LCRC自激振蕩電路原理課件

1、第18章 正弦波振蕩電路18.1 自激振蕩 18.2 RC振蕩電路18.3 LC振蕩電路 第1頁(yè)，共33頁(yè)。第18章 正弦波振蕩電路本章要求：1. 了解正弦波振蕩電路自激振蕩的條件。2. 了解LC振蕩電路和RC振蕩電路的工作原理。第2頁(yè)，共33頁(yè)。 正弦波振蕩電路用來(lái)產(chǎn)生一定頻率和幅值的正弦交流信號(hào)。它的頻率范圍很廣，可以從一赫以下到幾百兆以上；輸出功率可以從幾毫瓦到幾十千瓦；輸出的交流電能是從電源的直流電能轉(zhuǎn)換而來(lái)的。18.1 自激振蕩常用的正弦波振蕩器LC振蕩電路:輸出功率大、頻率高。RC振蕩電路:輸出功率小、頻率低。石英晶體振蕩電路：頻率穩(wěn)定度高。 應(yīng)用：無(wú)線電通訊、廣播電視，工業(yè)上的高

2、頻感應(yīng)爐、超聲波發(fā)生器、正弦波信號(hào)發(fā)生器、半導(dǎo)體接近開(kāi)關(guān)等。第3頁(yè)，共33頁(yè)。1Su1. 自激振蕩 放大電路在無(wú)輸入信號(hào)的情況下，就能輸出一定頻率和幅值的交流信號(hào)的現(xiàn)象。 開(kāi)關(guān)合在“1”為無(wú)反饋放大電路。21Su 開(kāi)關(guān)合在“2”為有反饋放大電路， 開(kāi)關(guān)合在“2”時(shí),，去掉ui 仍有穩(wěn)定的輸出。反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)。自激振蕩狀態(tài)2第4頁(yè)，共33頁(yè)。2. 自激振蕩的條件(1)幅度條件：(2)相位條件：n 是整數(shù) 相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋； 幅度條件表明反饋放大器要產(chǎn)生自激振蕩，還必須有足夠的反饋量(可以通過(guò)調(diào)整放大倍數(shù)A 或反饋系數(shù)F 達(dá)到) 。自激振蕩的條件第5頁(yè)，共33頁(yè)

3、。3. 起振及穩(wěn)幅振蕩的過(guò)程設(shè)：Uo 是振蕩電路輸出電壓的幅度， B 是要求達(dá)到的輸出電壓幅度。起振時(shí)Uo 0，達(dá)到穩(wěn)定振蕩時(shí)Uo =B。起振過(guò)程中 Uo 1，穩(wěn)定振蕩時(shí) Uo = B，要求AuF = 1， 從AuF 1 到AuF = 1，就是自激振蕩建立的過(guò)程。可使輸出電壓的幅度不斷增大。使輸出電壓的幅度得以穩(wěn)定。起始信號(hào)的產(chǎn)生：在電源接通時(shí)，會(huì)在電路中激起一個(gè)微小的擾動(dòng)信號(hào)，它是個(gè)非正弦信號(hào)，含有一系列頻率不同的正弦分量。第6頁(yè)，共33頁(yè)。4. 正弦波振蕩電路的組成(1) 放大電路: 放大信號(hào) (2) 反饋網(wǎng)絡(luò): 必須是正反饋，反饋信號(hào)即是 放大電路的輸入信號(hào) (3) 選頻網(wǎng)絡(luò): 保證輸出

4、為單一頻率的正弦波 即使電路只在某一特定頻率下滿 足自激振 蕩條件 (4) 穩(wěn)幅環(huán)節(jié): 使電路能從AuF 1 ，過(guò)渡到 AuF =1，從而達(dá)到穩(wěn)幅振蕩。第7頁(yè)，共33頁(yè)。18. 2 RC振蕩電路RC選頻網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)同相比例電路放大信號(hào) 用正反饋信號(hào)uf作為輸入信號(hào) 選出單一頻率的信號(hào)1. 電路結(jié)構(gòu)uf+ R+RFR1 C RCuO +第8頁(yè)，共33頁(yè)。2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性傳輸系數(shù)：。RCRC。+。式中 ： 分析上式可知：僅當(dāng) = o時(shí)， 達(dá)最大值，且 u2 與 u1 同相 ，即網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性，fo決定于RC 。第9頁(yè)，共33頁(yè)。u1u2u2 與 u1 波形相頻特性（f）fo幅

5、頻特性ffo13第10頁(yè)，共33頁(yè)。3. 工作原理 輸出電壓 uo 經(jīng)正反饋（兼選頻）網(wǎng)絡(luò)分壓后，取uf 作為同相比例電路的輸入信號(hào) ui 。 (1) 起振過(guò)程第11頁(yè)，共33頁(yè)。(2) 穩(wěn)定振蕩 A = 0，僅在 f 0處 F = 0 滿足相位平衡條件，所以振蕩頻率 f 0= 1 2RC。改變R、C可改變振蕩頻率RC振蕩電路的振蕩頻率一般在200KHz以下。(3) 振蕩頻率 振蕩頻率由相位平衡條件決定。第12頁(yè)，共33頁(yè)。振蕩頻率的調(diào)整+RFR CCuO +SSR1R2R3R3R2R1 改變開(kāi)關(guān)K的位置可改變選頻網(wǎng)絡(luò)的電阻，實(shí)現(xiàn)頻率粗調(diào)； 改變電容C 的大小可實(shí)現(xiàn)頻率的細(xì)調(diào)。振蕩頻率第13頁(yè)

6、，共33頁(yè)。（4）起振及穩(wěn)定振蕩的條件穩(wěn)定振蕩條件AuF = 1 ，| F |= 1/ 3，則起振條件AuF 1 ，因?yàn)?| F |=1/ 3，則 考慮到起振條件AuF 1, 一般應(yīng)選取 RF 略大2R1。如果這個(gè)比值取得過(guò)大，會(huì)引起振蕩波形嚴(yán)重失真。 由運(yùn)放構(gòu)成的RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路不是靠運(yùn)放內(nèi)部的晶體管進(jìn)入非線性區(qū)穩(wěn)幅，而是通過(guò)在外部引入負(fù)反饋來(lái)達(dá)到穩(wěn)幅的目的。第14頁(yè)，共33頁(yè)。帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(1) 熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，利用它的非線性可以自動(dòng)穩(wěn)幅。 在起振時(shí)，由于 uO 很小，流過(guò)RF的電流也很小，于是發(fā)熱少，阻值高，使RF 2R1；即AuF1。隨著振蕩幅度的不斷加強(qiáng)，uO增大

7、，流過(guò)RF 的電流也增大，RF受熱而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2 R1時(shí)，穩(wěn)定于AuF=1， 振蕩穩(wěn)定。半導(dǎo)體熱敏電阻 R+RFR1 C RCuO +第15頁(yè)，共33頁(yè)。帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(1) 熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，利用它的非線性可以自動(dòng)穩(wěn)幅。半導(dǎo)體熱敏電阻 R+RFR1 C RCuO + 穩(wěn)幅過(guò)程： 思考： 若熱敏電阻具有正溫度系數(shù)，應(yīng)接在何處？uotRFAu第16頁(yè)，共33頁(yè)。帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路(2)IDUD振蕩幅度較小時(shí)正向電阻大振蕩幅度較大時(shí)正向電阻小 利用二極管的正向伏安特性的非線性自動(dòng)穩(wěn)幅。 R+RF2R1 C RCuO +D1D2RF1穩(wěn)幅環(huán)節(jié)第17頁(yè)，共33頁(yè)。帶穩(wěn)幅

8、環(huán)節(jié)的電路（2） R+RF2R1 C RCuO +D1D2RF1 圖示電路中，RF分為兩部分。在RF1上正反并聯(lián)兩個(gè)二極管，它們?cè)谳敵鲭妷簎O的正負(fù)半周內(nèi)分別導(dǎo)通。在起振之初，由于 uo 幅值很小，尚不足以使二極管導(dǎo)通，正向二極管近于開(kāi)路此時(shí)， RF 2 R1。而后，隨著振蕩幅度的增大，正向二極管導(dǎo)通，其正向電阻逐漸減小，直到RF=2 R1，振蕩穩(wěn)定。第18頁(yè)，共33頁(yè)。18.3 LC振蕩電路 LC 振蕩電路的選頻電路由電感和電容構(gòu)成，可以產(chǎn)生高頻振蕩(幾百千赫以上)。由于高頻運(yùn)放價(jià)格較高，所以一般用分離元件組成放大電路。本節(jié)只對(duì) LC振蕩電路的結(jié)構(gòu)和工作原理作簡(jiǎn)單介紹。第19頁(yè)，共33頁(yè)。1

9、8.3.l 變壓器反饋式LC振蕩電路 1. 電路結(jié)構(gòu)正反饋2.振蕩頻率 即LC并聯(lián)電路的諧振頻率uf+LC+UCCRLC1RB1RB2RECE放大電路選頻電路反饋網(wǎng)絡(luò)第20頁(yè)，共33頁(yè)。 在調(diào)節(jié)變壓器反饋式振蕩電路中，試解釋下列現(xiàn)象：（1）對(duì)調(diào)反饋線圈的兩個(gè)接頭后就能起振；（2）調(diào)RB1、 RB2或 RE的阻值后即可起振；（3）改用較大的晶體管后就能起振；（4）適當(dāng)增加反饋線圈的圈數(shù)后就能起振；（5）適當(dāng)增加L值或減小C值后就能起振；（6）反饋太強(qiáng)，波形變壞；（7）調(diào)整RB1、 RB2或 RE的阻值后可使波形變好；（8）負(fù)載太大不僅影響輸出波形，有時(shí)甚至不能 起振。例1：第21頁(yè)，共33頁(yè)。解

10、:(2) 調(diào)RB1、RB2或 RE的阻 值后即可起振；原反饋線圈接反，對(duì)調(diào)兩個(gè)接頭后滿足相位條件；(1) 對(duì)調(diào)反饋線圈的兩個(gè)接 頭后就能起振；調(diào)阻值后使靜態(tài)工作點(diǎn)合適，以滿足幅度條件；(3) 改用較大的晶體管后就能起振；改用較大的晶體管，以滿足幅度條件；LC+UCCRLC1RB1RB2RECE第22頁(yè)，共33頁(yè)。解:(5) 適當(dāng)增加L值或減小 C值后就能起振；增加反饋線圈的圈數(shù)，即增大反饋量，以滿足幅度條件；(4) 適當(dāng)增加反饋線圈的 圈數(shù)后就能起振； 當(dāng)適當(dāng)增加L 值或減小C 值后, 等效阻抗|Zo|增大，因而就增大了反饋量，容易起振； LC并聯(lián)電路在諧振時(shí)的等效阻抗LC+UCCRLC1RB

11、1RB2RECE第23頁(yè)，共33頁(yè)。解:(7) 調(diào)整RB1、 RB2或 RE 的阻值可使波形變好；反饋線圈的圈數(shù)過(guò)多或管子的太大使反饋太強(qiáng)而進(jìn)入非線性區(qū)，使波形變壞。(6) 反饋太強(qiáng)，波形變壞；調(diào)阻值, 使靜態(tài)工作點(diǎn)在線性區(qū)，使波形變好；(8) 負(fù)載太大不僅影響輸出波形，有時(shí)甚至不能起振。 負(fù)載大，就是增大了LC并聯(lián)電路的等效電阻R。 R的增大,一方面使|Zo|減小,因而反饋幅度減小,不易起振; 也使品質(zhì)因數(shù)Q減小, 選頻特性變壞, 使波形變壞。 LC+UCCRLC1RB1RB2RECE第24頁(yè)，共33頁(yè)。例2：正反饋 注意：用瞬時(shí)極性法判斷反饋的極性時(shí)， 耦合電容、旁路電容兩端的極性相同，

12、屬于選頻網(wǎng)絡(luò)的電容，其兩端的極性相反。+UCCC1RB1RB2RECELC 試用相位平衡條件判斷下圖電路能否產(chǎn)生自激振蕩第25頁(yè)，共33頁(yè)。18.3.2 三點(diǎn)式 LC振蕩電路1. 電感三點(diǎn)式振蕩電路正反饋放大電路選頻電路反饋網(wǎng)絡(luò)+UCCC1RB1RB2RECEL1CL2RC振蕩頻率 通常改變電容 C 來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率。反饋電壓取自L2振蕩頻率一般在幾十MHz以下。第26頁(yè)，共33頁(yè)。2. 電容三點(diǎn)式振蕩電路正反饋放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)振蕩頻率 通常再與線圈串聯(lián)一個(gè)較小的可變電容來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率。反饋電壓取自C2+UCCC1RB1RB2RECEC1LC2RC反相 振蕩頻率可達(dá)100MHz以上。選頻電路第2

13、7頁(yè)，共33頁(yè)。例3： 圖示電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩, 如果不能振蕩，加以改正。L+UCCC1RB1RB2RECEC2解：直流電路合理。 旁路電容CE將反饋信號(hào)旁路，即電路中不存在反饋，所以電路不能振蕩。將CE開(kāi)路，則電路可能產(chǎn)生振蕩。反饋電壓取自C1正反饋第28頁(yè)，共33頁(yè)。例4：半導(dǎo)體接近開(kāi)關(guān)L2C2UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4LC振蕩器開(kāi)關(guān)電路射極輸出器繼電器 半導(dǎo)體接近開(kāi)關(guān)是一種無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，具有反映速度快、定位準(zhǔn)確、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 它在行程控制、定位控制、自動(dòng)計(jì)數(shù)以及各種報(bào)警電路中得到了廣泛應(yīng)用。第29頁(yè)，共33頁(yè)。L2C2UCCR

14、E2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4LC振蕩器開(kāi)關(guān)電路射極輸出器繼電器例4：半導(dǎo)體接近開(kāi)關(guān) 變壓器反饋式振蕩器是接近 開(kāi)關(guān)的核心部分，L1、 L2及 L3繞在右圖所示的的磁芯上（又稱感應(yīng)頭）L2L3L1移動(dòng)的金屬體感應(yīng)頭第30頁(yè)，共33頁(yè)。L2C2UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4例4：半導(dǎo)體接近開(kāi)關(guān) 當(dāng)某金屬被測(cè)物體移近感應(yīng)頭時(shí)，金屬體內(nèi)感應(yīng)出渦流，由于渦流的消磁作用，破壞了線圈之間的磁耦合，使 L1上的反饋電壓顯著降低，破壞了自激振蕩的幅值條件，振蕩器停振， 使L3上輸出交流電壓為零。L2L3L1移動(dòng)的金屬體感應(yīng)頭第31頁(yè)，共33頁(yè)。L2C2UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4例4：半導(dǎo)體接近開(kāi)關(guān) 當(dāng)L3上輸出交流電壓為零時(shí)，二極管的整流輸出電壓也為零，因此T2截止， T3飽和導(dǎo)通，繼電器KA通電。 繼電器KA的常閉觸點(diǎn)接在電動(dòng)機(jī)的控制回路內(nèi)，可在被測(cè)金屬體接近危險(xiǎn)位置時(shí)，立即斷電使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)；也可將KA的常開(kāi)觸點(diǎn)接在報(bào)警電路