩蕩電電路路和和LC振振蕩蕩電電路路兩兩種種。RC振振蕩蕩電電路路主主要要用用于于中中低低頻頻場場合合，LC振振蕩蕩電電路路主主要要用用于于