正弦波振荡电路ppt课件

8.1.1 正弦波振荡电路的工作原理正弦波振荡电路的工作原理8.1.2 RC振荡电路振荡电路8.1.3 LC振荡电路振荡电路8.1.4 振荡电路的频率稳定和振幅稳定振荡电路的频率稳定和振幅稳定8.1.5 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路一、电路组成一、电路组成 8.1.1 正弦波振荡电路的工作原理正弦波振荡电路的工作原理满足振荡条件满足振荡条件使唯一频率的信号使唯一频率的信号满足振荡条件，从满足振荡条件，从而输出正弦波而输出正弦波放大电路放大电路正反馈网络正反馈网络稳幅环节稳幅环节选频网络选频网络稳定稳定输出信号幅值输出信号幅值稳幅环节稳幅环节内稳幅内稳幅外稳幅外稳幅输出波形好输出波形好电扰动产生窄脉冲电扰动产生窄脉冲稳幅使信号增大到一定稳幅使信号增大到一定程度后维持大小不变。程度后维持大小不变。起振：起振：平衡：平衡：二、振荡产生的基本原理二、振荡产生的基本原理 正反馈回送并放大信号正反馈回送并放大信号选频产生正弦波选频产生正弦波1.起振条件起振条件1 uuFA振幅起振条件振幅起振条件相位起振条件相位起振条件)0,1,2,(2 fa nn 因为起振时应满足因为起振时应满足:而而故得故得.i.fUU .i.fUAFUuu 1.uuAF三、振荡的平衡条件与起振条件三、振荡的平衡条件与起振条件1.起振条件起振条件1 uuFA振幅起振条件振幅起振条件相位起振条件相位起振条件)0,1,2,(2 fa nn 2.平衡条件平衡条件1 uuFA振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件)0,1,2,(2 fa nn 要产生正弦波，必须有要产生正弦波，必须有选频网络使唯一频率的信号选频网络使唯一频率的信号构成正反馈。构成正反馈。电路参数设计要满足振电路参数设计要满足振幅起振条件。幅起振条件。相位条件确定振荡频率，相位条件确定振荡频率，振幅平衡条件确定信号幅度。振幅平衡条件确定信号幅度。三、振荡的平衡条件与起振条件三、振荡的平衡条件与起振条件讨论：讨论：(1)观察电路组成是否完备观察电路组成是否完备，即电路是否包含了，即电路是否包含了放大电路、选放大电路、选频网络、反馈网络频网络、反馈网络和稳幅电路四个部分。和稳幅电路四个部分。(2)判断放大电路能否正常工作，即静态工作点是否合适，动判断放大电路能否正常工作，即静态工作点是否合适，动态信号能否正常传输。态信号能否正常传输。(3)利用瞬时极性法判断是否满足相位条件利用瞬时极性法判断是否满足相位条件：找到放大电路输入：找到放大电路输入端将反馈断开，假设在断开处加端将反馈断开，假设在断开处加 ui，并设，并设ui 瞬时极性为正；然后根据瞬时极性为正；然后根据放大电路和反馈电路的特性推导放大电路和反馈电路的特性推导uf的瞬时极性；将的瞬时极性；将uf 与与ui 的瞬时极性的瞬时极性进行比较。若它们对于公共电位参考点的瞬时极性相同，则构成正反进行比较。若它们对于公共电位参考点的瞬时极性相同，则构成正反馈，满足相位条件，电路可能产生振荡，否则，电路不可能振荡。馈，满足相位条件，电路可能产生振荡，否则，电路不可能振荡。(4)在满足相位条件的基础上，定性判断电路是否可能满足振幅在满足相位条件的基础上，定性判断电路是否可能满足振幅起振条件，若满足则电路能产生正弦波振荡，否则不能。起振条件，若满足则电路能产生正弦波振荡，否则不能。如何定性判断电路能否产生正弦波振荡？如何定性判断电路能否产生正弦波振荡？一、一、RC 串并联选频网络串并联选频网络8.1.2 RC振荡电路振荡电路)j1/(j1Cj1/.1.2.CRCRRUUFu 令令 0=1/RC可得可得)(j3100.Fu 一、一、RC 串并联选频网络串并联选频网络3/arctan00f 2002.)/(31 uF当当 =0=1/RC 时时 =0，即输出电压与输入电压同相。，即输出电压与输入电压同相。Fu.达到最大，为达到最大，为 1/390-90 0 8.1.2 RC振荡电路振荡电路当当 0=1/RC 时时,传递函数值较小，传递函数值较小，且输出电压与输入电压不同相。且输出电压与输入电压不同相。RRCRFR1C放大器放大器1.电路组成电路组成同相同相二、二、RC 桥式振荡电路桥式振荡电路Uid.+Uo.构成同相放大器构成同相放大器2.常用的常用的RC 桥式振荡电路桥式振荡电路n 参数选择：参数选择：一般通过切换高一般通过切换高稳定度的电容进稳定度的电容进行频段转换，再行频段转换，再采用双联电位器采用双联电位器进行频率细调。进行频率细调。RCf 2101F2RR 因为振荡频率处，因为振荡频率处，为满足起振振幅条件为满足起振振幅条件 ，应使，应使即即 1 uuFA 31.uF3.uA3)/(11F.RRAu2.常用的常用的RC 桥式振荡电路桥式振荡电路n 参数选择：参数选择：RCf 2101F2RR RF 不能太大，不能太大，否则正弦波将否则正弦波将失真，甚至变失真，甚至变成方波。成方波。n 稳幅措施：采用负温度系数热稳幅措施：采用负温度系数热 敏电阻实现外稳幅。敏电阻实现外稳幅。1F/1RRAu 起振时，热敏电阻处于冷态，起振时，热敏电阻处于冷态，RF 阻值较大，阻值较大，大，大，起振容易起振容易。FRT.oU.fI uA由于运放始终线性工作，因此由于运放始终线性工作，因此波形好。波形好。2.常用的常用的RC 桥式振荡电路桥式振荡电路最后达到最后达到 =3，进入平衡状态。进入平衡状态。uA例例8.1.1解：解：kHz 94.1210 RCf相当于负温度系数相当于负温度系数的热敏电阻的热敏电阻 解：解：kHz 94.1210 RCf例例8.1.1 32FRRR .oU3RuAuA解续：解续：例例8.1.1 132F2 RRRR 122RR 123122RRRR 一、一、LC 并联谐振回路并联谐振回路8.1.3 LC振荡电路振荡电路采用采用 LC 谐振回路作为选频网络谐振回路作为选频网络常用的有：常用的有：变压器反馈式变压器反馈式、电感三点式、电感三点式、电容三点式电容三点式L 的等效损耗的等效损耗电阻。电阻。C 的的损耗可忽略。损耗可忽略。)j(j1)j(j1LrCLrCZ 通常通常 r 0 时，时，0,失谐失谐大时大时回路呈容性。回路呈容性。当当 0,失谐失谐大时回路呈感性。大时回路呈感性。二、二、变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路LCf 210三、三、三点式三点式 LC 振荡电路振荡电路(一一)电感三点式电感三点式 振荡电路（振荡电路（Hartley振荡器）振荡器）交流通路交流通路(一一)电感三点式电感三点式 振荡电路（振荡电路（Hartley振荡器）振荡器）交流通路交流通路三、三、三点式三点式 LC 振荡电路振荡电路CMLLf)2(21210 优点：优点：易起振，易起振，频率易调（调频率易调（调C）缺点：缺点：输出波形差。输出波形差。1.Colpitts 振荡电路振荡电路交流通路交流通路（二）（二）电容电容三点式振荡电路三点式振荡电路1.Colpitts 振荡电路振荡电路交流通路交流通路（二）（二）电容电容三点式振荡电路三点式振荡电路优点：优点：输出波形好。输出波形好。LCCCCLCf2121021 21 缺点：缺点：频率不易调节；频率不易调节；三极管三极管极间电容影响极间电容影响 f0 及其稳定性。及其稳定性。2.Clapp振荡电路（改进型电容三点式）振荡电路（改进型电容三点式）C3 C1，C3 C2 33211111CCCCC 2130LCf 特点：波形好、频率稳定、频率调节方便。特点：波形好、频率稳定、频率调节方便。C3与与E相连的为同性质电抗，相连的为同性质电抗，不与不与E端相连的为异性质电抗。端相连的为异性质电抗。（三）（三）三点式振荡电路的组成原则三点式振荡电路的组成原则例例8.1.2kHz948)2(21210 CMLLfa（a a）可能。构成电感三点式振荡电路可能。构成电感三点式振荡电路MHz63.5 212121b0 LCCCCf（b b）可能。构成电容三点式振荡电路）可能。构成电容三点式振荡电路8.1.4 振荡电路的频率稳定和振幅稳定振荡电路的频率稳定和振幅稳定一、频率稳定一、频率稳定1.频率稳定度的概念频率稳定度的概念 指在规定时间内，规定的温度、湿度、电源电压等变化范围指在规定时间内，规定的温度、湿度、电源电压等变化范围 内，振荡频率的相对变化量。内，振荡频率的相对变化量。0ff 标称频率标称频率实际频率实际频率f 与标称频率之差，与标称频率之差，称频率的绝对偏差或绝对频率准确度。称频率的绝对偏差或绝对频率准确度。0fff 频率稳定度有长期、短期和瞬时之分，通常指的是短期稳定度，频率稳定度有长期、短期和瞬时之分，通常指的是短期稳定度，即一天之内振荡频率的相对变化量。即一天之内振荡频率的相对变化量。一、频率稳定一、频率稳定1.频率稳定度的概念频率稳定度的概念 指在规定时间内，规定的温度、湿度、电源电压等变化范围指在规定时间内，规定的温度、湿度、电源电压等变化范围 内，振荡频率的相对变化量。内，振荡频率的相对变化量。8.1.4 振荡电路的频率稳定和振幅稳定振荡电路的频率稳定和振幅稳定2.影响频率稳定度的因素及提高影响频率稳定度的因素及提高频率稳定度频率稳定度的措施的措施外因：温度、电源电压以及负载变化。内因：电路的稳频能力。外因：温度、电源电压以及负载变化。内因：电路的稳频能力。措施：选用高质量的电感器、电容器，尽量提高措施：选用高质量的电感器、电容器，尽量提高Q值；减小负值；减小负 载对谐振回路的影响；提高电源电压的稳定度等。载对谐振回路的影响；提高电源电压的稳定度等。指在规定的条件下，输出信号变化的相对变化量。指在规定的条件下，输出信号变化的相对变化量。0UU 实际输出电压实际输出电压U 与标称电压与标称电压 之差，之差，0UUU 0U外因：温度、电源电压以及元器件参数变化。内因：电路的稳幅能力。外因：温度、电源电压以及元器件参数变化。内因：电路的稳幅能力。措施：电路要有较好的自动稳幅能力；选用高稳定的直流稳压电源；措施：电路要有较好的自动稳幅能力；选用高稳定的直流稳压电源；减小负载与振荡电路之间的耦合。减小负载与振荡电路之间的耦合。二、振幅稳定二、振幅稳定8.1.5 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路频率稳定度高达频率稳定度高达10-6 10-8 及以上，而及以上，而LC 振荡电路的难突破振荡电路的难突破 10-5。一、石英晶体谐振器的阻抗特性一、石英晶体谐振器的阻抗特性 石英是一种各向异性的结晶体，其化石英是一种各向异性的结晶体，其化学成分是学成分是SiO2。从一块晶体上按一定的方。从一块晶体上按一定的方位角切割成的薄片称为晶片。在晶片的两位角切割成的薄片称为晶片。在晶片的两面涂上银层作为电极面涂上银层作为电极，电极上焊出两根引，电极上焊出两根引线固定在管脚上，封装后就构成了石英晶线固定在管脚上，封装后就构成了石英晶体谐振器。体谐振器。1.1.石英谐振器结构石英谐振器结构2.石英晶体的压电效应与谐振特性石英晶体的压电效应与谐振特性电极间加电场电极间加电场电极间加机械力电极间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应：压电效应：交变电压交变电压机械振动机械振动交变电流交变电流当交变电压频率当交变电压频率=固有频率时，产生共振，振幅最固有频率时，产生共振，振幅最大，产生的交变电流最大。大，产生的交变电流最大。类似回路谐振，类似回路谐振，称压电谐振。称压电谐振。谐振特性：谐振特性：2.石英晶体谐振器的符号、等效电路和电抗特性石英晶体谐振器的符号、等效电路和电抗特性Co 静态电容，较大。静态电容，较大。Lq 晶体振动时的动态电感晶体振动时的动态电感，很大。，很大。Cq 晶体晶体振动时振动时的动态电容，很小。的动态电容，很小。rq 等效摩擦损耗电阻，很小。等效摩擦损耗电阻，很小。所以所以 非常高，非常高，具有很好的选择性和频稳度。具有很好的选择性和频稳度。1qqqCLrQ 2.石英晶体谐振器的符号、等效电路和电抗特性石英晶体谐振器的符号、等效电路和电抗特性Co 静态电容，较大静态电容，较大Lq 晶体振动时的动态电感晶体振动时的动态电感，很大，很大Cq 晶体晶体振动时振动时的动态电容，很小的动态电容，很小rq 等效摩擦损耗电阻，很小等效摩擦损耗电阻，很小串联谐振频率串联谐振频率 21 qqsCLf 并联谐振频率并联谐振频率sq0q0qP 21 fCCCCLf 只在只在 之间的很窄频率范围内呈感性，之间的很窄频率范围内呈感性，且感抗曲线很陡，故用作电感时具有很强的且感抗曲线很陡，故用作电感时具有很强的稳频作用。一般用电感或串谐特性，不用容性。稳频作用。一般用电感或串谐特性，不用容性。psff 和和并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器晶体晶体作为作为高高Q 电感元件，电感元件，与其它元件共同构成谐振回路。与其它元件共同构成谐振回路。晶体作为正反馈通路中的晶体作为正反馈通路中的高选择性高选择性短路元件，短路元件，工作工作在串联谐振状态。在串联谐振状态。晶体使用时要注意：按照产品说明书，选用规定容量的负载晶体使用时要注意：按照产品说明书，选用规定容量的负载 电容电容CL 与晶体串接与晶体串接，以达到标称频率。，以达到标称频率。二、石英晶体振荡电路二、石英晶体振荡电路晶体用作高晶体用作高Q 电感电感并联型振荡电路举例并联型振荡电路举例构成改进型电容三点式构成改进型电容三点式C3 远小于远小于C1 和和C2 ，振荡，振荡频率由晶体和频率由晶体和C3 决定。决定。串联型振荡电路举例串联型振荡电路举例交流通路交流通路构成电容三点式，振荡频率等于串联谐振频率构成电容三点式，振荡频率等于串联谐振频率 fs。并联谐振回路应调谐在频率并联谐振回路应调谐在频率 fs 上。上。1.掌握正弦波振荡电路的组成、工作原理、振荡条件。掌握正弦波振荡电路的组成、工作原理、振荡条件。2.掌握掌握RC桥式正弦波振荡电路的组成、工作原理和分桥式正弦波振荡电路的组成、工作原理和分 析计算。析计算。3.了解了解LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路。正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路。主要要求：主要要求：1.根据相位条件判断电路是否可能产生振荡；计算振根据相位条件判断电路是否可能产生振荡；计算振 荡频率。荡频率。2.RC桥式正弦波振荡电路的组成和分析计算。桥式正弦波振荡电路的组成和分析计算。重点：重点：作业：作业：