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1、第九章振荡电路第1页，共91页，编辑于2022年，星期三第2页，共91页，编辑于2022年，星期三9.1正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件1.振荡条件振荡条件2.起振和稳幅起振和稳幅3.振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分第3页，共91页，编辑于2022年，星期三若环路增益若环路增益则则去掉去掉仍有稳定的输出仍有稳定的输出振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件1.振荡条件振荡条件正反馈电路正反馈电路第4页，共91页，编辑于2022年，星期三负反馈自激条件:-1考虑耦合电容、极间电容等的影响自自激激振振荡条件荡条件振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件正反馈
2、自激条件:受正反馈网络影响不考虑极间电容等的影响振荡振荡条件条件振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件与自激振荡的区别与自激振荡的区别第5页，共91页，编辑于2022年，星期三1 满足上述条件后，一旦电源接通，随着时间增加输出幅度增大。增大到一定程度后，放大电路中晶体管将进入饱和或截至状态，输出正弦波将失真。应采取稳幅措施（作用是作用是当输出信当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从AF1回到回到AF=1）2.起振与稳幅起振与稳幅第6页，共91页，编辑于2022年，星期三放大电路 没有放大，不可能产生振荡。要保证电路具有放大功能反馈网络
3、 形成正反馈，以满足相位平衡条件选频网络 以产生单一频率的正弦波(RC、LC)稳幅电路 以保证输出端得到不失真的正弦波3.基本组成部分基本组成部分第7页，共91页，编辑于2022年，星期三a.检查电路是否满足以上几个组成部分c.将电路在放大器输入端断开，利用瞬时极性法 判断电路是否满足相位平衡条件 b.检查放大电路是否正常工作d.分析是否满足振荡产生的幅度条件。一般AF应略大于1判断电路能否产生振荡的分析方法判断电路能否产生振荡的分析方法第8页，共91页，编辑于2022年，星期三1）振幅平衡条件是指振荡电路已进入稳态振荡而言的，欲使振荡电路能自选建立振荡，就必须满足的条件（自激）。2）振荡电路
4、的振荡频率fo是由相位平衡条件决定的。一个正弦振荡电路只在一个频率下满足相位平衡条件，这个频率就是f。3)由R、C元件组成的选频网络的振荡电路称为RC振荡电路，产生1Hz1MHz范围内的低频信号，由L、C组成的网络的振荡电路称为LC振荡电路，产生1MHz以上的高频信号。讨论讨论第9页，共91页，编辑于2022年，星期三9.2RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1.RC RC串并联式（桥式）振荡电路串并联式（桥式）振荡电路2.RC移相式振荡电路移相式振荡电路3.双双T T选频网络式振荡电路选频网络式振荡电路第10页，共91页，编辑于2022年，星期三1.RC RC串并联式（桥式）振荡电路串并联式（桥
5、式）振荡电路选频和反馈网络放大电路（1）电路组成电路组成掌握此电路的关键是掌握此电路的关键是RC串并联支路的频率特性串并联支路的频率特性第11页，共91页，编辑于2022年，星期三(2)RC串并联网络的频率特性串并联网络的频率特性低通高通可以起到选取频可以起到选取频率的作用率的作用第12页，共91页，编辑于2022年，星期三C1R1C2R2VOVfZ1Z2第13页，共91页，编辑于2022年，星期三幅频特性相频特性1/3第14页，共91页，编辑于2022年，星期三（3）振荡电路工作原理振荡电路工作原理当当时，时，(+)(+)(+)(+)用瞬时极性法判断可知，用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平
6、衡条件电路满足相位平衡条件此此时时若若放放大大电电路路的的电电压增益为：压增益为：则振荡电路满足振幅平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件电路可以输出频率为电路可以输出频率为的正弦波的正弦波第15页，共91页，编辑于2022年，星期三稳幅措施一：热敏元件稳幅措施一：热敏元件热敏电阻的作用热敏电阻的作用稳幅稳幅（4）稳幅措施稳幅措施-采用非线性元件稳定采用非线性元件稳定VO起振的幅度条件起振的幅度条件:Rf采用负温度系数的热敏电阻，采用负温度系数的热敏电阻，R1采采用正温度系数的热敏电阻用正温度系数的热敏电阻第16页，共91页，编辑于2022年，星期三稳幅措施二：利用非线性器件稳幅稳幅措施二：利用非
7、线性器件稳幅起振时,Vo很小,D1和D2截止，RD,使Avf3.Vo逐渐增大后,D1或D2导通，RD减小，使Avf下降,最终输出趋于稳定。第17页，共91页，编辑于2022年，星期三实验用电路：实验用电路：第18页，共91页，编辑于2022年，星期三稳幅措施三：利用场效应管可变电阻区稳幅稳幅措施三：利用场效应管可变电阻区稳幅当JFET的VDS较小时，RDS可通过VGS改变。虚线框内元件和RDS组成负反馈。正常工作时，输出电压经二极管D整流和R4、C3滤波后，经R5和RP4加在场效应管栅极。当输出幅度增大，VGS变负,RDS自动加大使放大器放大倍数减小。一般只调整一般只调整RP3和和RP4，工作
8、范围，工作范围20Hz-20KHz稳幅原理稳幅原理稳幅稳幅RC选频网络第19页，共91页，编辑于2022年，星期三2.RC RC移相式振荡电路移相式振荡电路（1）电路组成电路组成超前移相式RC振荡器第20页，共91页，编辑于2022年，星期三滞后移相式RC振荡器构成移相式RC振荡电路时,一般要求RC移相网络为三阶或三阶以上。第21页，共91页，编辑于2022年，星期三（2）工作原理工作原理 由RC高通、低通电路的幅频特性及相频特性可知，每节RC电路的相位移小于900。所以两节RC电路组成的反馈网络（兼选频网络）是不能满足振荡的相位条件的。三节RC移相网络，其最大相移可接近2700，因此，有可能
9、在特定频率f0下移相1800，即f=1800。放大电路的相移（运放的输出与反相输入端比较）a=1800，则有f+a=3600或00。适当调节Rf的值，使Av适当，就可同时满足相位和平衡条件，产生正弦振荡。所以，一般判断时，只判断相位关系满足即可。第22页，共91页，编辑于2022年，星期三3.RC RC双双T T式振荡电路式振荡电路0-180-360RR/2注：有源滤波器 中R=R/2第23页，共91页，编辑于2022年，星期三例例:判断下列判断下列RC正弦振荡电路能否产生振荡正弦振荡电路能否产生振荡T1为CB组态，T2为CE组态，a=1800，f=1800 能不能第24页，共91页，编辑于2
10、022年，星期三T1、T2为CE组态，a=1800，f=1800 能不能不能第25页，共91页，编辑于2022年，星期三不能运放同相、反相端互换可以振荡第26页，共91页，编辑于2022年，星期三9.3LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1.LC选频放大电路选频放大电路2.变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路3.三点式三点式LC振荡电路振荡电路4.石英晶体石英晶体振荡电路振荡电路第27页，共91页，编辑于2022年，星期三 LC 并联回路 R:回路的等效耗损电阻回路的等效耗损电阻等效阻抗等效阻抗:1.LC选频放大电路选频放大电路（1）并联谐振回路）并联谐振回路第28页，共91页，编辑于20
11、22年，星期三a.谐振频率谐振频率b.谐振时的等效阻抗谐振时的等效阻抗Q:回路品质因 数,用来评价 回路损耗的 大小,一般为 几十到几百第29页，共91页，编辑于2022年，星期三c.谐振电流谐振电流 LC 并联回路 谐振时谐振时,回路呈纯电阻性回路呈纯电阻性,这这时时U与与I同相同相输入电流输入电流:谐振电流谐振电流:即即第30页，共91页，编辑于2022年，星期三d.回路的频率特性回路的频率特性:在 f=f0 时,回路为纯纯阻性阻性,且阻抗最大谐振回路的选频性能主要取决于Q,Q越大越大,选频性能越好选频性能越好第31页，共91页，编辑于2022年，星期三(2)选频放大电路选频放大电路RLT
12、r1Rb1Rb2TCbCeReVccTr21522334图中由LC组成并联谐振回路，通过L的抽头与电源正端相连，从而有利于实现阻抗匹配。一般用型或Y参数等效电路进行分析。第32页，共91页，编辑于2022年，星期三2.变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路Cb+_+_（1）电路组成）电路组成（2）振荡频率和起振条件）振荡频率和起振条件通通过过选选择择高高 值值的的BJT和和调调整整变变压压器器的的匝匝数数比比，可可以以满足满足，电路可以起振。，电路可以起振。同名端的判断同名端的判断:先找出公共端先找出公共端,输出端与反馈端如果互为同名端输出端与反馈端如果互为同名端则同相则同相,否则反相否
13、则反相第33页，共91页，编辑于2022年，星期三Rb1、Rb2、Re稳定管子的静态工作点，Ce和C1均为交流旁路电容。选用较大的管子或增加变压器原副边之间的耦合程度（增加互感M），或增加副边线圈的匝数，都可使电路易于起振。第34页，共91页，编辑于2022年，星期三(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件例：判断下列电路能否产生振荡例：判断下列电路能否产生振荡第35页，共91页，编辑于2022年，星期三能不能第36页，共91页，编辑于2022年，星期三不能能第37页，共91页，编辑于2022年，星期三第38页，共91页，
14、编辑于2022年，星期三3.三点式三点式LC振荡电路振荡电路CL1L2电感三点式电容三点式电路特点：电路特点：A.若中间端点交流接地，则首端与尾端相位相反。三点的相位关系：三点的相位关系：B.若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。C.交流接地点首先考虑实际“地”，再考虑直流源“VCC”。第39页，共91页，编辑于2022年，星期三（1）电感三点式电感三点式LC振荡电路振荡电路振荡频率:其中:L=L1+L2+2M第40页，共91页，编辑于2022年，星期三第41页，共91页，编辑于2022年，星期三（2）电容三点式振荡电路）电容三点式振荡电路振荡频率:其中:第42页，共91页，编辑于202
15、2年，星期三第43页，共91页，编辑于2022年，星期三两种改进型电容三点式振荡电路两种改进型电容三点式振荡电路西勒电路其中:且且:C1C3,C2C3克拉泼电路其中:第44页，共91页，编辑于2022年，星期三例例:判断下列判断下列LC三点式正弦振荡电路能否产生振荡三点式正弦振荡电路能否产生振荡能不能第45页，共91页，编辑于2022年，星期三第46页，共91页，编辑于2022年，星期三第47页，共91页，编辑于2022年，星期三不能反馈接发射极可以能第48页，共91页，编辑于2022年，星期三4.石英晶体石英晶体振荡电路振荡电路一、一、基本知识基本知识第49页，共91页，编辑于2022年，星
16、期三(1)压电效应 压电谐振压电谐振极板间加电场极板间加电场极板间加机械力极板间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应压电效应交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当交变电压频率当交变电压频率=固有频率时，振幅最大。固有频率时，振幅最大。压电谐振压电谐振第50页，共91页，编辑于2022年，星期三(2)符号和等效电路优优点点:Q值很大 频率稳定度高L、C组成串联谐振电路L、C、C0组成并联谐振电路因此晶体有两个谐振频率：串联谐振频率串联谐振频率:并联谐振频率并联谐振频率:第5
17、1页，共91页，编辑于2022年，星期三电抗频率特性示意图第52页，共91页，编辑于2022年，星期三二二.石英晶体正弦波振荡电路构成石英晶体正弦波振荡电路构成并联型串联型并联型并联型串联型串联型第53页，共91页，编辑于2022年，星期三正弦波振荡电路的分析正弦波振荡电路的分析第一步：第一步：看电路结构（看电路结构（RC、LC），而且（），而且（RC、LC）所）所连接的两个端口就是放大电路的输出和输入端。连接的两个端口就是放大电路的输出和输入端。第二步：第二步：如果是如果是RC形式：形式：（1）RC是串并联结构则按纯电阻的特点分析；是串并联结构则按纯电阻的特点分析；（2）如果只有）如果只有R
18、C串联或并联结构，看是否为三级串联或并联结构，看是否为三级以上并且放大电路是反相电压放大器。以上并且放大电路是反相电压放大器。第三步：第三步：如果是如果是LC形式：形式：（1）变压器结构的按同名端相位关系，判断是否为）变压器结构的按同名端相位关系，判断是否为正反馈；正反馈；（2）三点式结构的找交流接地点，把三个特殊点之）三点式结构的找交流接地点，把三个特殊点之间的相位关系确定出来，判断是否为正反馈。间的相位关系确定出来，判断是否为正反馈。第54页，共91页，编辑于2022年，星期三9.4非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路1.比较器比较器3.三角波和锯齿波产生电路三角波和锯齿波产生电路2.矩形波和
19、方波产生电路矩形波和方波产生电路第55页，共91页，编辑于2022年，星期三方方波波锯锯齿齿波波矩矩形形波波三三角角波波u非正弦波波形图非正弦波波形图占空比占空比=T1T第56页，共91页，编辑于2022年，星期三1.比较器比较器由运放构成由运放构成功功能能:比较两个电压（输入信号与参考电压）比较两个电压（输入信号与参考电压）的大小的大小比较结果以输出高或低电平来表示比较结果以输出高或低电平来表示类型：类型：a.单门限电压比较器单门限电压比较器-过零比较器过零比较器b.迟滞电压比较器迟滞电压比较器（施密特触发器）（施密特触发器）c.窗口比较器（双门限）窗口比较器（双门限）第57页，共91页，编
20、辑于2022年，星期三U+U 时,U o 为高 U+0时，运放将处于正饱和状态，时，运放将处于正饱和状态，UO=UOH；当当UID=UI-VREF U 时,U o 为高 U+U时时,Uo为高为高U+U时时,Uo为低为低RC串并联串并联RC单一结构单一结构变压器反馈式变压器反馈式电感、电容三点式电感、电容三点式石英晶体串、并联式石英晶体串、并联式第84页，共91页，编辑于2022年，星期三练练习习1、两电路如图所示，试回答下列问题：（4分）（1）根据相位平衡条件判断两个电路是否有可能产生正弦波振荡；（2）可能振荡的电路属于什么类型的LC正弦波振荡电路？（3）可能振荡电路的振荡频率fo近似表达式是
21、什么？第85页，共91页，编辑于2022年，星期三解：解：图（图（a）电路不满足相位平衡条件，不能振荡。）电路不满足相位平衡条件，不能振荡。图（图（b）电路满足相位平衡条件，能振荡。）电路满足相位平衡条件，能振荡。图（图（b）电路为电容三点式）电路为电容三点式LC正弦波振荡电路。正弦波振荡电路。图（图（b）电路的）电路的第86页，共91页，编辑于2022年，星期三练练习习2、文氏电桥正弦波振荡电路如图（a）所示。设A1、A2为理想集成运放。试回答下列问题：（15分）（1）Rt的温度系数应当是正的、还是负的？（2）当Rt？该电路出现稳定的正弦波振荡？（3）输出信号的频率fo？解：（解：（1）Rt
22、的温度系的温度系数是负的数是负的（2）Rt2kW W（3）第87页，共91页，编辑于2022年，星期三练练习习3、在图（a）所示锯齿波-矩形波发生器中，已知A1、A2为理想运算放大器，其输出电压的两个极限值为12V；二极管导通时的压降可忽略不计；输出电压uO1、uO的波形如图（b）所示；设振荡周期为T，一个周期内uO1为高电平的时间为T1，占空比T1/T。（10分）（1）稳压管的稳定电压UZ？（2）设RW1的滑动端在最上端，为使uO的峰-峰值等于uO1的峰-峰值的二分之一，振荡频率f为100Hz，R3、RW2应各取多少？（3）如果要求占空比（T1/T）在0.10.5之间可调，R21的阻值应在什么范围内变化？第88页，共91页，编辑于2022年，星期三第89页，共91页，编辑于2022年，星期三3解：解：（1）UZ6V，（2）第90页，共91页，编辑于2022年，星期三练练习习4、如图所示，设、如图所示，设A1A4为理想运放，三极管为理想运放，三极管T的的VCES=0，ICEO=0。（1）A1A4各组成什么电路？（各组成什么电路？（4分）分）（2）t=0时，电容器上的初始电压时，电容器上的初始电压vc（0）=0。求。求t=1s和和t=2s时，时，A、B、C、D和和E各点对地的电压。（各点对地的电压。（6分）分）第91页，共91页，编辑于2022年，星期三