正弦波振荡电路ppt课件

第18章正弦波振荡电路 18 1自激振荡 18 2RC振荡电路 18 3LC振荡电路 第18章正弦波振荡电路 本章要求 1 了解正弦波振荡电路自激振荡的条件 2 了解LC振荡电路和RC振荡电路的工作原理 正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号 它的频率范围很广 可以从一赫以下到几百兆以上 输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦 输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的 18 1自激振荡 常用的正弦波振荡器 石英晶体振荡电路 频率稳定度高 应用 无线电通讯 广播电视 工业上的高频感应炉 超声波发生器 正弦波信号发生器 半导体接近开关等 1 自激振荡 放大电路在无输入信号的情况下 就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象 开关合在 1 为无反馈放大电路 开关合在 2 为有反馈放大电路 开关合在 2 时 去掉ui仍有稳定的输出 反馈信号代替了放大电路的输入信号 自激振荡状态 2 自激振荡的条件 1 幅度条件 2 相位条件 n是整数 相位条件意味着振荡电路必须是正反馈 幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡 还必须有足够的反馈量 可以通过调整放大倍数A或反馈系数F达到 自激振荡的条件 3 起振及稳幅振荡的过程 设 Uo是振荡电路输出电压的幅度 B是要求达到的输出电压幅度 起振时Uo 0 达到稳定振荡时Uo B 起振过程中Uo1 稳定振荡时Uo B 要求 AuF 1 从 AuF 1到 AuF 1 就是自激振荡建立的过程 可使输出电压的幅度不断增大 使输出电压的幅度得以稳定 起始信号的产生 在电源接通时 会在电路中激起一个微小的扰动信号 它是个非正弦信号 含有一系列频率不同的正弦分量 4 正弦波振荡电路的组成 1 放大电路 放大信号 2 反馈网络 必须是正反馈 反馈信号即是放大电路的输入信号 3 选频网络 保证输出为单一频率的正弦波即使电路只在某一特定频率下满足自激振荡条件 4 稳幅环节 使电路能从 AuF 1 过渡到 AuF 1 从而达到稳幅振荡 18 2RC振荡电路 RC选频网络正反馈网络 同相比例电路 放大信号 用正反馈信号uf作为输入信号 选出单一频率的信号 1 电路结构 2 RC串并联选频网络的选频特性 传输系数 式中 3 工作原理 输出电压uo经正反馈 兼选频 网络分压后 取uf作为同相比例电路的输入信号ui 1 起振过程 2 稳定振荡 A 0 仅在f0处 F 0满足相位平衡条件 所以振荡频率f0 1 2 RC 改变R C可改变振荡频率 RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下 3 振荡频率振荡频率由相位平衡条件决定 振荡频率的调整 改变开关K的位置可改变选频网络的电阻 实现频率粗调 改变电容C的大小可实现频率的细调 振荡频率 4 起振及稳定振荡的条件 稳定振荡条件 AuF 1 F 1 3 则 起振条件 AuF 1 因为 F 1 3 则 考虑到起振条件 AuF 1 一般应选取RF略大2R1 如果这个比值取得过大 会引起振荡波形严重失真 由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅 而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的 带稳幅环节的电路 1 热敏电阻具有负温度系数 利用它的非线性可以自动稳幅 在起振时 由于uO很小 流过RF的电流也很小 于是发热少 阻值高 使RF 2R1 即 AuF 1 随着振荡幅度的不断加强 uO增大 流过RF的电流也增大 RF受热而降低其阻值 使得Au下降 直到RF 2R1时 稳定于 AuF 1 振荡稳定 半导体热敏电阻 带稳幅环节的电路 1 热敏电阻具有负温度系数 利用它的非线性可以自动稳幅 半导体热敏电阻 稳幅过程 思考 若热敏电阻具有正温度系数 应接在何处 带稳幅环节的电路 2 振荡幅度较小时正向电阻大 振荡幅度较大时正向电阻小 利用二极管的正向伏安特性的非线性自动稳幅 稳幅环节 带稳幅环节的电路 2 图示电路中 RF分为两部分 在RF1上正反并联两个二极管 它们在输出电压uO的正负半周内分别导通 在起振之初 由于uo幅值很小 尚不足以使二极管导通 正向二极管近于开路此时 RF 2R1 而 后 随着振荡幅度的增大 正向二极管导通 其正向电阻逐渐减小 直到RF 2R1 振荡稳定 18 3LC振荡电路 LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成 可以产生高频振荡 几百千赫以上 由于高频运放价格较高 所以一般用分离元件组成放大电路 本节只对LC振荡电路的结构和工作原理作简单介绍 18 3 l变压器反馈式LC振荡电路 1 电路结构 正反馈 2 振荡频率即LC并联电路的谐振频率 放大电路 选频电路 反馈网络 在调节变压器反馈式振荡电路中 试解释下列现象 1 对调反馈线圈的两个接头后就能起振 2 调RB1 RB2或RE的阻值后即可起振 3 改用 较大的晶体管后就能起振 4 适当增加反馈线圈的圈数后就能起振 5 适当增加L值或减小C值后就能起振 6 反馈太强 波形变坏 7 调整RB1 RB2或RE的阻值后可使波形变好 8 负载太大不仅影响输出波形 有时甚至不能起振 例1 解 2 调RB1 RB2或RE的阻值后即可起振 原反馈线圈接反 对调两个接头后满足相位条件 1 对调反馈线圈的两个接头后就能起振 调阻值后使静态工作点合适 以满足幅度条件 3 改用 较大的晶体管后就能起振 改用 较大的晶体管 以满足幅度条件 解 5 适当增加L值或减小C值后就能起振 增加反馈线圈的圈数 即增大反馈量 以满足幅度条件 4 适当增加反馈线圈的圈数后就能起振 当适当增加L值或减小C值后 等效阻抗 Zo 增大 因而就增大了反馈量 容易起振 LC并联电路在谐振时的等效阻抗 解 7 调整RB1 RB2或RE的阻值可使波形变好 反馈线圈的圈数过多或管子的 太大使反馈太强而进入非线性区 使波形变坏 6 反馈太强 波形变坏 调阻值 使静态工作点在线性区 使波形变好 8 负载太大不仅影响输出波形 有时甚至不能起振 负载大 就是增大了LC并联电路的等效电阻R R的增大 一方面使 Zo 减小 因而反馈幅度减小 不易起振 也使品质因数Q减小 选频特性变坏 使波形变坏 例2 正反馈 注意 用瞬时极性法判断反馈的极性时 耦合电容 旁路电容两端的极性相同 属于选频网络的电容 其两端的极性相反 试用相位平衡条件判断下图电路能否产生自激振荡 18 3 2三点式LC振荡电路 1 电感三点式振荡电路 正反馈 放大电路 选频电路 反馈网络 振荡频率 通常改变电容C来调节振荡频率 反馈电压取自L2 振荡频率一般在几十MHz以下 2 电容三点式振荡电路 正反馈 放大电路 反馈网络 振荡频率 通常再与线圈串联一个较小的可变电容来调节振荡频率 反馈电压取自C2 振荡频率可达100MHz以上 选频电路 例3 图示电路能否产生正弦波振荡 如果不能振荡 加以改正 解 直流电路合理 旁路电容CE将反馈信号旁路 即电路中不存在反馈 所以电路不能振荡 将CE开路 则电路可能产生振荡 反馈电压取自C1 正反馈 例4 半导体接近开关 LC振荡器 开关电路 射极输出器 继电器 半导体接近开关是一种无触点开关 具有反映速度快 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了广泛应用 LC振荡器 开关电路 射极输出器 继电器 例4 半导体接近开关 变压器反馈式振荡器是接近开关的核心部分 L1 L2及L3绕在右图所示的的磁芯上 又称感应头 例4 半导体接近开关 当某金属被测物体移近感应头时 金属体内感应出涡流 由于涡流的消磁作用 破坏了线圈之间的磁耦合 使L1上的反馈电压显著降低 破坏了自激振荡的幅值条件 振荡器停振 使L3上输出交流电压为零 例4 半导体接近开关 当L3上输出交流电压为零时 二极管的整流输出电压也为零 因此T2截止 T3饱和导通 继电器KA通电 继电器KA的常闭触点接在电动机的控制回路内 可在被测金属体接近危险位置时 立即断电使电动机停转 也可将KA的常开触点接在报警电路上 同时发出声光报警 例4 半导体接近开关 当金属被测物体离开感应头后 振荡电路立即起振 在L3上输出正弦电压 经二极管的整流后 使T2饱和导通 T3截止 继电器KA断电 常闭触点重新闭合 电动机运转 RP1用来调节振荡输出幅度 RP2可使振荡电路迅速而可靠的停振 也能促使振荡电路在被测金属物体离开感应头时迅速恢复振荡