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,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,本章学习要点：,振荡电路是一种不需要外接输入信号就能将直流电源转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出电路，按振荡波形可分为正弦波振荡电路和非正弦波振荡电路。,本章仅介绍正弦波振荡电路，振荡的基本概念，,RC,正弦波振荡电路，,LC,正弦波振荡电路以及石英晶体振荡电路。,第7章正弦波振荡电路,本章学习要点：振荡电路是一种不需要外接输入信号,1,正弦波振荡电路通常在没有外加输入信号时就能产生自激振荡，输出正弦波信号,。,正弦波振荡电路组成框图,7.1 正弦波振荡电路的基本原理,实质上是一个带选频网络的正反馈闭环放大电路,正弦波振荡电路通常在没有外加输入信号时就能产生自激振,2,正弦波振荡电路通常是由放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节四部分组成。,正弦波振荡电路组成,放大,电路,稳幅,环节,反馈,网络,选频,网络,正反馈,负反馈,正弦波输出,闭环,回路,正弦波振荡电路通常是由放大电路、反馈网络、选频网络和,3,（1）放大电路：具有信号放大作用，并通过电源供给能量。,（2）反馈网络：作用是形成正反馈，满足相位平衡条件。,（3）选频网络：选择某一个频率的信号满足振荡条件，形成单一频率的正弦波振荡,（4）稳幅环节：使幅度稳定，改善波形。振荡电路的稳幅通常是通过负反馈实现的。,正弦波振荡电路组成及作用,（1）放大电路：具有信号放大作用，并通过电源供给能量。正弦波,4,相位平衡条件,：保证反馈信号与基本放大电路的输入信号同相,幅度平衡条件,：保证反馈信号与基本放大电路的输入信号相等,即| | =,产生振荡的条件有两条,相位平衡条件：保证反馈信号与基本放大电路的输入信号同相 产,5,振荡电路的起振与幅度稳定的过程,当振荡电路接通电源时，电路中会产生微小的不规则的噪声和扰动信号，它包含各种频率分量。通过选频网络选择，只有一种频率的信号满足相位条件。只要满足相位条件，同时又满足环路增益大于的,产生振荡的条件,，通过正反馈，输出信号就会逐渐由小变大，使振荡电路自行起振。可见，环路增益大于(即| | )是产生振荡必须满足的幅度条件又称为,起振条件,。振荡电路起振的相位条件仍然是需接成正反馈。,一般都在电路中采取引入负反馈的措施，使振荡电路的幅度稳定，并改善输出波形。,振荡电路的起振与幅度稳定的过程 当振荡电路接通,6,（1）检查电路的基本组成，一般应包含放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节等。,（2）检查放大器是否工作在放大状态。,（3）检查电路是否满足产生振荡的条件。一般情况下，幅度条件容易满足，重点检查是否满足相位平衡条件和起振条件。,（4）判断电路是否满足相位条件一般采用瞬时极性法，即沿着放大和反馈环路判断反馈的性质。如果是正反馈则满足相位平衡条件，否则不满足相位条件。,判断能否产生正弦波振荡的步骤,（1）检查电路的基本组成，一般应包含放大电路、反馈网络、选频,7,（1）,R C,振荡电路：,选频网络,由,R、C,元件组成。,R C,振荡电路工作频率较低，一般为工作在1,Hz,1 MHz。,常用于低频电子设备中。,（2）,L C,振荡电路：选频网络由,L、C,元件组成。,L C,振荡电路工作频率较高，一般在1,M Hz,以上。用于高频电子电路和设备中。,（3）石英晶体振荡电路：选频作用主要依靠石英晶体谐振器来完成。,振荡电路的工作频率取决于石英晶体的振荡频率，频率稳定度较高，多用于时基电路和电子测量设备中。,正弦波振荡电路的分类,（1）R C振荡电路：选频网络由R、C元件组成。 正弦波振,8,最常用的,R C,正弦波振荡电路是文氏振荡电桥,7.2,RC,正弦波振荡电路,图,7-2,R C,文氏电桥振荡电路原理图,瞬时极性法,判断正反馈,RC,选频网络正反馈,负反馈,放大环节,最常用的R C正弦波振荡电路是文氏振荡电桥 7.2,9,放大电路由集成运放组成,R,F,和,R,3,构成负反馈支路,R,1,C,1,和,R,2,C,2,组成串、并联网络，它构成正反馈支路。,上述两个反馈支路正好形成四臂电桥，故称之为,R C,文氏振荡电桥。,文氏电桥振荡电路的组成,放大电路由集成运放组成文氏电桥振荡电路的组成,10,图7-3(,a),是由,R,1,C,1,和,R,2,C,2,组成的串并联网络的等效电路图。,R C,选频网络的特性,低频等效电路,高频等效电路,R C选频网络的特性低频等效电路高频等效电路,11,当输入选频网络信号的频率降低或升高时，输出信号的幅度都要减小，而且信号频率由接近零向无穷大变化时，输出电压的相移由 +90,o,向 -90,o,变化。很显然，在中间必然存在某一频率点,o,（,f,0,）,，,且在该频率点上，输出电压幅度最大，相移为零。,RC,串并联网络的幅频特性和相频特性如图7-4所示,简要分析该网络的频率特性,当输入选频网络信号的频率降低或升高时，输出信,12,振荡频率和起振条件,1振荡频率,该电路产生振荡的频率为：,f,o,=1/（2,RC,）,通过改变,R,和,C,的值可以实现振荡频率的调节。,2起振条件,|,| 3,电路若满足起振条件，要求反馈电阻,R,F,与,R,3,的关系为,R,F,2,R,3,f,振荡频率和起振条件1振荡频率f,13,一般在电路中要引入负反馈，减小非线性失真，以改善输出波形。,R,F,与,R,3,构成电压串联负反馈支路。调整,R,F,值可以改变电路的闭环电压放大倍数。,为了克服温度和电源电压等参数变化对振荡幅度的影响，,R,F,选用具有负温度系数的热敏电阻。,稳幅措施,一般在电路中要引入负反馈，减小非线性失真，以,14,XD2,信号发生器整机方框图如图7-5所示。从图可知，其核心部分就是,RC,振荡电路（即文氏电桥振荡器）。,RC,振荡电路适用于振荡频率不超过1,MHz,的场合。,应用实例,图中,R,T,为负温度系数热敏电阻，用来稳幅；而,R,W,为调节负反馈深度用的电位器，适当调节,R,W,的值，可以使文氏电桥振荡器既容易起振，又使,R,T,有较宽的稳幅范围。,XD2信号发生器整机方框图如图7-5所示。,15,例7-1,在,图7-2,所示文氏电桥振荡电路中，若,R,1,=,R,2,= 100，,C,1,=,C,2,= 0.22,F，,R,3,= 10 k，,求振荡频率以及满足起振条件的,R,F,值。,解：根据公式可得,f,o,=1/2,RC,=1/（2,3.14,100,0.22,10,-6,） Hz,= 7.23kHz,则,R,F, 2,R,3,= 20 k,由此可知，文氏电桥的振荡频率为,7.23,kHz,，,满足起振条件的反馈电阻,R,F,应大于,20,k,。,例题解答,例7-1 在图7-2所示文氏电桥振荡电路中，若R1 =,16,LC,正弦波振荡电路主要用来产生1,MHz,以上的高频振荡信号。,常用的,LC,正弦波振荡电路有变压器反馈式、电感三点式和电容三点式。它们的共同特点是用,LC,谐振回路作为选频网络，而且通常采用,LC,并联谐振回路。,7.3,LC,正弦波振荡电路,LC正弦波振荡电路主要用来产生1MHz以上的,17,谐振频率,f,o,在,LC,并联谐振回路中，在中间某一个频率（,f,=,f,o,）,时，网络呈电阻性且总的阻抗值最大。频率,f,o,称为,LC,并联网络,的谐振频率。,LC,并联谐振回路的主要特性,f,o,=1/（2,）,谐振频率foLC并联谐振回路的主要特性fo=1/（2,18,为了表征,LC,并联谐振回路的性质，通常令,Q,为回路的品质因数：,Q,=,0,L,/,R,= 1/（,0,CR,）,谐振时，回路的等效阻抗为：,Z,0,=,L,/,RC,=,Q,0,L,=,Q,/,0,C,可见，,Q,值越高，回路的谐振阻抗越大，选频特性越好。一般来说,LC,并联谐振回路的,Q,值在几十至几百之间。,谐振回路,的品质因数,为了表征LC并联谐振回路的性质，通常令Q为回,19,（1）,LC,并联网络具有选频特性，,在谐振频率,f,0,处发生谐振时，等效阻抗|,Z,|,的幅值最大，且相移,= 0,o,，,此时，,LC,并联谐振回路呈纯电阻特性。,（2）回路的品质因素,Q,的值越大，则谐振回路的幅频特性越陡峭，即选频特性越好。同时，谐振时的阻抗值,Z,0,越大。,LC,并联谐振回路的频率特性,如果只讨论谐振频率,f,0,附近回路阻抗的变化情况，则可认为,f,f,0,。,图7-7画出了,LC,并联谐振回路的幅频特性曲线，从图中可以看出：,（1） LC并联网络具有选频特性，LC并联谐振回路的频率特性,20,电路组成,放大、选频、反馈分别由晶体管,VT、,LC,网络以及变压器来实现。振荡的信号在负载,R,L,上输出。,变压器反馈式正弦波振荡电路,同名端,同名端,图7-8,变压器反馈式振荡电路图,电路组成变压器反馈式正弦波振荡电路同名端同名端图7-8变压器,21,如图7-8 所示的变压器反馈式振荡电路，接上电源，振荡器就会起振，输出频率为,f,0,的信号。这是因为,LC,回路对频率为,f,0,的信号呈纯电阻。根据瞬时极性法分析电路各点的相位极性，可知电路引入的是正反馈，满足相位平衡条件。,振荡条件,振荡条件,22,从上面相位平衡条件分析过程清楚地看出，只有在谐振频率,f,0,时，电路才满足振荡条件。所以振荡频率就是,LC,网络的谐振频率,f,0,，,即：,振荡频率,f,o,= 1 / (2 ),振荡频率fo = 1 / (2 ),23,电感三点式振荡电路,在实际工作中，为了避免确定变压器同名端的麻烦，也为了绕制线圈的方便，变压器采用了自耦形式的接法，由于电感引出三个端点，且与三极管的三个电极相连，所以称为电感三点式振荡电路。,图,7-9,三点式正弦波振荡电路,电感三点式振荡电路,交流等效电路,电感三点式振荡电路图7-9三点式正弦波振荡电路电感三点式振荡,24,在图7-9所示电路中，晶体管工作于选频放大状态，电路满足相位平衡条件。,当,LC,网络,Q,值很高时，电路的振荡频率基本上等于,LC,并联回路的谐振频率，即：,式中,L,为回路的总电感，即,L,=,L,1,+,L,2,+2,M,，,M,为,L,1,与,L,2,之间的互感。,振荡频率,f,o,= 1 / (2 ),在图7-9所示电路中，晶体管工作于选频放大状,25,（1） 由于线圈,L,1,与,L,2,之间耦合很紧，因此比较容易起振。改变电感抽头的位置，可以获得满意的正弦波输出，且振荡幅度较大。根据经验，通常可以选择反馈线圈,L,2,的圈数为整个线圈的1/8,1/4。,（2） 调节频率方便。采用可变电容，可获得一个较宽的频率调节范围。该电路工作频率一般可以1,MHz,至几十,MHz,之间。,（,3),由于电感反馈支路对高次谐波呈现较大的阻抗，所以输出波形中含有高次谐波的成分较多，波形较差，且频率稳定度也不高。这种电路多用于频率稳定度要求不高的电子设备中。,应用情况,应用情况,26,为了获得良好的正弦波，可将电感三点式中的电感换成对高次谐波呈现低阻抗的电容,C,1,和,C,2,，,同时将原来的电容,C,改为电感,L,以产生谐振，这就是电容三点式振荡电路。,为了构成放大管输出回路的直流通路，在电路中加了集电极负载,R,c,。,电路的振荡频率基本上,等于,LC,回路的谐振频率，,即：,电容三点式振荡电路,图7-10,交流等效电路,电容三点式振荡电路的电路图,f,o,= 1 / (2 ),式中,C,=,C,1,C,2,/ (,C,1,+,C,2,),。,为了获得良好的正弦波，可将电感三点式中的电感换,27,（1)由于反馈电压取自电容,C,2,，,电容对高次谐波阻抗很小，反馈电压中的谐波分量很小，所以输出波形较好。,（2）因为电容,C,1,、,C,2,的容量可以选择较小，并将放大管的极间电容也计算进去，因此振荡频率较高，一般可以达到100,MHz,以上。,（3) 调节电容可以改变振荡频率，但同时会影响起振条件，因此这种电路适用于产生固定频率的振荡。如果要改变振荡频率，可在电感端并联一个可变电容。,电容三点式振荡电路的特点,（1)由于反馈电压取自电容C2，电容对高次谐波阻抗很小，反馈,28,在工程实际应用中，常常要求振荡电路的振荡频率有较高的稳定度。,石英晶体具有很高的品质因数,Q,，,由石英晶体组成的振荡电路，其振荡频率的频率稳定度可达,10,-8,10,-10,。所以在要求频率稳定度高的场合，常采用石英晶体振荡电路。,7.4 石英晶体振荡器,图7-11,石英晶体的结构示意图,石英晶体的图形符号,在工程实际应用中，常常要求振荡电路的振荡频率,29,石英晶体是一种各向异性的结晶体，其化学成分是二氧化硅。将一块石英晶体以一定方向角切下晶体薄片，称为石英晶片。在石英晶片的两个端面涂上银层，引出两个电极，加上外壳封装，就构成石英晶体谐振器，简称石英晶体或晶片。,石英晶体的基本特性,图7-12,石英晶体的等效电路图,频率特性图,石英晶体是一种各向异性的结晶体，其化学成分是,30,常用的石英晶体振荡器电路为并联型晶体振荡器。把石英晶体作为,LC,选频电路中的电感线圈使用，这种振荡器就称为并联晶体振荡器。,石英晶体振荡器的振荡频率基本上就是石英晶体的谐振频率,f,0,。,图7-13（,a）,电容三点式晶体振荡器,石英晶体振荡电路,等效,电路,常用的石英晶体振荡器电路为并联型晶体振荡器。,31,在实际工程应用中，由于晶体的固有频率与温度有关，因此石英晶体谐振器只有在较窄的温度范围内工作才具有很高的频率稳定度。,一般在工作环境的温度变化范围很宽时，应选用高精度和高稳定度的石英晶体，并给石英晶体加上温度控制电路，或把它放在恒温槽中。,石英晶体谐振器的应用,在实际工程应用中，由于晶体的固有频率与温度有,32,
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