第12章正弦波振荡器

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第12章 正弦波振荡器,第,12,章,正弦波振荡器,12.1,振荡器的组成及工作原理,12.2,RC,桥式正弦波振荡器,12.3,LC,正弦波振荡器,12.4,石英晶体正弦波振荡器,习题,12,12.1,振荡器的组成及工作原理,1.,振荡器的概念,正弦波振荡器实质上就是一个没有外加输入信号的正反馈放大器,如图,12.1,所示。,图,12.1,自激振荡原理,2.,自激振荡条件,由图,12.1,可以看出：,所以,(12.1),上式是产生自激振荡的平衡条件。也可把式,(12.1),分解为振幅平衡条件和相位平衡条件。,1,）,振幅平衡条件,(12.2),该条件表明放大器的放大倍数与正反馈网络的反馈系数的乘积应等于,1,，即反馈电压的大小必须和输入电压相等。,2,）,相位平衡条件,A,+,F,=2,n,(12.3),式中，,n,=0,，,1,，,2,；,A,为基本放大器输出信号和输入信号的相位差，,F,为反馈网络输出信号和输入信号的相位差。式,(12.3),表示基本放大器的相位移与反馈网络的相位移的和等于,0,或,2,的整倍数，即电路必须引入正反馈。,3.,起振与稳定条件,实际上振荡器开始建立振荡时，并不需要借助于外加输入信号，它本身就能起振，但电路由自行起振到稳定需要一个建立的过程。例如当电路接通电源时，噪声和干扰信号会使电路产生初始的微弱输出信号，经正反馈和放大器的多次循环放大，输出信号的幅度便由小到大直至输出稳定的正弦波信号。,为了保证电路能自行起振，要求,X,f,X,i,，,即,AF1 (12.4),式,(12.4),即为振荡器的起振振幅条件。,总之,振荡电路建立振荡时，必须满足起振振幅条件,AF1,和相位条件,A,+,F,=2n,；,振幅恒定的条件是,AF=1,。,4.,振荡器的组成,通过以上对振荡器的分析和认识，可以看出正弦波振荡器必须由放大器、正反馈和选频网,络、稳幅电路组成。,12.2,RC,桥式正弦波振荡器,1.,工作原理,图,12.2,是,RC,桥式正弦波振荡器的原理电路，它由三部分构成：,RC,串并联正反馈选频网络、,运放,A,、,R,1,与,R,f,组成的负反馈稳幅网络。运放接成同相输入方式，即,A,=0,。,当信号频率为,RC,网络的固有振荡频率时，,f,=,f,0,=1/(2,RC,),，,反馈网络的相移为,0,，,F,=0,，,此时满足自激振荡的相位平衡条件,(,A,+,F,=0),。,图,12.2,RC,桥式正弦波振荡器原理电路,2.,RC,串并联选频电路的选频特性,RC,串并联电路如图,12.3,所示。,图,12.3,RC,串并联反馈与选频电路,正反馈与选频电路的反馈系数为,令,0,=1/(RC),，,则上式变为,(12.5),(12.6),幅频特性,相频特性,由式,(12.7),和式,(12.8),可以画出,RC,串并联电路的频率特性曲线，如图,12.4,所示。,(12.7),(12.8),图,12.4,RC,串并联网络的频率特性,(,a),幅频特性,;(,b),相频特性,12.3,LC,正弦波振荡器,1.,LC,并联回路的谐振特性,LC,并联回路如图,12.5,所示，回路中的电阻,R,为电感线圈及回路其它损耗的等效电阻。,电路的等效阻抗为,(12.9),图,12.5,LC,并联回路,通常,R,很小,(,R,L),，,上式近似为,幅频特性为,(12.10),(12.11),当信号频率为某一特定频率,f,0,时，,LC,回路产生谐振，复阻抗最大，即要求,得到,0,为,LC,并联回路的谐振频率，或用,f,0,表示为,(12.13),(12.12),2.,变压器反馈式,LC,正弦波振荡器,1,）,工作原理,图,12.6,所示是变压器反馈式,LC,振荡器，它由共射极放大器、,LC,并联谐振电路和变压器反馈电路三,部分组成。,图,12.6,变压器反馈式,LC,振荡器,2,）,谐振频率,该电路的振荡频率近似等于,LC,并联回路的谐振频率，即,3,）,振幅的稳定,3.,电感三点式正弦波振荡器,1,）,工作原理,电感三点式振荡电路如图,12.7,所示。,(12.14),图,12.7,电感三点式振荡电路,2,）,振荡频率,电感三点式振荡频率为,(12.15),式中，,M,是线圈,L,1,和,L,2,的互感系数。,该电路的特点是：由于存在互感，因而电路更易起振；改变电容,C,可在较大范围内调节振,荡频率，一般从几百,kHz,到几十,MHz,；,输出波形较差。,4.,电容三点式正弦波振荡器,1,）,工作原理,电容三点式振荡电路如图12.8(,a),所示。,图,12.8,电容三点式振荡器,2,）,振荡频率,电容三点式的振荡频率为,该频率近似等于,LC,并联回路的谐振频率。,为了方便地调节频率和提高振荡频率的稳定性，可把图,12.8(,a),中的选频网络变成图,12.8,(,b),所示形式，该选频网络的谐振频率为,(12.16),(12.17),12.4,石英晶体正弦波振荡器,1.,并联型晶体振荡器,并联型石英晶体振荡电路如图,12.9,所示。石英谐振器呈感性，可把它等效为一个电感。,由运算放大器、晶体谐振器和外接电容组成的三点式振荡电路如图,12.10,所示，其中,C,s,为可调电容，调节,C,s,可微调振荡频率。,图,12.9,并联型石英晶体振荡器,图,12.10,运算放大器,构成的并联型,石英晶体振荡器,2,串联型晶体振荡电路,图,12.11,所示为一种串联型晶体振荡电路。,图,12.11,串联型晶体振荡电路,习题,12,1,电路如题图,12.1,所示，试用相位平衡条件判断哪个电路可能振荡，哪个不能，,并简述理由。,题图,12.1,2,试用相位平衡条件判断题图,12.2,所示电路能否产生自激正弦振荡。若不能，请修改,电路使之振荡起来。,题图,12.2,3,RC,桥式正弦波振荡电路如题图,12.3,所示，已知,R,=,R,1,=10 k,，,R,p,=50 k,C=0.01,F,。,(1),标出运放,A,的输入端符号；,（,2,）估算振荡频率,f,0,；,（,3,）,分析半导体二极管,D,1,和,D,2,的作用。,题图,12.3,4.,试用相位平衡条件判断题图,12.4,所示电路能否振荡，若不能，如何改接使其产生正弦波振荡,?,题图,12.4,5,试说明题图,12.5,所示电路的工作原理，并指出晶体产生什么样的谐振，电路的输出端,及同相输出端的电压是什么波形。,题图,12.5,