电工技术第4章ppt课件

第4章 正弦波振荡电路,4.1 正弦波振荡电路的基础知识 4.2 RC正弦波振荡电路 4.3 LC正弦波振荡电路 4.4 石英晶体正弦波振荡电路,1,4.1 正弦波振荡电路的基础知识,4.1.1 自激振荡现象 一般放大电路，输入端加一输入信号后才有输出信号。如果放大电路的输入端不外加信号，而放大电路输出端仍然有一定频率和幅度的输出信号存在，这种现象称为放大电路的自激振荡。在放大电路中，若有自激存在，则放大电路将不能正常工作，应尽量避免自激现象的发生；而在振荡电路中，则是利用自激振荡现象来产生一定频率和幅度的输出电压信号，如图4-1所示。,下一页,返回,2,4.1 正弦波振荡电路的基础知识,4.1.2自激振荡形成的条件 可以借助图4-2所示的方框图来分析正弦波振荡形成的条件。 由此可见，自激振荡形成的基本条件是反馈信号与输入信号大小相等、相位相同， ，而 。 可得 （4.1） 4.1.3 正弦波振荡的形成过程 为了能得到所需要频率的正弦波信号，必须增加选频网络，只有在选频网络中心频率上的信号才能通过，其他频率的信号被抑制，在输出端就会得到如图4-3的ab段所示的起振波形。,上一页,下一页,返回,3,4.1 正弦波振荡电路的基础知识,4.1.4 振荡电路的组成 放大电路：提供足够的电压放大倍数，以满足振荡的幅值条件。 正反馈网络：它将输出信号以正反馈形式引回到输入端，以满足振荡的相位条件。 选频网络：若干不同频率选出其中一个特定频率信号。 稳幅环节：一般利用放大电路中三极管或运放本身的非线性，可将输出波形稳定在某一幅值。 其中选频网络往往与反馈网络合一为一；振荡电路中的稳幅环节，在分立元件放大电路中常依靠放大电路中晶体管的非线性作用实现，而不另加稳幅电路。 根据选频网络组成元件的不同，正弦波振荡电路通常分为RC振荡电路、LC振荡电路和石英晶体振荡电路。,上一页,返回,4,4.2 RC正弦波振荡电路,4.2.1 RC串并联选频电路的选频特性 RC串并联网络由R2和C2并联后与R1和C1串联组成，如图4-4所示。 设R1、 C1的串联阻抗用Z1表小，R2和C2的并联阻抗用Z2表示，则 输出电压U2与输入电压U1之比为RC串并联网络传输系数：,下一页,返回,5,4.2 RC正弦波振荡电路,在实际电路中取C1=C2=C，R1=R2=R，则上式可简化为 其模值： 相角： 令 即 （4.6）,上一页,下一页,返回,6,4.2 RC正弦波振荡电路,根据上式可作出RC串并联网络频率特性如图4-5所示。 4.2.2 桥式RC振荡电路 RC桥式振荡电路如图4-6所示。 在图4-6中，集成运放组成一个同相放大器，它的输出电压u。作为RC串并联网络的输入电压，而将RC串并联网络的输出电压作为放大器的输入电压，当f=f0时，RC串并联网络的相位移为零，放大器是同相放大器，电路的总相位移是零，满足相位平衡条件，而对于其他频率的信号，RC串并联网络的相位移不为零，不满足相位平衡条件。,上一页,下一页,返回,7,4.2 RC正弦波振荡电路,4.2.3 RC移相式振荡电路 电路如图4-7所示，图中反馈网络由二节RC移相电路构成。 由于集成运算放大器的相移为180o，为满足振荡的相位平衡条件，要求反馈网络对某一频率的信号再移相180o，图4-7中RC构成超前相移网络。 在图4-7所示的电路中，采用二节RC超前相移网络，二节相移网络对不同频率的信号所产生的相移是不同的，但其中总有某一个频率的信号通过此相移网络产生的相移刚好为1800，满足相位平衡条件而产生振荡，该频率即为振荡频率f0，即,上一页,返回,8,4.3 LC正弦波振荡电路,4.3.1变压器反馈式振荡电路 1.电路组成 变压器反馈式LC振荡电路如图4-8所示。它是由放大器、选频网络和反馈网络组成的正弦波振荡电路，选频网络是由LC并联电路组成，反馈网络是由变压器绕组来实现的，因此称为变压器反馈式振荡电路。 2.振荡条件 (1)相位平衡条件 为了满足相位平衡条件，变压器初、次级之间的同名端必须正确连接。电路振荡时f=f0，LC回路的谐振阻抗是纯电阻性，由图中L1及L2同名端可知，反馈信号与输出电压极性相反，即 。于是 ，保证了电路的正反馈，满足振荡的相位平衡条件。,下一页,返回,9,4.3 LC正弦波振荡电路,4.3.2三点式振荡电路 1.电感三点式振荡电路 图4-9所示为电感三点式振荡电路，又称哈特莱振荡电路。 (1)相位条件 设基极瞬时极性为正，由于放大器的倒相作用，集电极电位为负，与基极相位相反，则电感的3端为负，2端为公共端，1端为正，各瞬时极性如图4-9所示。反馈电压由1端引至三极管的基极，故为正反馈，满足相位平衡条件。 (2)幅度条件 当满足 的条件时，电路便可起振。,上一页,下一页,返回,10,4.3 LC正弦波振荡电路,(3)振荡频率 （4.7） 2.电容三点式振荡电路 电容三点式LC振荡电路又称为考毕兹振荡电路，如图4-10所示。 (1)相位条件 与分析电感反馈式振荡电路相位条件的方法相同，该电路也满足相位平衡条件。 (2)幅度条件 (3)振荡频率,上一页,下一页,返回,11,4.3 LC正弦波振荡电路,3.串联改进型电容反馈式LC振荡电路 串联改进型电容反馈式LC振荡电路又称克拉泼振荡电路，如图4-11所示。 4.3.3 应用举例 半导体接近开关是一种无触点开关，如图4-12所示，具有反应速度快、定位准确、寿命长等优点。它在行程控制、定位控制、自动计数以及各种报警电路中得到广泛应用。,上一页,返回,12,4.4 石英晶体正弦波振荡电路,4.4.1 石英晶体的谐振特性与等效电路 石英晶体谐振器是晶振电路的核心元件，其结构和外形如图4-13所示。 石英晶体谐振器是从一块石英晶体上按确定的方位角切下的薄片，这种晶片可以是正方形、矩形、圆形或音义形的，然后将晶片的两个对应表面上涂敷银层，并装上一对金属板，接出引线，封装于金属壳内。 图4-14所示为石英晶体在电路中的符号和等效电路。 图4-15所示为石英晶体谐振器的电抗一频率特性。,下一页,返回,13,4.4 石英晶体正弦波振荡电路,由图4-15可知，它具有两个谐振频率，一个是L、C、R支路发生串联谐振时的串联谐振频率fs，另一个是L、C、R支路与Co支路发生并联谐振时的并联谐振频率弃，由图4-14(b)所示的等效电路得,上一页,下一页,返回,14,4.4 石英晶体正弦波振荡电路,4.4.2 石英晶体振荡电路 石英晶体振荡电路可以归结为两类，一类为并联型，另一类为串联型。前者的振荡频率接近于fp后者的振荡频率接近于fs，分别介绍如下。 图4-16所示为并联型石英晶体振荡电路。当f0在fsfp的窄小的频率范围内时，晶体在电路中起一个电感作用，它与C1、C2组成电容反馈式振荡电路。可见，电路的谐振频率f0应略高于fs，C1、C2对fo的影响很小，电路的振荡频率由石英晶体决定，改变C1、C2的值可以在很小的范围内微调f0。 图4-17所示为串联型石英晶体振荡电路。,上一页,返回,15,图4-1 自激振荡现象,返回,16,图4-2 反馈放大电路,返回,17,图4-3 正弦波振荡形成过程波形,返回,18,图4-4 RC串并联选频电路,返回,19,图4-5 RC串并联网络的频率特性,返回,20,图4-6 RC桥式正弦波振荡电路,返回,21,图4-7 RC超前型移相式振荡电路,返回,22,图4-8变压器反馈式LC正弦波振荡电路,返回,23,图4-9 电感三点式LC振荡电路,返回,24,图4-10 电容三点式振荡电路,返回,25,图4-11 克拉泼振荡电路,返回,26,图4-12 半导体接近开关电路,返回,27,图4-13 石英晶体谐振器,返回,28,图4-14 石英晶体的符号和等效电路,返回,29,图4-15 石英晶体的电抗-频率特性,返回,30,图4-16 并联型石英晶体振荡电路,返回,31,图4-17 串联型石英晶体振荡电路,返回,32,