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1、第18章 正弦波振蕩電路,18.1 自激振蕩,18.2 RC振蕩電路,18.3 LC振蕩電路,第18章 正弦波振蕩電路,本章要求：1. 了解正弦波振蕩電路自激振蕩的條件。2. 了解LC振蕩電路和RC振蕩電路的工作原理。,正弦波振蕩電路用來產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦交流信號。它的頻率范圍很廣，可以從一赫以下到幾百兆以上；輸出功率可以從幾毫瓦到幾十千瓦；輸出的交流電能是從電源的直流電能轉(zhuǎn)換而來的。,18.1 自激振蕩,常用的正弦波振蕩器,石英晶體振蕩電路：頻率穩(wěn)定度高。,應(yīng)用：無線電通訊、廣播電視，工業(yè)上的高頻感應(yīng)爐、超聲波發(fā)生器、正弦波信號發(fā)生器、半導(dǎo)體接近開關(guān)等。,1. 自激振蕩,放大電路在無輸

2、入信號的情況下，就能輸出一定頻率和幅值的交流信號的現(xiàn)象。,開關(guān)合在“1”為無反饋放大電路。,開關(guān)合在“2”為有反饋放大電路，,開關(guān)合在“2”時,，去掉ui 仍有穩(wěn)定的輸出。反饋信號代替了放大電路的輸入信號。,自激振蕩狀態(tài),2. 自激振蕩的條件,(1)幅度條件：,(2)相位條件：,n 是整數(shù),相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋； 幅度條件表明反饋放大器要產(chǎn)生自激振蕩，還必須有足夠的反饋量(可以通過調(diào)整放大倍數(shù)A 或反饋系數(shù)F 達(dá)到) 。,自激振蕩的條件,3. 起振及穩(wěn)幅振蕩的過程,設(shè)：Uo 是振蕩電路輸出電壓的幅度， B 是要求達(dá)到的輸出電壓幅度。起振時Uo 0，達(dá)到穩(wěn)定振蕩時Uo =B。,起振

3、過程中 Uo 1，,穩(wěn)定振蕩時 Uo = B，要求AuF = 1，,從AuF 1 到AuF = 1，就是自激振蕩建立的過程。,可使輸出電壓的幅度不斷增大。,使輸出電壓的幅度得以穩(wěn)定。,起始信號的產(chǎn)生：在電源接通時，會在電路中激起一個微小的擾動信號，它是個非正弦信號，含有一系列頻率不同的正弦分量。,4. 正弦波振蕩電路的組成,(1) 放大電路: 放大信號,(2) 反饋網(wǎng)絡(luò): 必須是正反饋，反饋信號即是 放大電路的輸入信號,(3) 選頻網(wǎng)絡(luò): 保證輸出為單一頻率的正弦波 即使電路只在某一特定頻率下滿 足自激振 蕩條件,(4) 穩(wěn)幅環(huán)節(jié): 使電路能從AuF 1 ，過渡到 AuF =1，從而達(dá)到穩(wěn)幅振

4、蕩。,18. 2 RC振蕩電路,RC選頻網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò),同相比例電路,放大信號,用正反饋信號uf作為輸入信號,選出單一頻率的信號,1. 電路結(jié)構(gòu),2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性,傳輸系數(shù)：,式中 ：,3. 工作原理,輸出電壓 uo 經(jīng)正反饋（兼選頻）網(wǎng)絡(luò)分壓后，取uf 作為同相比例電路的輸入信號 ui 。,(1) 起振過程,(2) 穩(wěn)定振蕩,A = 0，僅在 f 0處 F = 0 滿足相位平衡條件，所以振蕩頻率 f 0= 1 2RC。,改變R、C可改變振蕩頻率,RC振蕩電路的振蕩頻率一般在200KHz以下。,(3) 振蕩頻率 振蕩頻率由相位平衡條件決定。,振蕩頻率的調(diào)整,改變開關(guān)K的位置可

5、改變選頻網(wǎng)絡(luò)的電阻，實現(xiàn)頻率粗調(diào)； 改變電容C 的大小可實現(xiàn)頻率的細(xì)調(diào)。,振蕩頻率,（4）起振及穩(wěn)定振蕩的條件,穩(wěn)定振蕩條件AuF = 1 ，| F |= 1/ 3，則,起振條件AuF 1 ，因為 | F |=1/ 3，則,考慮到起振條件AuF 1, 一般應(yīng)選取 RF 略大2R1。如果這個比值取得過大，會引起振蕩波形嚴(yán)重失真。,由運放構(gòu)成的RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路不是靠運放內(nèi)部的晶體管進(jìn)入非線性區(qū)穩(wěn)幅，而是通過在外部引入負(fù)反饋來達(dá)到穩(wěn)幅的目的。,帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(1),熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，利用它的非線性可以自動穩(wěn)幅。,在起振時，由于 uO 很小，流過RF的電流也很小，于是發(fā)熱少，阻值高，使

6、RF 2R1；即AuF1。隨著振蕩幅度的不斷加強(qiáng)，uO增大，流過RF 的電流也增大，RF受熱而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2 R1時，穩(wěn)定于AuF=1， 振蕩穩(wěn)定。,半導(dǎo)體熱敏電阻,帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(1),熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，利用它的非線性可以自動穩(wěn)幅。,半導(dǎo)體熱敏電阻,穩(wěn)幅過程：,思考：,若熱敏電阻具有正溫度系數(shù)，應(yīng)接在何處？,帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(2),振蕩幅度較小時正向電阻大,振蕩幅度較大時正向電阻小,利用二極管的正向伏安特性的非線性自動穩(wěn)幅。,穩(wěn)幅環(huán)節(jié),帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路（2）,圖示電路中，RF分為兩部分。在RF1上正反并聯(lián)兩個二極管，它們在輸出電壓uO的正負(fù)半周內(nèi)分別導(dǎo)通。在起

7、振之初，由于 uo 幅值很小，尚不足以使二極管導(dǎo)通，正向二極管近于開路此時， RF 2 R1。而,后，隨著振蕩幅度的增大，正向二極管導(dǎo)通，其正向電阻逐漸減小，直到RF=2 R1，振蕩穩(wěn)定。,18.3 LC振蕩電路,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(幾百千赫以上)。由于高頻運放價格較高，所以一般用分離元件組成放大電路。本節(jié)只對 LC振蕩電路的結(jié)構(gòu)和工作原理作簡單介紹。,18.3.l 變壓器反饋式LC振蕩電路,1. 電路結(jié)構(gòu),正反饋,2.振蕩頻率 即LC并聯(lián)電路的諧振頻率,放大電路,選頻電路,反饋網(wǎng)絡(luò),在調(diào)節(jié)變壓器反饋式振蕩電路中，試解釋下列現(xiàn)象：（1）對調(diào)反饋線圈的兩個

8、接頭后就能起振；（2）調(diào)RB1、 RB2或 RE的阻值后即可起振；（3）改用較大的晶體管后就能起振；（4）適當(dāng)增加反饋線圈的圈數(shù)后就能起振；（5）適當(dāng)增加L值或減小C值后就能起振；（6）反饋太強(qiáng)，波形變壞；（7）調(diào)整RB1、 RB2或 RE的阻值后可使波形變好；（8）負(fù)載太大不僅影響輸出波形，有時甚至不能 起振。,例1：,解:,(2) 調(diào)RB1、RB2或 RE的阻 值后即可起振；,原反饋線圈接反，對調(diào)兩個接頭后滿足相位條件；,(1) 對調(diào)反饋線圈的兩個接 頭后就能起振；,調(diào)阻值后使靜態(tài)工作點合適，以滿足幅度條件；,(3) 改用較大的晶體管后就能起振；,改用較大的晶體管，以滿足幅度條件；,解:,

9、(5) 適當(dāng)增加L值或減小 C值后就能起振；,增加反饋線圈的圈數(shù)，即增大反饋量，以滿足幅度條件；,(4) 適當(dāng)增加反饋線圈的 圈數(shù)后就能起振；,當(dāng)適當(dāng)增加L 值或減小C 值后, 等效阻抗|Zo|增大，因而就增大了反饋量，容易起振；,LC并聯(lián)電路在諧振時的等效阻抗,解:,(7) 調(diào)整RB1、 RB2或 RE 的阻值可使波形變好；,反饋線圈的圈數(shù)過多或管子的太大使反饋太強(qiáng)而進(jìn)入非線性區(qū)，使波形變壞。,(6) 反饋太強(qiáng)，波形變壞；,調(diào)阻值, 使靜態(tài)工作點在線性區(qū)，使波形變好；,(8) 負(fù)載太大不僅影響輸出波形，有時甚至不能起振。,負(fù)載大，就是增大了LC并聯(lián)電路的等效電阻R。 R的增大,一方面使|Zo

10、|減小,因而反饋幅度減小,不易起振; 也使品質(zhì)因數(shù)Q減小, 選頻特性變壞, 使波形變壞。,例2：,正反饋,注意：用瞬時極性法判斷反饋的極性時， 耦合電容、旁路電容兩端的極性相同， 屬于選頻網(wǎng)絡(luò)的電容，其兩端的極性相反。,試用相位平衡條件判斷下圖電路能否產(chǎn)生自激振蕩,18.3.2 三點式 LC振蕩電路,1. 電感三點式振蕩電路,正反饋,放大電路,選頻電路,反饋網(wǎng)絡(luò),振蕩頻率,通常改變電容 C 來調(diào)節(jié)振蕩頻率。,反饋電壓取自L2,振蕩頻率一般在幾十MHz以下。,2. 電容三點式振蕩電路,正反饋,放大電路,反饋網(wǎng)絡(luò),振蕩頻率,通常再與線圈串聯(lián)一個較小的可變電容來調(diào)節(jié)振蕩頻率。,反饋電壓取自C2,振蕩

11、頻率可達(dá)100MHz以上。,選頻電路,例3：,圖示電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩, 如果不能振蕩，加以改正。,解：直流電路合理。 旁路電容CE將反饋信號旁路，即電路中不存在反饋，所以電路不能振蕩。將CE開路，則電路可能產(chǎn)生振蕩。,反饋電壓取自C1,正反饋,例4：半導(dǎo)體接近開關(guān),LC振蕩器,開關(guān)電路,射極輸出器,繼電器,半導(dǎo)體接近開關(guān)是一種無觸點開關(guān)，具有反映速度快、定位準(zhǔn)確、壽命長等優(yōu)點。 它在行程控制、定位控制、自動計數(shù)以及各種報警電路中得到了廣泛應(yīng)用。,LC振蕩器,開關(guān)電路,射極輸出器,繼電器,例4：半導(dǎo)體接近開關(guān),變壓器反饋式振蕩器是接近 開關(guān)的核心部分，L1、 L2及 L3繞在右圖所示的的磁芯

12、上（又稱感應(yīng)頭）,例4：半導(dǎo)體接近開關(guān),當(dāng)某金屬被測物體移近感應(yīng)頭時，金屬體內(nèi)感應(yīng)出渦流，由于渦流的消磁作用，破壞了線圈之間的磁耦合，使 L1上的反饋電壓顯著降低，破壞了自激振蕩的幅值條件，振蕩器停振， 使L3上輸出交流電壓為零。,例4：半導(dǎo)體接近開關(guān),當(dāng)L3上輸出交流電壓為零時，二極管的整流輸出電壓也為零，因此T2截止， T3飽和導(dǎo)通，繼電器KA通電。 繼電器KA的常閉觸點接在電動機(jī)的控制回路內(nèi)，可在被測金屬體接近危險位置時，立即斷電使電動機(jī)停轉(zhuǎn)；也可將KA的常開觸點接在報警電路上，同時發(fā)出聲光報警。,例4：半導(dǎo)體接近開關(guān),當(dāng)金屬被測物體離開感應(yīng)頭后，振蕩電路立即起振，在L3上輸出正弦電壓， 經(jīng)二極管的整流后，使T2飽和導(dǎo)通， T3截止，繼電器KA斷電，常閉觸點重新閉合，電動機(jī)運轉(zhuǎn)。 RP1用來調(diào)節(jié)振蕩輸出幅度， RP2可使振蕩電路迅速而可靠的停振，也能促使振蕩電路在被測金屬物體離開感應(yīng)頭時迅速恢復(fù)振蕩。,