《RC正弦波振蕩電路》PPT課件

1、2022/7/161精選ppt3.8 RC振蕩器選頻特性比LC選頻網(wǎng)絡(luò)差得多，電路中常采用負反饋以提高電路的選頻特性。放大器工作于線性(甲類),故不能用自生反偏壓穩(wěn)幅，常采用非線性惰性反饋實現(xiàn)穩(wěn)幅。2022/7/162精選ppt具有正負反饋兩個通路的RC正弦波振蕩器正負反饋兩個通路的RC正弦波振蕩器框圖正反饋網(wǎng)絡(luò) B+ : 產(chǎn)生振蕩所必須；負反饋網(wǎng)絡(luò) B- : 抑制高次諧波。1、B+ 為帶通特性， B-為全通特性實現(xiàn)振蕩器的兩種方案2、B- 為帶通特性， B+為全通特性在 f0附近，正反饋 負反饋， 滿足起振條件；遠離 f0時，負反饋 正反饋，抑制高次諧波。2022/7/163精選ppt文氏電

2、橋振蕩器電阻Rf1和Rf2組成負反饋網(wǎng)絡(luò)，全通網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)有電阻R1R2和電容C1C2組成，具有帶通特性兩個反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個電橋，故此振蕩器稱為文氏電橋振蕩器。起振條件正反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)：負反饋系數(shù)電路的環(huán)反饋系數(shù)為平衡時要求振蕩頻率為2022/7/164精選ppt 穩(wěn)幅措施 因為不可能有 ，故應(yīng)使 ，使負反饋隨輸出電壓 的增大而增大。 具體措施采用非線性惰性反饋穩(wěn)幅。 采用正溫度系數(shù)的元件, 采 用負溫度系數(shù)的元件。 非線性熱惰性元件穩(wěn)幅: 用鎢絲燈泡等正溫度系數(shù)元件； 用熱敏電阻等負溫度系數(shù)元件。 要求非線性惰性元件有足夠的惰性,使其非線性特性在信號周期內(nèi)顯現(xiàn)不出來。所以超低頻正弦波振

3、蕩器不能使用非線性惰性元件穩(wěn)幅。2022/7/165精選ppt 二極管自動穩(wěn)幅電路 將二極管串接在 通路中，利用二極管微變電阻隨導(dǎo)通電流變化的特性改變負反饋深度。例如，當(dāng)輸出幅度增大時，流過二極管的電流增大，二極管的等效微變電阻減小，電路的負反饋增大，使輸出幅度降低。 2022/7/166精選ppt 場效應(yīng)管穩(wěn)幅 將場效應(yīng)管當(dāng)作一個壓 控電阻使用，代替 電阻Rf1，當(dāng)輸出電壓幅度增大時，使場效應(yīng)管的等效電阻也增大，負反饋加強，從而使輸出電壓幅度減小，實現(xiàn)穩(wěn)幅。2022/7/167精選pptC3C2C1CeR1R2Rb2Rb1ReRcEcRCRCU1+U c -UoU1+UR -UoIIUoIU

4、CU1U1UoIUR 8精選ppt上式經(jīng)兩次微分可得：2022/7/169精選ppt2022/7/1610精選ppt對于同相積分器A2可有對于反相積分器A1可有它是一個標準正弦振蕩方程式，其解為2022/7/1611精選ppt3.4 石英晶體振蕩電路1. 正弦振蕩器的頻率穩(wěn)定問題一、頻率穩(wěn)定性 振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指由于外界條件的變化，引起振蕩器的實際工作頻率偏離標稱頻率的程度 。 一般用角頻率或頻率的相對變化量，即=0為角頻率偏移 ，f=f-f0為頻率偏移，稱為絕對頻率穩(wěn)定度。另一種表示，即/0 或f/f0來表示，其中0為振蕩角頻率，稱為相對頻率穩(wěn)定度；根據(jù)測試時間的長短, 將頻率穩(wěn)定度分成

5、長期頻穩(wěn)度、 短期頻穩(wěn)度和瞬時頻穩(wěn)度三種, 測試時間分別為一天以上、 一天以內(nèi)和一秒以內(nèi)頻率穩(wěn)定度通常用PPM來表示 長期頻穩(wěn)度主要取決于元器件的老化特性, 短期頻穩(wěn)度主要取決于電源電壓和環(huán)境溫度的變化以及電路參數(shù)的變化等等, 而瞬時頻穩(wěn)度則與元器件的內(nèi)部噪聲有關(guān)。2022/7/1612精選pptQ2022/7/1613精選ppt4、減少溫度影響 5、穩(wěn)定電源電壓 6、采取屏蔽措施2022/7/1614精選ppt3.4.2 石英晶體振蕩器 (Crystal Oscillator)2022/7/1615精選ppt石英晶體的壓電效應(yīng) 基本特性是具有正壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)。 當(dāng)交流電壓加在晶體兩端,

6、 晶體隨電壓變化產(chǎn)生應(yīng)變稱為反壓電效應(yīng)； 而機械振動產(chǎn)生的應(yīng)變又使晶體表面產(chǎn)生交變電荷成為正壓電效應(yīng)。當(dāng)晶體幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時, 它本身有一個固有的機械振動頻率。晶片厚度與振動頻率成反比, 工作頻率越高, 要求晶片越薄, 因而機械強度越差, 加工越困難, 使用中也易損壞。當(dāng)外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率s時, 晶體片的機械振動最大, 晶體表面電荷量最多, 外電路中的交流電流最強, 于是產(chǎn)生了諧振。石英諧振器產(chǎn)生機械振動時，有基音振動，還有各種奇次泛音振動。 利用基音振動實現(xiàn)對頻率控制的晶體稱為基音晶體，其余稱為泛音晶體。 2022/7/1616精選pptCoCgCoCg5Cg3CgLg

7、Lg3Lg5LgRg2022/7/1617精選pptCoCgLgRgfqfp電容性電容性電感性 fXqO國產(chǎn)B45 1MHz中等精度晶體的等效參數(shù)如下：Lq= 4.00H，Cq=0.0063pF， rq100200 ，Co=23 pF。因而晶體的品質(zhì)因數(shù)Qq很大，一般為幾萬至幾百萬 （12 50025 000） 2022/7/1618精選pptCLJTC1C2JT二,晶體振蕩器電路(Circuit of Crystal Oscillators)2022/7/1619精選pptECJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc二,晶體振蕩器電路(Circuit of Crystal Oscillato

8、rs)晶體C1C2JTC32022/7/1620精選pptLqrqCqCoCLLqCqrqCoC1C2C3gmubeg3ie2電路的諧振頻率的估算:2022/7/1621精選pptC1CcCeRb1Rb2ReL1LEcJTC2C1C2L1JT二,晶體振蕩器電路(Circuit of Crystal Oscillators)2022/7/1622精選pptC1C2C3JTLRb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLEc二,晶體振蕩器電路(Circuit of Crystal Oscillators)2022/7/1623精選ppt二,晶體振蕩器電路(Circuit of Crystal

9、Oscillators) q2022/7/1624精選ppt2. 泛音晶體振蕩器 工藝限制石英晶體最高基頻，雖然目前能生產(chǎn)出高達幾百兆赫茲的晶體，但頻率高時,晶片很薄,機械強度脆弱,故當(dāng)振蕩頻率高于幾十MHz以上一般采用泛音晶體振蕩器。 什么叫泛音: 泛音是石英晶體的機械諧波，但它與電氣諧波不同，它只有奇次諧波，且不與基波和其他諧波同時并存，稱為泛音。2022/7/1625精選ppt(a) 交流等效電路 (b) L1C1回路的電抗特性L1C1回路的諧振頻率必須設(shè)計在該電路所利用的n次泛音和（n-2）次泛音之間。 假設(shè)泛音晶振為五次泛音，標稱頻率為5MHz，基頻為1MHz，則L1C1路必須調(diào)諧在

10、53次泛音之間。 2022/7/1626精選ppt 變?nèi)荻O管是利用結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓變化這一特性制成的一種壓控電抗元件。變?nèi)荻O管的符號和結(jié)電容變化曲線如圖所示。3.5 壓 控 振 蕩 器3.5.1 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管結(jié)電容可表示為:v 外加控制電壓 V PN結(jié)的接觸電位差（硅管約等于0.7V，鍺管約等于0.3V）； C0為外加電壓v =0時的結(jié)電容值 電容變化指數(shù) 變?nèi)莨軌嚎卣袷幤鞯念l率可控范圍約為振蕩器中心頻率的25。 2022/7/1627精選ppt 將變?nèi)荻O管作為壓控電容接入振蕩器中, 就組成了壓控振蕩器。一般可采用各種形式的三點式電路。 需要注意的是, 為了使變?nèi)荻O管能正常

11、工作, 必須正確地給其提供靜態(tài)負偏壓和交流控制電壓, 而且要抑制高頻振蕩信號對直流偏壓和低頻控制電壓的干擾, 所以, 在電路設(shè)計時要適當(dāng)采用高頻扼流圈、旁路電容、隔直流電容等。 3.5.2變?nèi)荻O管壓控振蕩器2022/7/1628精選ppt畫出圖例4.6(a)所示中心頻率為360MHz的變?nèi)荻O管壓控振蕩器中晶體管的直流通路和高頻振蕩回路, 變?nèi)荻O管的直流偏置電路和低頻控制回路。 2022/7/1629精選ppt壓控振蕩器的主要性能指標是壓控靈敏度和線性度 壓控靈敏度定義為單位控制電壓引起的振蕩頻率的增量 變?nèi)荻O管壓控振蕩器的頻率電壓特性 非線性的,其非線性程度與變?nèi)葜笖?shù) 和電路結(jié)構(gòu)有關(guān)

12、在中心頻率附近較小區(qū)域內(nèi)線性度較好,靈敏度也較高。 2022/7/1630精選ppt3.6 負阻正弦波振蕩器所謂負阻器件是指具有負微變電阻特性的器件。這種器件可以分為N和S兩類。3.6.1負阻器件1.壓控型負阻器件（N型）2.流控型負阻器件（S型）2022/7/1631精選ppt3.6.2 負阻LC正弦波振蕩器 負阻型LC正弦波振蕩器的工作原理是依靠負阻器件的負阻特性給諧振回路補充能量，以維持正弦振蕩。兩種負阻器件在直流供電和與諧振回路的連接上有所不同。 1.直流電源供電方式 壓控型 低內(nèi)阻直流電源供電(恒壓性質(zhì))。 流控型: 高內(nèi)阻直流電源供電(恒流性質(zhì))。2022/7/1632精選ppt

13、2. 諧振回路與負阻器件的連接 諧振回路與器件的連接原則是必須確保負阻器件工作于負阻區(qū)。在高Q條件下: 壓控型 采用器件與諧振回路并聯(lián)連接流控型 采用器件與諧振回路串聯(lián)連接起振與平衡條件 將負阻器件等效一負電阻-r,而負電阻是給回路提供能量的，回路中的正電阻 R 則是消耗能量的。若負阻提供的能量大于正電阻消耗的能量，則電路中能激起增幅振蕩。平衡時，二者相等。起振條件 平衡條件 穩(wěn)幅條件2022/7/1633精選ppt負阻振蕩器電路隧道二極管負阻振蕩器電路隧道二極管與電感、電容組成并聯(lián)諧振回路。起振條件:振蕩頻率:振幅穩(wěn)定:隨著振蕩幅度增大，等效負阻絕對值增大，即滿足2022/7/1634精選p

14、ptRb1Rb2RcReCeCoC1C2LCbEC3.7 振蕩器中的幾種現(xiàn)象IEUB+UBE _+UE _2022/7/1635精選pptRb1Rb2RcReCeCoC1C2LCbEC 2 當(dāng)起振后ubieUE+UBE _2022/7/1636精選pptRb1Rb2CbRcReCeC1C2C3R2EC二,頻率拖曳現(xiàn)象2022/7/1637精選ppt01 01 02 01 01022022/7/1638精選pptabdc0101022022/7/1639精選ppt 三、 寄生振蕩所謂寄生振蕩即不是人為安排，而是由于電路中的寄生參數(shù)形成了正反饋，并滿足自激條件而產(chǎn)生的振蕩。表現(xiàn)形式1.寄生振蕩疊加

15、在有用波形上。2.頻率很高的寄生振蕩一般示波器觀察不到，但振蕩器工作不正常，振蕩波形和電路工作狀態(tài)受人手觸摸的影響。寄生振蕩的類型 主要有反饋寄生振蕩、負阻寄生振蕩和參量寄生振蕩。 1、反饋型寄生振蕩 在放大器的輸入與輸出回路之間，存在各種內(nèi)部和外部的寄生反饋引起的。 超低頻： 濾波電容、旁路電容、扼流圈的器件,產(chǎn)生超低頻寄生振蕩。高頻： 濾波電容在高頻時呈現(xiàn)寄生電感，晶體管的極間分布電容等大電容旁加小電容、選擇合理的放大倍數(shù)元器件分布電容互感形成的寄生耦合靜電耦合和磁耦合合理布局或加屏蔽靜電屏蔽（用高導(dǎo)電率材料） 磁屏蔽（用高導(dǎo)磁率材料）。2022/7/1640精選ppt負阻型寄生振蕩 由器

16、件的負阻現(xiàn)象產(chǎn)生的振蕩，主要有雪崩負阻振蕩和過壓負阻振蕩。 雪崩負阻振蕩是指晶體管工作進入雪崩擊穿區(qū)時，器件對外呈現(xiàn)負阻特性，從而產(chǎn)生負阻振蕩。這種寄生振蕩一般只在放大器激勵信號的負半周才出現(xiàn)。 當(dāng)放大器工作于過壓狀態(tài)時，也會出現(xiàn)某種負阻現(xiàn)象，這是由于晶體管進入正向工作，在集電極與基極間有一個低阻通路，在輸入端產(chǎn)生反饋，可能呈現(xiàn)負阻，由此產(chǎn)生的寄生振蕩（高于工作頻率）一般只在放大器激勵電壓的正半周出現(xiàn)。 參量寄生振蕩 在晶體管高頻功率放大器中，由于晶體管結(jié)電容的非線性，特別是Cbc的強非線性影響，將引起所謂“參量效應(yīng)”，在集電極輸出電壓中除了有基波之外，還產(chǎn)生了二次、三次等諧波，造成輸出波形失真。參量效應(yīng)會使放大器在信號頻率的分諧波（1/n諧波頻率）上產(chǎn)生自激振蕩。 2022/7/1641精選ppt 各類振蕩電路的選擇原則: 根據(jù)工作頻率選擇電路 高 頻： 用LC振蕩電路； 低 頻： 用RC振蕩電路； 超低頻： 用積分式RC振蕩電路； 超高頻：用負阻振蕩器電路。 根據(jù)