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1、调谐放大器和正弦波振荡器本讲稿第一页，共四十三页本章学习目标本章学习目标1.理理解解调调谐谐放放大大器器的的工工作作原原理理，了了解解基基本本调调谐谐放放大大电电路路的的构构成和工作原理。成和工作原理。2.理理解解自自激激振振荡荡的的原原理理，掌掌握握自自激激振振荡荡的的条条件件，了了解解自自激激振振荡的建立过程，掌握判别电路是否产生自激振荡的方法。荡的建立过程，掌握判别电路是否产生自激振荡的方法。3.理解变压器耦合式理解变压器耦合式 LC 振荡器的构成和工作原理。振荡器的构成和工作原理。本讲稿第二页，共四十三页4.了了解解三三点点式式 LC 振振荡荡器器的的分分类类，清清楚楚这这些些振振荡荡
2、器器的的工工作作原原理，理解三点式振荡器的特点。理，理解三点式振荡器的特点。5.了了解解石石英英晶晶体体的的基基本本特特性性、符符号号、等等效效电电路路及及谐谐振振频频率率的的基基本本知知识识。理理解解石石英英体体振振荡荡电电路路的的构构成成和和工工作作原原理理，了了解解石石英英晶晶体体在在不不同类型的振荡电路中的作用。同类型的振荡电路中的作用。6.了解用集成运放电路组成的了解用集成运放电路组成的 LC 振荡电路的工作原理。振荡电路的工作原理。本讲稿第三页，共四十三页6.1调谐放大器调谐放大器6.1.1调谐放大器的工作原理调谐放大器的工作原理6.1.2两种基本的调谐放大电路两种基本的调谐放大电
3、路本讲稿第四页，共四十三页6.1.1调谐放大器的工作原理调谐放大器的工作原理调谐放大器：调谐放大器：具有选频放大能力的放大电路。具有选频放大能力的放大电路。电路特点：电路特点：LC 谐振回路作负载。谐振回路作负载。应用：应用：无线电发射和接收设备。无线电发射和接收设备。本讲稿第五页，共四十三页一、一、LC 并联电路并联电路R 为并联电路损耗电阻。为并联电路损耗电阻。1.阻抗频率阻抗频率特性特性表表示示了了 LC 并并联联电电路路的的阻阻抗抗 Z 与与信信号号频频率率 f 之之间间的的变变化化关关系系。当当 f=f0 时时，LC 并并联联电电路路发发生生谐谐振振，阻阻抗抗最最大大。当当 f f0
4、 时时，电电路路失谐，阻抗很小。因此，失谐，阻抗很小。因此，f0 称为谐振频率，又称固有频率，即称为谐振频率，又称固有频率，即可可见见，元元件件 L、C 取取定定值值时时，谐振频率谐振频率 f0 是一个常数。是一个常数。本讲稿第六页，共四十三页可可见见，LC 并并联联电电路路随随信信号号频频率率的的变变化化呈呈现现不不同同的性质。的性质。2相位频率特性相位频率特性表表示示了了 LC 并并联联电电路路两两端端电电压压 v 和和流流进进并并联联电电路路电电流流 I 之之间间的的相相位角之差位角之差 与信号频率与信号频率 f 之间的变化关系。之间的变化关系。当当 f =f0 时，时，=0，电路呈纯阻
5、性；，电路呈纯阻性；当当 f 0，电路呈感性；，电路呈感性；当当 f f0 时，时，1，满满足足振振幅幅条件。电路就能振荡。条件。电路就能振荡。本讲稿第二十五页，共四十三页由由于于反反馈馈电电压压 vf 取取自自 L 两两端端，故故改改变变线线圈圈抽抽头头位位置置，可可调调节节振振荡荡器器的的输输出出幅幅度度。L 越越大大，反反馈馈越越强强，振振荡荡输输出出越越大大，反反之之，L2 越越小，反馈越小，不易起振。小，反馈越小，不易起振。电路振荡频率为电路振荡频率为其中其中 M 是是 L与与 L 之间的互感系数。之间的互感系数。优优点点：振振荡荡频频率率很很高高，一一般般可可达达到到几十兆赫几十兆
6、赫；缺点：波形失真较大。；缺点：波形失真较大。本讲稿第二十六页，共四十三页2电容三点式振荡器电容三点式振荡器电路电路交流通路交流通路相相位位条条件件：当当线线圈圈 1 端端电电位位为为“+”“+”时时，3 端端电电位位为为“-”“-”。此此电电压压经经 C1、C2 分分压压后后，2 端端电电位位低低于于 1 端端而而高高于于 3 端端，即即 vf 与与 vo 反反相相，经经 V 倒相放大后，使倒相放大后，使 1 端获端获“+”“+”电位，形成正反馈，满足相位条件。电位，形成正反馈，满足相位条件。振振幅幅条条件件：适适当当的的选选择择 C、C2 的的数数值值，使使电电路路具具有有足足够够大大的的
7、放放大倍数，电路可产生振荡。大倍数，电路可产生振荡。电路振荡频率为电路振荡频率为 而而电电路路特特点点：频频率率较较高高，可可达达 100 MHz 以以上上。优优点点：输输出出波波形形好好。缺点：缺点：调节频率不方便。调节频率不方便。本讲稿第二十七页，共四十三页3改进的电容三点式振荡器改进的电容三点式振荡器Ci 和和 Co 分分别别是是三三极极管管的的输输入入和和输输出出电电容容，其其数数值值随随温温度度而而变变化化，直直接接影影响响 LC 回回路路的的振振荡荡频频率率。取取 C1 Co，C2 Ci，以以减减小小 Ci 和和 Co 对振荡频率的影响，提高其稳定性。对振荡频率的影响，提高其稳定性
8、。由由于于 C1、C2 的的增增大大，会会导导致致 Q 值值下下降降，且且调调节节振振荡荡频频率率时时，必必须须同同时时改改变变 C1、C2，实实属属困困难难。为为此此，在在 LC 回回路路中中的的电电感感支支路路串串入入一一小小电容电容 C3，得到改进的电容三点式振荡器。，得到改进的电容三点式振荡器。本讲稿第二十八页，共四十三页取取 C3 C1，C3 C2。这这样样，振振荡荡频频率率 f0 与与 C1、C2、Ci、Co 基基本本无无关关，只只取取决决于于 C3 和和 L。振荡频率为。振荡频率为优点：优点：振荡波形好，频率比较稳定。振荡波形好，频率比较稳定。缺缺点点：调调节节 C3 时时，输输
9、出出信信号号幅幅度度会会随随频率增大而降低。频率增大而降低。本讲稿第二十九页，共四十三页6.2.3石英晶体振荡器石英晶体振荡器电路特点：频率稳定度高，可达电路特点：频率稳定度高，可达 10-11 10-6 量级。量级。一、石英晶体的基本特性及其等效电路一、石英晶体的基本特性及其等效电路石石英英晶晶体体谐谐振振器器是是在在晶晶片片的的两两个个对对面面上上喷喷涂涂一一对对金金属属极极板板，引引出出两两个个电电极极，加加以以封封装装所所构成的器件。构成的器件。本讲稿第三十页，共四十三页1压电效应压电效应压压电电效效应应：晶晶片片在在电电压压产产生生的的机机械械压压力力下下，其其表表面面电电荷荷的的极
10、极性性随随机械拉力而改变的一种现象。机械拉力而改变的一种现象。压压电电谐谐振振：外外加加交交变变电电压压的的频频率率等等于于晶晶体体固固有有频频率率时时，回回路路发发生生串串联联谐谐振振，电电流流振振幅幅最最大大的的一一种种现现象象。产产生生压压电电谐谐振振时时的的振振荡荡频频率称晶体谐振器的谐振频率。率称晶体谐振器的谐振频率。本讲稿第三十一页，共四十三页2符号和等效电路符号和等效电路 当当晶晶体体不不振振动动时时，可可用用静静态态电电容容 C0 来来等等效效，一一般般约约为为几几皮皮法法到到几几十十皮皮法法；当当晶晶体体振振动动时时，机机械械振振动动的的惯惯性性可可用用电电感感 L 来来等等
11、效效，一一般般为为 10-3 10-2 H；晶晶片片的的弹弹性性可可用用电电容容 C 来来等等效效，一一般般为为 10-2 10-1 pF；晶片振动时的损耗用；晶片振动时的损耗用 R 来等效，阻值约为来等效，阻值约为 102 。可可知知，品品质质因因数数 Q 很很大大，可可达达 104 106。加加之之晶晶体体的的固固有有频频率率只只与与晶晶片片的的几几何何尺尺寸寸有有关关，其其精精度度高高而而稳稳定定。所所以以，采采用用石石英英晶晶体体谐谐振振器器组成振荡电路，可获得很高的频率稳定度。组成振荡电路，可获得很高的频率稳定度。本讲稿第三十二页，共四十三页它有两个谐振频率它有两个谐振频率（1）当当
12、L、C、R 支支路路串串联联谐谐振振时时，等等效效电电路路的的阻阻抗抗最最小小，串串联联谐谐振频率为振频率为（2）当等效电路并联谐振时，并联谐振频率为）当等效电路并联谐振时，并联谐振频率为由由于于 C C0，因因此此 fs 和和 fp 两两个个频频率率非非常接近。常接近。本讲稿第三十三页，共四十三页3电抗频率特性电抗频率特性石英谐振器在石英谐振器在 fs 和和 fp 之间为感性，在此区域之外为容性。之间为感性，在此区域之外为容性。本讲稿第三十四页，共四十三页二、石英晶体振荡电路二、石英晶体振荡电路振振荡荡频频率率在在晶晶体体谐谐振振器器的的 fs 与与 fp 之之间间。由由于于回回路路电电容容
13、是是 C1 和和 C2 串串联联后后与与 Co 并并联，再与联，再与 C 串联，则回路电容为串联，则回路电容为1并联型晶体振荡电路并联型晶体振荡电路 振振荡荡回回路路由由 C1、C2 和和晶晶体体组组成成。其其中，晶体起电感中，晶体起电感L L的作用。等效电路：的作用。等效电路：本讲稿第三十五页，共四十三页振荡回路的谐振频率为振荡回路的谐振频率为由于由于 C C0+C，则谐振频率近似为，则谐振频率近似为可见，振荡频率基本上取决于晶体的固有频率可见，振荡频率基本上取决于晶体的固有频率 fs。故其频率稳定度。故其频率稳定度高。高。本讲稿第三十六页，共四十三页2串联型晶体振荡电路串联型晶体振荡电路晶
14、晶体体与与电电阻阻 R 串串联联构构成成正正反反馈馈电电路路。当当振振荡荡频频率率等等于于晶晶体体的的固固有有频频率率 fs 时时，晶晶体体阻阻抗抗最最小小，且且为为纯纯电电阻阻，电电路路满满足足自自激激振振荡荡条条件件而而振振荡荡，其其振振荡荡频频率率为为 f0=fs。否否则则不不能能振振荡荡。调调节节电电阻阻 R 可获得良好的正弦波输出。可获得良好的正弦波输出。本讲稿第三十七页，共四十三页6.2.4用集成运算放大器组成的振荡电路用集成运算放大器组成的振荡电路L 和和 C 构构成成选选频频网网络络与与电电阻阻 R3 组组成成正正反反馈馈支支路路；R1 和和 R2 组组成成负负反反馈支路。馈支
15、路。当电源接通后，集成运放输出信号经选频网络选出频率为当电源接通后，集成运放输出信号经选频网络选出频率为 的信号从同相端输入，形成正反馈。的信号从同相端输入，形成正反馈。输输出出端端可可输输出出频频率率较较高高的的正正弦弦波波振振荡信号，其信号幅度由电位器荡信号，其信号幅度由电位器 R3 调节。调节。本讲稿第三十八页，共四十三页本章小结本章小结1.调调谐谐放放大大器器是是一一种种选选频频放放大大器器。它它利利用用 LC 并并联联谐谐振振电电路路的的选选频频特特性性在在频频率率众众多多的的信信号号中中选选出出某某一一频频率率的的信信号号加以放大。加以放大。2.调调谐谐放放大大器器有有单单回回路路
16、调调谐谐和和双双回回路路调调谐谐两两种种基基本本电电路路。双双回回路路调谐放大器可以在一定的频带内具有良好的选择性。调谐放大器可以在一定的频带内具有良好的选择性。3.电电路路产产生生自自激激振振荡荡必必须须同同时时满满足足相相位位平平衡衡条条件件和和振振幅幅平平衡衡条条件件。具具体体判判别别的的关关键键为为：电电路路必必须须是是一一个个具具有有正正反反馈馈的的正常放大电路。正常放大电路。本讲稿第三十九页，共四十三页4.正正弦弦波波振振荡荡器器实实质质上上是是具具有有正正反反馈馈的的放放大大器器，LC 振振荡荡器器常常用于高频振荡，石英晶体振荡器的频率稳定度很高。用于高频振荡，石英晶体振荡器的频
17、率稳定度很高。5.LC 振振荡荡器器有有变变压压器器耦耦合合式式和和三三点点式式。可可以以用用集集成成运运放放组组成成 LC 振振荡荡器器。振振荡荡器器的的种种类类很很多多，可可分分为为正正弦弦波波和和非非正正弦弦波波两两大大类类。各各种种振振荡荡器器都都有有各各自自的的用用途途，它它们们的的集集成成电电路路的的形形式式广广泛泛用于电子玩具、发声设备及石英电子钟等各个方面。用于电子玩具、发声设备及石英电子钟等各个方面。本讲稿第四十页，共四十三页本章重点本章重点1.了解调谐放大器的电路结构、工作特点及工作原理。了解调谐放大器的电路结构、工作特点及工作原理。2.理解正弦波振荡电路的工作原理、振荡条
18、件。理解正弦波振荡电路的工作原理、振荡条件。3.掌掌握握变变压压器器耦耦合合及及三三点点式式LC振振荡荡电电路路的的工工作作原原理理及及振振荡荡频频率。率。4.了解石英晶体振荡电路。了解石英晶体振荡电路。本讲稿第四十一页，共四十三页本章难点本章难点1.调谐放大器的选频能力。调谐放大器的选频能力。2.正弦波振荡电路的振荡条件。正弦波振荡电路的振荡条件。本讲稿第四十二页，共四十三页学时分配学时分配序序 号号内内 容容学学 时时16.1调谐放大器调谐放大器226.2正弦波振荡器正弦波振荡器63实验九调谐放大器实验九调谐放大器24实验十实验十LC 正弦波振荡器正弦波振荡器25本章小结本章小结6本章总学时本章总学时12本讲稿第四十三页，共四十三页