第十章正弦波振荡电路课件

第十章第十章 正弦波振荡电路正弦波振荡电路（1）掌握正弦波振荡电路的组成和振荡原理。）掌握正弦波振荡电路的组成和振荡原理。（2）掌握）掌握RC桥式正弦波振荡电路的组成、工作原理。桥式正弦波振荡电路的组成、工作原理。（3）了解）了解LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路的组成、工作原理和性能特点。电路的组成、工作原理和性能特点。7/15/20241模拟电子技术10-1 振荡的基本原理振荡的基本原理一、反馈放大器的基本方程一、反馈放大器的基本方程二、起振过程和平衡条件二、起振过程和平衡条件10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器10.2.1 RC移相振荡器移相振荡器 10.2.2 RC选频振荡器选频振荡器7/15/20242模拟电子技术10.3 LC正弦波振荡器正弦波振荡器10.3.1 变压器耦合反馈式振荡器变压器耦合反馈式振荡器10.3.2 电容反馈式振荡电路电容反馈式振荡电路10.3.3 电感反馈式振荡电路电感反馈式振荡电路7/15/20243模拟电子技术10.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器10.4.1关于振荡频率的几个指标关于振荡频率的几个指标10.4.2 石英晶体的物理特性和电特性石英晶体的物理特性和电特性10.4.4 并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器10.4.3 串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器7/15/20244模拟电子技术文氏电桥振荡电路文氏电桥振荡电路LC并联谐振回路的特性并联谐振回路的特性LC正弦波振荡电路分析正弦波振荡电路分析稳频措施稳频措施串联晶体振荡器举例串联晶体振荡器举例附附 录录振荡频率的确定振荡频率的确定7/15/20245模拟电子技术振荡电路振荡电路是指在没有是指在没有 输入信号的条件下输入信号的条件下,能够自能够自行产生一定幅度、一定频率的输出信号的电路。行产生一定幅度、一定频率的输出信号的电路。张弛振荡电路（产生方波、锯齿波形等）张弛振荡电路（产生方波、锯齿波形等）正弦振荡电路正弦振荡电路反馈型反馈型负阻型负阻型RC振荡器振荡器LC振荡器振荡器晶体振荡器晶体振荡器7/15/20246模拟电子技术一、反馈放大器的基本方程一、反馈放大器的基本方程图图10.1 反馈放大器反馈放大器10-1 振荡的基本原理振荡的基本原理F oX fX iX A iX7/15/20247模拟电子技术F oX fX iX A iX7/15/20248模拟电子技术二、起振过程和平衡条件二、起振过程和平衡条件图图10.1 反馈型振荡器组成方框图反馈型振荡器组成方框图F oU fU A iU7/15/20249模拟电子技术1起振过程及起振条件起振过程及起振条件 相位起振条件相位起振条件 幅度起振条件幅度起振条件 F oU fU A iU7/15/202410模拟电子技术2.平衡条件平衡条件振幅平衡条件振幅平衡条件 相位平衡条件相位平衡条件 F oU fU A iU7/15/202411模拟电子技术起振起振平衡平衡反馈振荡器的振荡过程反馈振荡器的振荡过程7/15/202412模拟电子技术10.2 RC正弦波振荡器正弦波振荡器RC 电路作为选频网络的振荡器。振荡频率较低，电路作为选频网络的振荡器。振荡频率较低，一般在一般在几十几十kHz以下。以下。RC移相振荡器移相振荡器RC选频振荡器选频振荡器选频网络采用选频网络采用RC超前或滞后移相网络。超前或滞后移相网络。选频网络采用选频网络采用RC串并联谐振网络。串并联谐振网络。7/15/202413模拟电子技术10.2.1 RC移相振荡器移相振荡器 图图10.17 RC串联移相网络串联移相网络 超前移相网络超前移相网络 滞后移相网络滞后移相网络 7/15/202414模拟电子技术图图10.18 RC串联超前网络的频率特性曲线串联超前网络的频率特性曲线 截止频率截止频率=RC 7/15/202415模拟电子技术图图10.19 RC超前移相网络振荡器超前移相网络振荡器 7/15/202416模拟电子技术10.2.2 RC选频振荡器选频振荡器图图10.20 RC串并联网络串并联网络 7/15/202417模拟电子技术图图10.21 RC串并联网络的频率特性曲线串并联网络的频率特性曲线 7/15/202418模拟电子技术图图10.22 文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器7/15/202419模拟电子技术10.3 LC正弦波振荡器正弦波振荡器采用采用LC谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器称为谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器称为LC正弦波振荡器正弦波振荡器。可以产生可以产生几十兆赫几十兆赫以上的正弦波以上的正弦波信号。信号。变压器耦合反馈式变压器耦合反馈式电感或电容反馈式电感或电容反馈式7/15/202420模拟电子技术10.3.1变压器耦合反馈式振荡器变压器耦合反馈式振荡器图图10.23 三种不同接法的变压器耦合反馈式振荡器三种不同接法的变压器耦合反馈式振荡器 是否满足正反馈判断方法：是否满足正反馈判断方法：“射基（集）同名射基（集）同名”规则规则(CE)(CB)(CB)CE：射基同名；射基同名；-CB：射集同名。射集同名。CC：射基同名。射基同名。7/15/202421模拟电子技术LC2cbeCICILUbUf Uo10.3.2.电容反馈式振荡电路电容反馈式振荡电路图图10.24电容反馈式振荡器的交流通路（电容反馈式振荡器的交流通路（CE）17/15/202422模拟电子技术10.25电容反馈式振荡器电矢量关系电容反馈式振荡器电矢量关系 ILUoICUfLC2cbeCICILUbUf Uo17/15/202423模拟电子技术LC2cbeCICILUbUf Uo17/15/202424模拟电子技术图图10.25电容三点式振荡器及其交流通路（电容三点式振荡器及其交流通路（CB）7/15/202425模拟电子技术图图10.25电容三点式振荡器及其交流通路（电容三点式振荡器及其交流通路（CB）7/15/202426模拟电子技术10.3.3 电感反馈式振荡电路电感反馈式振荡电路7/15/202427模拟电子技术(b)UfUb UoIL ICRBRLcL1L2Cbe图图10.26电感反馈式振荡电路及其交流通路电感反馈式振荡电路及其交流通路 7/15/202428模拟电子技术注：注：L1与与L2之间无互感。之间无互感。(b)UfUb UoIL ICRBRLcL1L2Cbe7/15/202429模拟电子技术电感或电容反馈式振荡器电感或电容反馈式振荡器是否满足是否满足正反馈判断方法正反馈判断方法“射同基反射同基反”规则规则 EB,EC:同性质同性质电抗元件电抗元件;BE,BC:异性质异性质电抗元件电抗元件.7/15/202430模拟电子技术例例1 在振幅条件已满足的前提下，用相位条件去判断在振幅条件已满足的前提下，用相位条件去判断如下振荡器是否能震荡？如下振荡器是否能震荡？(b)(a)7/15/202431模拟电子技术10.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器10.4.1关于振荡频率的几个指标关于振荡频率的几个指标1.频率的准确性频率的准确性 2.频率的稳定性频率的稳定性中波广播发射机：中波广播发射机：10-5；电视发射机：电视发射机：10-7测量值测量值 设计值设计值 7/15/202432模拟电子技术10.4.2 石英晶体石英晶体的物理特性和电特性的物理特性和电特性1.石英谐振器的物理特性石英谐振器的物理特性1)正压电效应正压电效应 正压电效应：把机械能转化成电能。正压电效应：把机械能转化成电能。2）反压电效应）反压电效应反压电效应：把电能转化成机械能。反压电效应：把电能转化成机械能。7/15/202433模拟电子技术交变电场交变电场 机械形变振动机械形变振动.通常机械振动振幅和外加交变电场的振幅都非常通常机械振动振幅和外加交变电场的振幅都非常微小。只有在外加交变电压的频率为某一微小。只有在外加交变电压的频率为某一 特定频特定频率时，振幅才突然增加，机械振动最强，电路里率时，振幅才突然增加，机械振动最强，电路里高频电流最大，此现象称为高频电流最大，此现象称为压电谐振压电谐振。通常说石。通常说石英晶体就是指石英谐振器。英晶体就是指石英谐振器。谐振在晶体的谐振在晶体的基音基音(Fundamental)或或奇次泛音奇次泛音(Overtone)(3、5、7次泛音次泛音)。7/15/202434模拟电子技术图图10.30 石英晶体的等效电路和电抗特性石英晶体的等效电路和电抗特性(a)晶体符号；晶体符号；(b)某振动模式的电等效电路某振动模式的电等效电路2.石英谐振器的电特性石英谐振器的电特性(a)(b)频率丰富的谐振系统频率丰富的谐振系统支架电容支架电容几个几个pF亨利亨利0.001pF百欧百欧7/15/202435模拟电子技术图图10.30(c)某一频率等效电路；某一频率等效电路；(d)电抗特性电抗特性其它支路失谐，近似开路其它支路失谐，近似开路7/15/202436模拟电子技术7/15/202437模拟电子技术其值约为其值约为10-3量级量级 7/15/202438模拟电子技术10.4.3 串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器图图10.31串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器T1 T2 R1 R2 R3 R4 R5R6 晶体晶体+VCC C uo 串联型石英晶体振荡器把石英晶体用作串联型石英晶体振荡器把石英晶体用作选频短路线选频短路线7/15/202439模拟电子技术10.4.4 并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器图图10.32 并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器(a)原理电路原理电路;(b)交流通路交流通路并联型石英晶体振荡器把石英晶体用作并联型石英晶体振荡器把石英晶体用作电感元件电感元件 7/15/202440模拟电子技术7/15/202441模拟电子技术图图10.32 并联型晶体振荡器振荡频率的图解确定并联型晶体振荡器振荡频率的图解确定 Xew ww wpw wg1w wC1C2C1C2w ws+晶体的标称频率晶体的标称频率CL7/15/202442模拟电子技术作业题作业题 10.1 10.510.610.910.117/15/202443模拟电子技术文氏电桥振荡电路文氏电桥振荡电路A+-RRCC7/15/202444模拟电子技术A+-RRCC文文氏氏电桥电桥多用于产生多用于产生20HZ200kHZ的低频信号发的低频信号发生器中。生器中。7/15/202445模拟电子技术1.振荡频率振荡频率因为振荡电路的相位条件为因为振荡电路的相位条件为图中，图中，所以所以2.起振条件起振条件即即3.引入引入构成的串联电压负反馈构成的串联电压负反馈电路，能起到电路，能起到稳定稳定输出幅度输出幅度的作用。提高了的作用。提高了输入电阻输入电阻，减小了，减小了输出输出电阻电阻。7/15/202446模拟电子技术A+-RRCC7/15/202447模拟电子技术LC并联谐振回路的特性并联谐振回路的特性CrL电路图Z7/15/202448模拟电子技术令7/15/202449模拟电子技术一一 谐振时回路参数谐振时回路参数1.谐振角频率谐振角频率（固有角频率）（固有角频率）2.品质因数品质因数3.谐振阻抗谐振阻抗7/15/202450模拟电子技术二二 LC并联回路的频率特性并联回路的频率特性并令并令考虑考虑 附近情况，则可认为附近情况，则可认为；则则7/15/202451模拟电子技术|Z|(b)幅频特性幅频特性感性感性容性容性(c)相频特性相频特性7/15/202452模拟电子技术考察不同的值时频率特性，考察不同的值时频率特性，Q越大，越大，幅频特性幅频特性越尖锐越尖锐，说明选频特性越好。，说明选频特性越好。时，时，纯阻性纯阻性时，时，Z显容性，显容性，时，时，Z显感性，显感性，7/15/202453模拟电子技术LC正弦波振荡电路分析正弦波振荡电路分析一一 电感反馈式电感反馈式(电感三点式电感三点式)+图图1 电感反馈式振荡器电感反馈式振荡器2317/15/202454模拟电子技术(b)交流电路交流电路7/15/202455模拟电子技术1.相位平衡条件相位平衡条件(LC回路呈纯阻性回路呈纯阻性,即满足该条件即满足该条件)(同名端设置正确同名端设置正确)7/15/202456模拟电子技术2.起振条件和振荡频率起振条件和振荡频率为折合到为折合到L1两端的等效并联总电阻。两端的等效并联总电阻。其中其中为互感。为互感。7/15/202457模拟电子技术3.缺点缺点波形较差。因为反馈取自电感波形较差。因为反馈取自电感越高，反馈越强，越高，反馈越强，反馈和输出信号中含高次谐波。反馈和输出信号中含高次谐波。7/15/202458模拟电子技术二二.电容反馈式振荡电路电容反馈式振荡电路(电容三点式电容三点式)图图10-14 SMB-10示波器中示波器中LC振荡器振荡器原理图原理图7/15/202459模拟电子技术(b)交流通路交流通路7/15/202460模拟电子技术 优点：波形较好。因为反馈取自电容优点：波形较好。因为反馈取自电容反馈和输出信号中谐波分量小。反馈和输出信号中谐波分量小。7/15/202461模拟电子技术一一 影响频率稳定度的主要因素影响频率稳定度的主要因素1.电源电压或温度变化，使振荡管的工作点变化，导电源电压或温度变化，使振荡管的工作点变化，导致谐振回路等效电阻值变化，另外使管子的发射结和致谐振回路等效电阻值变化，另外使管子的发射结和集电结等效电容改变，它们都引起集电结等效电容改变，它们都引起振荡频率的变化。振荡频率的变化。2.回路回路L、C元件的老化，引起振荡频率的变化。元件的老化，引起振荡频率的变化。3.负载变化引起振荡频率的变化。负载变化引起振荡频率的变化。稳频措施稳频措施7/15/202462模拟电子技术二二 稳频措施稳频措施1.采用稳定电源，稳定直流工作点，以减小极间电容变化。采用稳定电源，稳定直流工作点，以减小极间电容变化。2.在负载和振荡电路间加缓冲级，隔离负载对振荡的影响。在负载和振荡电路间加缓冲级，隔离负载对振荡的影响。3.对决定振荡频率的元件要保证其精确度和稳定性。对决定振荡频率的元件要保证其精确度和稳定性。4.采用高采用高Q值值 LC振荡电路，振荡电路，Q越高，选频特性越好。越高，选频特性越好。实际实际LC回路的回路的Q值最高仅达数百，频率稳定度很难值最高仅达数百，频率稳定度很难突破突破 数量级。石英晶体振荡电路频率稳定度可数量级。石英晶体振荡电路频率稳定度可达达 左右，甚至左右，甚至 。7/15/202463模拟电子技术例题例题 对图对图10-19晶体振荡器，已知晶体串联谐振晶体振荡器，已知晶体串联谐振频率为频率为10MHz.(1)说明该电路属于哪种形式的晶体振荡电路。说明该电路属于哪种形式的晶体振荡电路。(2)求所需求所需L值值.(3)求等幅振荡时的求等幅振荡时的 值值.7/15/202464模拟电子技术图图 10-19 晶振电路晶振电路7/15/202465模拟电子技术解解:(1)该电路为串联型晶体振荡器，晶体等效为短该电路为串联型晶体振荡器，晶体等效为短路元件，路元件，为反馈电容，为反馈电容，两端反馈电压与运放两端反馈电压与运放输出端电压相同，在晶体串联谐振频率满足正反馈输出端电压相同，在晶体串联谐振频率满足正反馈条件。条件。(2).由于由于 ,回路谐振频率回路谐振频率 应应为为10MHz。求得求得:7/15/202466模拟电子技术(3)由图由图10-19根据振荡器振幅平衡条件根据振荡器振幅平衡条件得到得到因此因此:7/15/202467模拟电子技术图图10.28 晶体的形状及横断面晶体的形状及横断面 (a)晶体外形；晶体外形；(b)横断面横断面光轴光轴电轴电轴机械轴机械轴六棱柱锥体六棱柱锥体对顶点连线对顶点连线对边法线对边法线7/15/202468模拟电子技术图图10.29 石英谐振器的内部结构石英谐振器的内部结构 7/15/202469模拟电子技术(取取n=0)令令则则 7/15/202470模拟电子技术图图10.5 LC并联回路负载相角与频率的关系并联回路负载相角与频率的关系 7/15/202471模拟电子技术