第四章 正弦振蕩電路

1、第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器如何從無到有的產(chǎn)生正弦波一、概述一、概述l自激式振蕩器定義：l 是指在沒有外加信號作用下的一種自動將直流電源的能量變換為一定波形的交變振蕩能量的裝置。1.在信息傳輸系統(tǒng)的各種發(fā)射機中，就是把主振器（振蕩器）在信息傳輸系統(tǒng)的各種發(fā)射機中，就是把主振器（振蕩器）所產(chǎn)生的載波，經(jīng)過放大、調(diào)制而把信息發(fā)射出去的。所產(chǎn)生的載波，經(jīng)過放大、調(diào)制而把信息發(fā)射出去的。2.在超外差式的各種接收機中，是由振蕩器產(chǎn)生一個在超外差式的各種接收機中，是由振蕩器產(chǎn)生一個“本地振本地振蕩蕩”信號，送入混頻器，才能將高頻信號變成中頻信號。信號，送入混頻器，才能將高頻信號變成中頻信號。 3

2、. 3.在研制、調(diào)測各類電子設(shè)備時，常常在研制、調(diào)測各類電子設(shè)備時，常常需要信號源和各種測量儀器，在這些儀器中大需要信號源和各種測量儀器，在這些儀器中大多包含有振蕩器。多包含有振蕩器。 例如高頻信號發(fā)生器、音頻信號發(fā)生器、例如高頻信號發(fā)生器、音頻信號發(fā)生器、Q表以及各種數(shù)字式測量儀表等。表以及各種數(shù)字式測量儀表等。 4.4.在工業(yè)生產(chǎn)中的高頻加熱、超聲焊接在工業(yè)生產(chǎn)中的高頻加熱、超聲焊接以及電子醫(yī)療器械也都廣泛應(yīng)用振蕩器。以及電子醫(yī)療器械也都廣泛應(yīng)用振蕩器。 可見正弦波振蕩器在電子技術(shù)領(lǐng)域里有著可見正弦波振蕩器在電子技術(shù)領(lǐng)域里有著廣泛的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用。從工作原理來看：從工作原理來看：根據(jù)反饋

3、回路的形式：變壓器反饋式、三點型根據(jù)反饋回路的形式：變壓器反饋式、三點型LCLC、RCRC、晶體、晶體反饋式振蕩器反饋式振蕩器是把有源器件接成正反饋環(huán)路來實現(xiàn)是把有源器件接成正反饋環(huán)路來實現(xiàn)自激振蕩的，大多數(shù)振蕩器以這種原理工作自激振蕩的，大多數(shù)振蕩器以這種原理工作負阻振蕩器則是以具有負阻效應(yīng)的器件來抵消諧振負阻振蕩器則是以具有負阻效應(yīng)的器件來抵消諧振回路中的損耗電阻，從而使回路能維持等幅的正弦振回路中的損耗電阻，從而使回路能維持等幅的正弦振蕩。工作頻率可高達幾千兆赫，在微波波段使用較多蕩。工作頻率可高達幾千兆赫，在微波波段使用較多從構(gòu)成來看：從構(gòu)成來看：根據(jù)有源器件的不同：晶體管、場效應(yīng)管、

4、集成電根據(jù)有源器件的不同：晶體管、場效應(yīng)管、集成電路、壓控等等路、壓控等等二、振蕩器的種類二、振蕩器的種類 LC LC振蕩器和晶體振蕩器：產(chǎn)生高頻正弦波。振蕩器和晶體振蕩器：產(chǎn)生高頻正弦波。 RCRC振蕩器：產(chǎn)生低頻正弦波振蕩器：產(chǎn)生低頻正弦波 （1）（2）（3）（4）4.2 反饋型振蕩電路的工作原理反饋型振蕩電路的工作原理反饋振蕩器是由反饋振蕩器是由放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)所組成所組成的一個閉環(huán)環(huán)路，其中反饋網(wǎng)絡(luò)由無源器件組成。的一個閉環(huán)環(huán)路，其中反饋網(wǎng)絡(luò)由無源器件組成。構(gòu)成反饋式正弦波振蕩電路的要素：構(gòu)成反饋式正弦波振蕩電路的要素：放大電路的正反饋放大電路的正反

5、饋，從而產(chǎn)生自激振蕩，從而產(chǎn)生自激振蕩選頻網(wǎng)絡(luò)或者相移網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)或者相移網(wǎng)絡(luò)，以控制振蕩頻率和波形，以控制振蕩頻率和波形放大電路的非線性放大電路的非線性，以控制振蕩幅度，以控制振蕩幅度與放大器不一樣，反饋振蕩器沒有外加激勵信號，其最初與放大器不一樣，反饋振蕩器沒有外加激勵信號，其最初的激勵是在接通電源時，電路中存在各種電擾動和熱噪聲等，的激勵是在接通電源時，電路中存在各種電擾動和熱噪聲等，這些小擾動的幅度很小，具有很寬的頻譜。為了使放大器的這些小擾動的幅度很小，具有很寬的頻譜。為了使放大器的輸出為一個固定頻率的正弦波，則閉環(huán)環(huán)路必須含有選頻網(wǎng)輸出為一個固定頻率的正弦波，則閉環(huán)環(huán)路必須含有選頻

6、網(wǎng)絡(luò)，通過選頻網(wǎng)絡(luò)從很寬的頻譜資源中選出需要的工作頻率，絡(luò)，通過選頻網(wǎng)絡(luò)從很寬的頻譜資源中選出需要的工作頻率，而將其余的頻率分量抑制掉，因此反饋振蕩器還必須有選頻而將其余的頻率分量抑制掉，因此反饋振蕩器還必須有選頻網(wǎng)絡(luò)。一個反饋振蕩器要正常的工作，必須滿足三個條件：網(wǎng)絡(luò)。一個反饋振蕩器要正常的工作，必須滿足三個條件：起振條件、平衡條件以及穩(wěn)定條件。起振條件、平衡條件以及穩(wěn)定條件。fiUAFU 定義環(huán)路的增益為定義環(huán)路的增益為1起振過程起振過程為了使振蕩器的輸出振蕩電壓在接通直流電源后由小增大，為了使振蕩器的輸出振蕩電壓在接通直流電源后由小增大，則要求反饋電壓幅度必須大于輸入信號幅度，反饋電壓相

7、位則要求反饋電壓幅度必須大于輸入信號幅度，反饋電壓相位必須與放大器輸入相位相同，也就是要求是正反饋，即必須與放大器輸入相位相同，也就是要求是正反饋，即振幅起振振幅起振條件條件相位起振相位起振條件條件在起振的開始階段，振蕩的幅度還很小，電路尚未進入在起振的開始階段，振蕩的幅度還很小，電路尚未進入非線性區(qū)，振蕩器可以作為線性電路來處理，即可用小信非線性區(qū)，振蕩器可以作為線性電路來處理，即可用小信號電路等效模型分析起振條件。號電路等效模型分析起振條件。000|() ()| 1()2,0,1,2,AFAFnn 2平衡過程平衡過程振蕩幅度的增長過程不會一直無止境地進行下去，當反饋信振蕩幅度的增長過程不會

8、一直無止境地進行下去，當反饋信號正好等于輸出電壓所需的輸入電壓時，振蕩幅度不再增大，號正好等于輸出電壓所需的輸入電壓時，振蕩幅度不再增大，電路進入平衡狀態(tài)。則振蕩的平衡條件為電路進入平衡狀態(tài)。則振蕩的平衡條件為振幅平衡振幅平衡條件條件相位平衡相位平衡條件條件000|() ()| 1()2,0,1,2,AFAFnn 巴克豪森準則巴克豪森準則(Barkhousen Criterien(Barkhousen Criterien) )：00() ()1AF相位平衡條件是先決的、相位平衡條件是先決的、最本質(zhì)的條件最本質(zhì)的條件3穩(wěn)幅過程穩(wěn)幅過程內(nèi)穩(wěn)幅：靠放大電路中晶體管所固有的非線性內(nèi)穩(wěn)幅：靠放大電路中晶

9、體管所固有的非線性特性達到穩(wěn)定值特性達到穩(wěn)定值小信號小信號大信號大信號輸出電壓從起振到穩(wěn)定的全過程：輸出電壓從起振到穩(wěn)定的全過程：穩(wěn)定平衡狀態(tài)穩(wěn)定平衡狀態(tài)，干擾因素消失后振蕩能自動回到原，干擾因素消失后振蕩能自動回到原來的平衡狀態(tài)來的平衡狀態(tài)兩種可能的平衡狀態(tài)：兩種可能的平衡狀態(tài)：不穩(wěn)定平衡狀態(tài)不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，干擾因素消失后越來越偏離原來，干擾因素消失后越來越偏離原來的平衡狀態(tài)的平衡狀態(tài)穩(wěn)定條件：穩(wěn)定條件：振幅穩(wěn)定條件的定義振幅穩(wěn)定條件的定義左圖中的左圖中的B B點即為穩(wěn)定平點即為穩(wěn)定平衡狀態(tài)衡狀態(tài)振幅穩(wěn)定條件：振幅穩(wěn)定條件：*0|(,)|0iiiiVVAVV硬激勵硬激勵和和軟激勵軟激勵的區(qū)別

10、的區(qū)別相位穩(wěn)定條件的定義相位穩(wěn)定條件的定義環(huán)路相位變化對角頻率環(huán)路相位變化對角頻率的影響的影響相位穩(wěn)定條件：相位穩(wěn)定條件：0( )0AF ddt例題例題o 1. 反饋型正弦波振蕩器起振的振幅條件是：_，相位條件是：_。o 2. 反饋型正弦波振蕩器的振幅平衡條件是：_，相位條件是：_。o 4. 反饋型正弦波振蕩器的電路構(gòu)成，必須有：_，_，_。o 3. 反饋型正弦波振蕩器的振幅穩(wěn)定條件是：_，相位穩(wěn)定條件是：_?！纠俊纠?一一LC振蕩器的實際電路，反饋網(wǎng)絡(luò)是由電感振蕩器的實際電路，反饋網(wǎng)絡(luò)是由電感L和和L1之之間的互感間的互感M來實現(xiàn)，稱之為來實現(xiàn)，稱之為LC互感耦合振蕩器，其中電容互感耦合

11、振蕩器，其中電容Cb為為耦合電容，電容耦合電容，電容Ce為高頻旁路電容，都為大電容。畫出交流等為高頻旁路電容，都為大電容。畫出交流等效電路，分析該電路滿足正反饋時其同名端的位置。效電路，分析該電路滿足正反饋時其同名端的位置。 C UCC M Rb1 Rb2 Cb Ce Re L L1 解：耦合電容Cb和高頻旁路電容Ce在高頻時作為短路處理；LC并聯(lián)回路其接電源的一端作為接地處理；基極偏置電阻交流等效為Rb1/Rb2，但該電阻與晶體管be結(jié)電阻相比很大，此處作為斷路處理。該該LC互感耦合振互感耦合振蕩器的交流等效電蕩器的交流等效電路如圖所示，根據(jù)路如圖所示，根據(jù)瞬時極性法，當電瞬時極性法，當電路

12、滿足正反饋時，路滿足正反饋時，其同名端如圖所示。其同名端如圖所示。補：補： 振蕩電路的工作狀態(tài)振蕩電路的工作狀態(tài)甲類甲類U UBEQBEQUUBE(onBE(on) )U UimimUUUBE(onBE(on) )U UimimUUBEQBEQ-U-UBE(onBE(on) )乙類乙類U UBEQBEQ=U=UBE(onBE(on) )丙類丙類U UBEQBEQUUUBE(onBE(on) )-U-UBEQBEQ實用的小功率實用的小功率振蕩器多工作振蕩器多工作于甲乙類于甲乙類o 小功率振蕩器可直接工作在甲（乙）類o 大功率振蕩器多采用丙類振蕩電路o 直接負偏置的丙類電路無法直接起振：o采用自偏

13、電路可實現(xiàn)甲類起振、丙類工作：正弦波振蕩電路的線性頻域分析正弦波振蕩電路的線性頻域分析方法方法o 判別正弦振蕩電路能否振蕩的步驟：n 首先要檢查電路的結(jié)構(gòu)是否滿足反饋型正弦振蕩電路的必要因素n 其次是分析振蕩的平衡條件o 任何振蕩電路起振時，Vi都很小，放大電路工作在晶體管的線性工作區(qū)，因此在起振階段可以用小信號模型構(gòu)成的微變等效電路進行計算。只要滿足起振條件，靠晶體管的非線性最終一定能夠得到穩(wěn)定的等幅振蕩小信號等效電路起振條件,振蕩頻率1.1.開環(huán)法開環(huán)法 o 開環(huán)法定義與步驟：n 畫交流通路，判別是否滿足振蕩的相位平衡條件n 畫微變等效電路，并在某一點開環(huán)。開環(huán)后應(yīng)保證原來的工作條件不變n

14、 計算開環(huán)傳遞函數(shù) ，n 利用相位平衡條件確定振蕩角頻率n 利用0角頻率下的平衡條件，確定維持振蕩幅度所需要的gm值gm0n 選擇晶體管的gm使gmgm0，此時電路滿足起振條件00() ()AF2.2.閉環(huán)法閉環(huán)法 o 閉環(huán)法的定義與步驟：n 畫交流通路，判別是否滿足振蕩的相位平衡條件n 畫微變等效電路，并列寫出電路方程，這是一組線性齊次方程組n 令線性方程組復(fù)系數(shù)矩陣的行列式=0n 解=0，可確定振蕩角頻率0和維持振蕩幅度所需的 gm值gm0n 選擇晶體管的gm使gmgm0，此時電路滿足起振條件按照甲類的方法使用小信號交流等效電路來計算起按照甲類的方法使用小信號交流等效電路來計算起振時的放大

15、倍數(shù)振時的放大倍數(shù)但實際電路中往往在振幅達到平衡時已經(jīng)進入強非但實際電路中往往在振幅達到平衡時已經(jīng)進入強非線性區(qū)，此時應(yīng)使用基波來進行分析，即利用丙類線性區(qū)，此時應(yīng)使用基波來進行分析，即利用丙類放大電路的分析方法放大電路的分析方法注意這兩種方法的局限性：注意這兩種方法的局限性：經(jīng)驗的數(shù)據(jù)為在視器件輸入端為開路時，設(shè)置反饋經(jīng)驗的數(shù)據(jù)為在視器件輸入端為開路時，設(shè)置反饋系數(shù)為系數(shù)為1/2-1/101/2-1/10l試比較甲類和甲類起振丙類工作振蕩器輸出信號的振幅穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性。l甲類：l易起振，易停振，幅度穩(wěn)定性差。l放大電路輸出波形無失真，單一頻率。頻率穩(wěn)定性好。l甲類起振丙類工作：l易起振，

16、不易停振，幅度穩(wěn)定性好。l放大電路輸出波形有極大非線性失真，多頻率，頻率穩(wěn)定性差。思考4.3 LC振蕩電路振蕩電路定義：利用定義：利用LCLC元件組成選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋性振蕩電路元件組成選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋性振蕩電路4.3.0 調(diào)諧型振蕩電路調(diào)諧型振蕩電路o 采用互感耦合線圈作為反饋網(wǎng)絡(luò)。o 依據(jù)諧振回路接在晶體管的電極位置可命名為調(diào)基、調(diào)集、調(diào)射電路。4.3.1 三點型三點型LC振蕩電路振蕩電路三點型振蕩電路：將三個電抗元件分別接在晶體管的三個電極間產(chǎn)生振蕩的基本條件？正反饋相位平衡諧振網(wǎng)絡(luò)0cbecebXXX回路諧振時，回路諧振時，i ic c,i,ib b,i,ie e遠遠小于諧振電流遠遠小于諧振

17、電流則回路總阻抗：則回路總阻抗：三個電抗元件不能同時為電感或電容！需由兩種三個電抗元件不能同時為電感或電容！需由兩種不同性質(zhì)元件構(gòu)成。不同性質(zhì)元件構(gòu)成。能否起振？什么情況下起振？相位平衡電壓關(guān)系u綜上，從相位平衡條件判斷三點式振蕩器能否綜上，從相位平衡條件判斷三點式振蕩器能否振蕩的原則是：與發(fā)射極相連的為同性質(zhì)電抗元振蕩的原則是：與發(fā)射極相連的為同性質(zhì)電抗元件，不與發(fā)射極相連的為異性質(zhì)電抗元件件，不與發(fā)射極相連的為異性質(zhì)電抗元件（射同（射同它異）它異）。電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器也稱考畢茲也稱考畢茲(Colpitts)振蕩器振蕩器電感三點式振蕩器，電感三點式振蕩器，也稱哈特萊也稱哈特萊(

18、Hartley)振蕩器振蕩器【例】 圖示電路，兩個LC并聯(lián)回路的諧振頻率分別是 和 ，請問電路是否能夠發(fā)生振蕩？若能，求振蕩頻率f0與f1、f2的關(guān)系。1111/2fLC2221/ 2fL C解：要使電路能夠正常振蕩，需滿足三端式電路的組成原則。由于解：要使電路能夠正常振蕩，需滿足三端式電路的組成原則。由于連接基極與集電極的為電容，故電路只能組成電感三點式振蕩器，連接基極與集電極的為電容，故電路只能組成電感三點式振蕩器，即即L1C1、L2C2回路應(yīng)呈感性。由于回路應(yīng)呈感性。由于LC并聯(lián)回路諧振頻率大于工作頻并聯(lián)回路諧振頻率大于工作頻率時，回路呈感性，即應(yīng)滿足：率時，回路呈感性，即應(yīng)滿足：102

19、0ffffl例：試用相位條件的判斷準則，判明圖示的LC振蕩器交流等效電路，哪個可以振蕩？哪個不可以振蕩？或在什么條件下才能振蕩？ l例：試判斷該電路是否能振蕩？若可以振蕩，說明其振蕩條件。若不能，改正之。一、三點式電容振蕩電路（一、三點式電容振蕩電路（考畢茲電路考畢茲電路）(1) 忽略反向傳輸導(dǎo)納，忽略反向傳輸導(dǎo)納，Yre=0。(2) 由于晶體管的輸入、輸出電容本身比由于晶體管的輸入、輸出電容本身比C1、C2小很多，這里小很多，這里忽略晶體管的輸入、輸出電容。忽略晶體管的輸入、輸出電容。(3) 忽略晶體管正向傳輸導(dǎo)納的相移，用跨導(dǎo)忽略晶體管正向傳輸導(dǎo)納的相移，用跨導(dǎo)gm表示。在圖中，表示。在圖

20、中，gp表示除晶體管外的電路中所有電導(dǎo)折算到表示除晶體管外的電路中所有電導(dǎo)折算到ce兩端的總電導(dǎo)。兩端的總電導(dǎo)。思路：分析諧振求解諧振頻率分析反饋求解增益AF利用平衡條件解出晶體管參數(shù)1. 分析其諧振特性，求解諧振頻率分析其諧振特性，求解諧振頻率12121pC CLCC2. 分析其反饋特性，判斷是否能發(fā)生正反饋分析其反饋特性，判斷是否能發(fā)生正反饋o 當選頻網(wǎng)絡(luò)的輸入信號頻率為p時，選頻網(wǎng)絡(luò)與放大電路的反相作用相加，從而可以構(gòu)成正反饋3. 求解放大電路與選頻電路的增益求解放大電路與選頻電路的增益定義反饋系數(shù)定義反饋系數(shù)F：f212111oUCCFUCC將將gie折算到折算到ce端，端， 因此放大

21、器總的負載電阻為因此放大器總的負載電阻為注：課本中R0與這里的Rp接的位置不同，但意義相同。2Si111pFRRRRRsRi環(huán)路諧振時的總增益為環(huán)路諧振時的總增益為iRAFFR振蕩器的振幅振蕩器的振幅起振條件為起振條件為4. 利用平衡條件，確定產(chǎn)生和維持振蕩的晶體管參數(shù)。利用平衡條件，確定產(chǎn)生和維持振蕩的晶體管參數(shù)。1AF 振幅條件振幅條件相位平衡條件已在相位平衡條件已在2的分析中滿足的分析中滿足iiicboibbI RI RRUAUI RI RRi011sRFFRR整理并小結(jié)：整理并小結(jié)：o 振蕩角頻率：012121C CLCCo能否正反饋：能，相位平衡條件滿足o 電路增益：102()CFC

22、 o 振幅平衡條件：1AF o 考慮極間電容，實際角頻率略大于所求值。iiicboibbI RI RRUAUI RI RRi011sRFFRR1o1CCC2i2CCC通?？紤]易起振又不致使振蕩波形的非線性失通?？紤]易起振又不致使振蕩波形的非線性失真嚴重，真嚴重，F(xiàn) F都選得較小，大約在都選得較小，大約在0.010.5之間之間FRR1ci 120iCCRR 二、三點式電感振蕩電路（哈特萊電路）二、三點式電感振蕩電路（哈特萊電路）類似于電容三點式振蕩器的分析方法，有：類似于電容三點式振蕩器的分析方法，有：振蕩頻率為振蕩頻率為0121122(2)fLCLLM C相位關(guān)系為：相位關(guān)系為：f2c1ULM

23、FULM反饋系數(shù)為：反饋系數(shù)為：根據(jù)平衡條件可求出的晶體管參數(shù)根據(jù)平衡條件可求出的晶體管參數(shù)n 若M=0：0121()LL Cn 對全耦合電路， 有：2121,ML LMnL0211(1)nLCo 三端電感振蕩電路優(yōu)點：n 容易通過調(diào)節(jié)電容改變振蕩頻率，調(diào)節(jié)時不影響反饋系數(shù)o 三端電感振蕩電路缺點：n 輸出端和反饋端均為電感，振蕩波形不太好n 電感上的分布電容和晶體管的極間電容影響環(huán)路增益，電路的振蕩頻率不能過高o 三端電容振蕩電路優(yōu)點：n 輸入和反饋端是電容，對高次諧波電抗小，振蕩波形好n 只要減小電容就能提高振蕩頻率，若不外加電容，僅利用晶體管的極間電容作回路電容，則振蕩頻率可高達幾百兆赫

24、，甚至上千兆赫o 三端電容振蕩電路缺點：n 改變頻率不方便，適用于作為固定頻率的振蕩器n C1和C2接在晶體管集射極和基射極上，振蕩頻率越高， C1和C2的電抗越小，此時晶體管的極間電容將直接影響到C1和C2，從而影響振蕩頻率的穩(wěn)定性4.4 改進型電容三端式振蕩器改進型電容三端式振蕩器由于晶體管的輸入、輸出電容與電容三端式振蕩器和電感由于晶體管的輸入、輸出電容與電容三端式振蕩器和電感三端式振蕩器的回路并聯(lián)，影響回路的等效電抗元件參數(shù)。而三端式振蕩器的回路并聯(lián)，影響回路的等效電抗元件參數(shù)。而晶體管的輸入、輸出電容受環(huán)境溫度、電源電壓等因素的影響晶體管的輸入、輸出電容受環(huán)境溫度、電源電壓等因素的影

25、響較大，所以上述兩種振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高，一般在較大，所以上述兩種振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高，一般在10-3數(shù)數(shù)量級。為了提高頻率穩(wěn)定度，需要對電路作改進以減少晶體管量級。為了提高頻率穩(wěn)定度，需要對電路作改進以減少晶體管輸入、輸出電容對回路的影響，可以采用削弱晶體管與回路之輸入、輸出電容對回路的影響，可以采用削弱晶體管與回路之間耦合的方法，在電容三點式振蕩器的基礎(chǔ)上，得到兩種改進間耦合的方法，在電容三點式振蕩器的基礎(chǔ)上，得到兩種改進型電容反饋式振蕩器型電容反饋式振蕩器克拉潑克拉潑(Clapp)振蕩器和西勒振蕩器和西勒(Siler)振振蕩器。蕩器。減小三極管極間電容的影響1克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器

26、各電容值取值規(guī)定如下：各電容值取值規(guī)定如下：C3C1 ，C3平衡過程（平衡條件）-穩(wěn)幅過程（穩(wěn)定條件）o LC正弦波振蕩電路的各種要點：n 自偏電路：甲類起振丙類工作o 三點式LC正弦波振蕩電路n 選頻網(wǎng)絡(luò)的反相作用n 射同它反、近似振蕩頻率總結(jié)總結(jié)(2)(2)o 三點式LC正弦波振蕩電路n 三點式電感、電容電路n 三點式電容電路的兩種改進型電路n （為什么改？怎么改？）分析正反饋（相位平衡）能否起振？何時起振？分析諧振（諧振頻率）分析環(huán)路增益（小信號等效求AF）求解（起振條件）2.3 RC正弦振蕩電路正弦振蕩電路l為什么引入RC振蕩器？RCRC振蕩電路的定義：使用振蕩電路的定義：使用RCRC

27、移相網(wǎng)絡(luò)移相網(wǎng)絡(luò)替代替代LCLC選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的正弦振蕩電路選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的正弦振蕩電路由于由于RCRC選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性比選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性比LCLC選頻選頻網(wǎng)絡(luò)的特性差得多，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的特性差得多，導(dǎo)致RCRC振蕩器的振蕩器的電路構(gòu)成和器件工作狀態(tài)與電路構(gòu)成和器件工作狀態(tài)與LCLC振蕩器振蕩器有明顯的區(qū)別：有明顯的區(qū)別：常采用負反饋來提高常采用負反饋來提高電路的選頻特性電路的選頻特性預(yù)備知識預(yù)備知識(模擬電子電路內(nèi)容模擬電子電路內(nèi)容)l由運放構(gòu)成的反相、同相放大器()/FoiFivvR11/iivR11FoiRvvR11/iivR(0)/FoFivR1FoiRvvR 2.3 RC2.3 RC正弦

28、波振蕩電路正弦波振蕩電路lRC振蕩器以RC網(wǎng)絡(luò)作為選頻網(wǎng)絡(luò)。l常采用負反饋提高電路選頻特性?？偟姆答佇Ч牵涸谡袷庮l率，正反饋總的反饋效果是：在振蕩頻率，正反饋超過負反饋，并滿足自激條件；偏離自超過負反饋，并滿足自激條件；偏離自激頻率時，力求使負反饋超過正反饋，激頻率時，力求使負反饋超過正反饋，以抑制不需要的頻率，從而改善輸出波以抑制不需要的頻率，從而改善輸出波形形RCRC振蕩電路的構(gòu)成方法：振蕩電路的構(gòu)成方法：由同相放大電路和對所需頻率能產(chǎn)生由同相放大電路和對所需頻率能產(chǎn)生零相移的零相移的RCRC移相網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成移相網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成由反相放大電路和對所需頻率能產(chǎn)生由反相放大電路和對所需頻率能產(chǎn)生 相移的

29、相移的RCRC移相網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成移相網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以進行分類根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以進行分類l以運放和正、負反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的文氏橋振蕩器。l以開環(huán)法分析：+FF-()1,()1()0AAA+FFFFFF-n A：開環(huán)差模電壓增益。n ：正反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)。n ：負反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)。起振、平衡條件：振蕩頻率：滿足相位平衡條件的角頻率。=,=()fififffiVV AVV AVVVV A+FFFFl假定R1R2R，C1C2C11ZRj Co 正反饋網(wǎng)絡(luò)傳輸系數(shù)：21RZj CR212113()ZFZZjRCRCo 以Z1和Z2分別表示RC串聯(lián)阻抗和RC并聯(lián)阻抗：l負反饋網(wǎng)絡(luò)傳輸系數(shù)：112fff

30、RFRRl依據(jù)以上計算可得電路的環(huán)反饋系數(shù)：112113()()fffjRCRRFARFRACo 當1/RC時， 的相角為0，滿足相位平衡條件，也即振蕩角頻率為1/RC。()A FFl由1/RC、 推出起振條件：112113fffRARRo 運放的開環(huán)放大倍數(shù)A通常極大，因此起振條件是：212ffRR()1A FFl另一種分析思路：要求：1,0AFAF211,0ffRR AA113()FjRCRCo 起振條件：2113ffRRo 振蕩角頻率：0=1/ RCl雙極型晶體管文氏橋振蕩電路：振蕩的建立與穩(wěn)定振蕩的建立與穩(wěn)定o RC濾波效果差，要求放大部分不能出現(xiàn)非線性，而且，就算以弱非線性穩(wěn)幅，A的

31、調(diào)節(jié)范圍有限，且普通電阻精度有限，無法內(nèi)穩(wěn)幅。 o 由此考慮以熱敏電阻進行外穩(wěn)幅： 文氏橋文氏橋RCRC振蕩電路振蕩電路的的特點特點l電路中的放大部分有很深的電壓串聯(lián)負反饋，使輸出電壓幅度在整個頻段內(nèi)基本不隨振蕩頻率而變。l電路的放大部分工作于線性狀態(tài)，依靠外加熱敏電阻進行外穩(wěn)幅，因此波形失真很小。l文氏橋RC振蕩器廣泛用來作為頻率范圍由幾赫到幾百千赫的低頻信號源。lRC振蕩器的頻率穩(wěn)定度約在10-210-3量級之間。RC移相振蕩器、雙移相振蕩器、雙T網(wǎng)絡(luò)振蕩器網(wǎng)絡(luò)振蕩器4.5 4.5 正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題題頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度l頻率穩(wěn)定度l絕對頻率穩(wěn)定度：f=f

32、H-f0或f0-fLl相對頻率穩(wěn)定度：f/f0l常用振蕩器的頻率穩(wěn)定度lLC振蕩器：10-2-10-4lRC振蕩器：10-2-10-3l石英晶體振蕩器：10-5-10-6(若采取恒溫措施，可達10-7-10-9)4.5 4.5 正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題題造成頻率不穩(wěn)定的因素造成頻率不穩(wěn)定的因素lLC值變化對頻率穩(wěn)定度的影響：0012LCLC o L和C主要受溫度的影響。溫度對電感和電容值的影響程度往往用溫度系數(shù)來衡量。溫度系數(shù)是指溫度變化1oC時電感量或電容量的相對變化量o 電感的溫度系數(shù)一般為正；根據(jù)介質(zhì)材料不同，電容的溫度系數(shù)可正可負4.5 4.5 正弦波振蕩器的

33、頻率穩(wěn)定問正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題題造成頻率不穩(wěn)定的因素造成頻率不穩(wěn)定的因素l回路內(nèi)部相移變化對頻率穩(wěn)定度的影響0()0AF00()AFAFdd 000AFdd o 越大，由 引起的振蕩角頻率的偏移就越小。因此通常把 作為衡量一個振蕩器頻率穩(wěn)定度的判據(jù)/AFdd/AFddn 為提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度，必須選用高Q值諧振回路和大而穩(wěn)定的負載電阻4.5 4.5 正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題題提高頻率穩(wěn)定度的措施提高頻率穩(wěn)定度的措施l減少溫度的影響：恒溫、選擇溫度系數(shù)小的元件l穩(wěn)定電源電壓：選擇穩(wěn)定性好的電源、單獨供電l減少負載的影響l采取屏蔽措施l提高振蕩電路標準性：減少結(jié)

34、電容、分布參數(shù)等l晶體管與回路間采取松耦合：克拉潑、西勒電路l提高回路品質(zhì)因數(shù)4.6 4.6 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路石英晶體石英晶體l正壓電效應(yīng)：施加壓力或拉力-晶體表面產(chǎn)生電荷l反壓電效應(yīng)：給晶體加電-晶體產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力o 石英晶體的諧振、基音及奇次泛音o 石英諧振器的Q值一般為104-106(LC最高300左右)等效電路和阻抗特性等效電路和阻抗特性l石英諧振器的符號、等效電路及基音等效電路：12sfLC0012pfC CLCCo 注意石英諧振器fs與fp之間的關(guān)系4.7 4.7 石英晶體振蕩器電路石英晶體振蕩器電路l并聯(lián)型晶體振蕩電路即是把石英諧振器作為等效電感與其他回路元件組成三

35、點型振蕩回路00011()22sffC CCLCLCCCo 皮爾斯(BC型)電路：12012,C CCCCCCC其中：o 在某些皮爾斯電路中，C1用LC并聯(lián)諧振回路代替。此時LC回路諧振頻率取值范圍應(yīng)是？o 皮爾斯電路中，石英晶體接在輸入阻抗很高的B-C間，頻率穩(wěn)定性高4.7.1 4.7.1 并聯(lián)型晶體振蕩電路并聯(lián)型晶體振蕩電路4.7 4.7 石英晶體振蕩器電路石英晶體振蕩器電路 由石英諧振器（石英晶體振子）由石英諧振器（石英晶體振子）構(gòu)成的振蕩電路通常叫構(gòu)成的振蕩電路通常叫“晶振電晶振電路路”。 并聯(lián)晶振電路并聯(lián)晶振電路工作在工作在晶體并聯(lián)諧振頻率附近，晶體等晶體并聯(lián)諧振頻率附近，晶體等效為電感；效為電感； 串聯(lián)晶振電路串聯(lián)晶振電路工作在工作在晶體串聯(lián)諧振頻率附近，晶體近晶體串聯(lián)諧振頻率附近，晶體近于短路。于短路。1. 1. 電路電路 電路電路由晶體與外接電容器由晶體與外接電容器或線圈構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，按或線圈構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，按三