（中職）電子技術基礎與技能（電子信息類）第7章課件

1、（中職）電子技術基礎與技能（電子信息類）第7章ppt課件第7章 正弦波振蕩器 7.2 LC振蕩器7.1 正弦波振蕩器的基本知識 7.3 石英晶體振蕩器7.4 RC正弦波振蕩電路學習目標 1.了解正弦波振蕩器常用的電路類型2. 理解正弦波振蕩器電路的基本結構7.1 正弦波振蕩器的基本知識 正弦波振蕩器：一種不需外加信號作用，能夠輸出正弦信號的自激振蕩電路。 圖7-1 收音機振蕩電路的實驗測試板 由于正弦波振蕩器所產生的信號是某一特定頻率的信號，所以，必須有元件進行頻率選定。利用在不同頻率的輸入信號下呈現不同電抗的元件電感L或電容C可以實現選頻率的選定。 根據選頻網絡所采用的元件不同，正弦波振蕩器

2、又分為LC振蕩電路、RC振蕩電路和石英晶體振蕩器。 1. LC并聯諧振回路圖7-2 LC并聯電路LC回路如圖7-2所示。只有信號頻率為某一個數值(頻率f=fo)時，網絡呈電阻性且總的阻抗值最大Z=L/（rC），其中r是諧振回路的損耗電阻。頻率fo即是LC并聯網絡的諧振頻率。 2自激振蕩電路的結構圖 7-3 自激振蕩器結構框圖 自激振蕩器的結構如圖7-3所示，由放大電路、選頻網絡、穩(wěn)幅電路和反饋電路構成，作用如下： (1)放大電路：具有信號放大作用，通過電源供給振蕩電路所需的能量。 (2)反饋網絡：作用是形成正反饋。 (3)選頻網絡：選擇滿足振蕩條件的某一個頻率，形成單一頻率的正弦波振蕩。 (4

3、)穩(wěn)幅電路：使振幅穩(wěn)定，改善波形。自激振蕩器能夠振蕩的相位條件是：=A+F =2n （n=0，1，2，3）其中A為放大器的增益，F反饋電路的相移。上式說明反饋回路必須是正反饋。由于振蕩時，輸出信號的幅度必須不斷地上升，所以有，這稱為起振的幅度條件。其中 A是放大器的電壓增益，F是反饋電路的反饋系數。同時，由于信號的幅度不可能無窮無盡地增大，信號放大到一定時，放大電路進入行非線性區(qū)，穩(wěn)幅電路使放大器的放大倍數A下降，最終與反饋系數F的乘積，從而使信號的輸出幅度穩(wěn)定不再上升增長，電路進入正常振蕩工作狀態(tài)。稱為幅度平衡條件。 3. 正弦波振蕩電路的判斷 判斷電路能否產生正弦波振蕩的步驟如下：(1)檢

4、查電路的基本組成，一般應包含放大電路、反饋網絡、選頻網絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)等。(2)檢查放大電路是否工作在放大狀態(tài)。(3)檢查電路是否滿足振蕩產生的條件。一般情況下，幅度平衡條件容易滿足，重點檢查是否滿足相位條件和起振條件。判斷電路是否滿足相位條件采用瞬時極性法，沿著放大電路和反饋電路判斷反饋的性質。如果是正反饋則滿足相位條件，否則不滿足相位條件。具體判斷步驟如下。 a.斷開反饋支路與放大電路輸入端的連接點。 b.在斷點處的放大電路輸入端加信號ui，并設其極性為正(對地)，然后，按照先放大支路，后反饋支路的順序，逐次推斷電路有關各點的電位極性，從而確定ui和uf的相位關系。 c.如果ui和uf在某一頻

5、率下同相，電路滿足相位平衡條件。否則，不滿足相位平衡條件。例7.1： 判斷圖7-4所示電路能否產生自激振蕩。解： (1) 圖7.4(a)中，VT基極偏置電阻RB2被反饋線圈Lf短路接地，使VT處于截止狀態(tài)，不能進行放大，所以電路不能產生自激振蕩。 (2) 相位條件：采用瞬時極性法，設VT基極電位為“正”，根據共射電路的倒相作用，可知集電極電位為“負”，于是L同名端為“正”，根據同名端的定義得知，Lf同名端也為“正”，則反饋電壓極性為“負”。顯然，電路不能自激振蕩。 在圖7-4(a)所示的電路中接入隔直電容Cb，如圖7-4（b）所示。因隔直電容Cb避免了RB2被反饋線圈Lf短路，同時反饋電壓極性

6、為“正”，電路滿足振幅平衡和相位平衡條件，所以電路能產生自激振蕩。7.2 LC振蕩器LC振蕩器可分為變壓器耦合式振蕩器和三點式振蕩器。7.2.1 變壓器耦合式LC振蕩器1 電路結構電路特點是：用變壓器耦合方式把反饋信號送到輸入端。2 工作原理 設VT基極瞬間電壓極性為正，則集電極極性應為負，根據同名端的定義，基極所接反饋線圈極性上為正，下負，與原信號極性相同，為正反饋，滿足相位條件。選擇合適的參數，使電路具有足夠大的放大倍數，電路就能振蕩，調節(jié)Rp可改變輸出幅度。 變壓器耦合振蕩電路的振蕩頻率為 若調節(jié)L、C，可改變振蕩頻率?！纠?.2】調試圖7-5(a)所示電路時，如果出現下列現象，請予以解

7、釋。（1）對調反饋線圈的兩個接頭后就能起振；（2）調R1、R2或R3阻值后就能起振；（3）改用較大的晶體管后就能起振；（4）適當增加反饋線圈的匝數后就能起振；（5）適當增大L值或減小C值后就能起振；（6）調整R1、R2或R3的阻值后可使波形變好；（7）減小負載電阻時，輸出波形產生失真，有時甚至不能起振。解：（1）對調反饋線圈的兩個接頭后就能起振，說明原電路中反饋線圈極性接反了，形成了負反饋而不能起振。（2）調節(jié)R1、R2或R3阻值可改變電路的靜態(tài)工作點。調R1、R2或R3阻值后就能起振，說明原電路的工作點偏低，電壓放大倍數偏??；而調整工作點后電壓放大倍數提高，故能起振。（3）原電路中的太小，使

8、電壓放大倍數不滿足自激振蕩的幅度條件。改用較大的晶體管可使電壓放大倍數提高，易于振蕩。（4）原電路中的反饋強度不夠（反饋系數F太?。荒芷鹫?。增加反饋線圈的匝數可增大反饋值，使電路易于起振。（5）適當增大L值或減小C值，可使諧振阻抗增大，從而增大電路的電壓放大倍數，使電路易于起振。（6）調整R1、R2或R3的阻值可使靜態(tài)工作點合適，放大器工作在靠近線性區(qū)時穩(wěn)定振蕩，所以波形變好。（7）負載RL過小，折算到變壓器原邊的等值阻抗下降，晶體管的交流負載線變陡，容易產生截止失真，故波形不好；同時使輸出電壓下降，電壓放大倍數減小，故有時不能起振。3萬用表測量LC振蕩電路是否起振。 要判斷電路是否起振，

9、最好的方法是用示波器測量輸出端是否有振蕩信號信號。同時，可以通過檢測放大管在靜態(tài)和動態(tài)時管子的基射極之間的電壓uBE 來判斷電路是否起振。方法： （1）先用一根導線將振蕩電路的線圈兩端短路，使振蕩器停振，測出此時的uBE，電壓在0.60.7 V之間。 （2）將導線拆除，再測出此時的uBE，如振蕩器起振，則測得的uBE 比沒起振時的uBE小得越多。 將兩種情況下測得的uBE 進行比較，即可確定該電路是否起振。在檢修圖7-1的收音機振蕩電路時，常用這種方法判斷收音機的振蕩電路是否起振。7.2.2 三點式LC振蕩電路1電感三點式振蕩器 相位條件：當線圈1端電位為“”時，3端電位為“”，此時2端電位低

10、于1端而高于3端，即uf與uo反相，經倒相放大后，形成正反饋，即滿足相位條件。振幅條件：適當選擇2和1的比值，使，滿足振幅條件，電路就能振蕩。電路振蕩頻率為 式中M是1與2之間的互感系數。2. 電感三點式振蕩器的電路特點 (1)由于線圈L1和L2之間耦合很緊，因此比較容易起振。改變電感抽頭的位置，可以獲得滿意的正弦波輸出，且振蕩幅度較大。根據經驗，通?？梢赃x擇反饋線圈L2的匝數為整個線圈匝數的1/81/4。 (2)調節(jié)頻率方便。采用可變電容，可獲得個較寬的頻率調節(jié)范圍。該電路的工作頻率一般可達幾十千赫至幾十兆赫。 (3)由于電感反饋支路對高次諧波呈現較大的阻抗，所以輸出濾形中含有高次諧波的成分

11、較多，波形較差，且頻率穩(wěn)定度也不高。通常，該電路用于對頻率穩(wěn)定度和波形要求不高的電子設備中。3. 電容三點式振蕩器 相位條件：當線圈1端電位為“”時，3端電位為“”。此電壓經1、2分壓后，2端電位低于1端而高于3端，即uf與uo反相，經V倒相放大后，使1端獲“”電位，形成正反饋，滿足相位條件。 振幅條件：適當的選擇1、2的數值，使電路具有足夠大的放大倍數，電路可產生振蕩。 電路振蕩頻率為 4. 電容三點式振蕩電路的特點 (1)由于反饋電壓取自電容C2上的電壓，電容對于高次諧波阻抗很小，反饋電壓中的諧波分量很小，所以輸出波形較好。 (2)因為電容器C1，C2的電容值可以選得較小，并將放大管的極間

12、電容也計算到C1，C2中去，因此，振蕩頻率較高，一般可以達到100MHz以上。 (3)調節(jié)C1或C2可以改變振蕩頻率，但同時會影響起振條件，因此，這種電路適用于產生固定頻率的振蕩。如果要改變頻率，可在L兩端并聯一個可變電容?！纠?.3】試判斷圖7-8(a)所示電路是否有可能產生振蕩。若不可能產生振蕩，請指出電路中的錯誤。然后由讀者畫出一種正確的電路，寫出電路振蕩頻率表達式，計算電路的振蕩頻率。解：(1)圖7-8（a）電路中的選頻網絡由電容C1、C2和電感L組成。電路存在的問題是：三極管VT是放大元件，但直流偏置不合適；電容C1兩端電壓可作為反饋信號，但放大電路的輸出信號（三極管集電極信號）沒有

13、傳遞到選頻網絡。所以，該電路不可能產生振蕩。(2)修改后的電路見圖7-8（b），通常CE和CB的容量比較大，對交流可看作短路，則其相位滿足“射同基反”的原則，在各元件參數合適的情況下，電路可產生振蕩。參與選頻的元件是L、C1和C2，振蕩頻率表達式由讀者自行寫出。 圖 7-9 調頻發(fā)射機電路圖7.3 石英晶體振蕩器7.3.1 石英晶體的基本特性及其等效電路（a）石英晶體諧振器 (b)石英晶體諧振器用于電視機電路圖7-10石英晶體諧振器實物圖與應用電路 石英晶體諧振器習稱晶振。電視機中由于需要某些固定頻率的振蕩信號，采用了晶振。1符號和等效電路 石英晶體的精度高而穩(wěn)定。所以，采用石英晶體諧振器組成

14、振蕩電路，可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。圖7-11 石英晶體諧振器 當外加交變電壓的頻率等于晶體串聯諧振頻率fs時，回路發(fā)生串聯諧振；當外加交變電壓的頻率等于晶體并聯諧振頻率fp時，回路發(fā)生并聯諧振。產生諧振時的振蕩頻率稱晶體諧振器的振蕩頻率。石英晶體振蕩電路的形式是多種多樣的，但其基本電路只有兩類，即并聯晶體振蕩電路和串聯晶體振蕩電路。在并聯晶體振蕩電路中，石英晶體工作在fs與fp之間，利用晶體作為一個電感來組成振蕩電路；而在串聯晶體振蕩電路中，石英晶體工作在串聯諧振頻率fs處，利用阻抗最小的特性來組成振蕩電路。2有源晶體振蕩器 （a）有源晶振實物圖 （b）4引腳有源晶振管腳圖 （c）有源晶振的使

15、用電路圖 7-12 有源晶體振蕩器只有兩個引腳的晶振有些場合又稱為無源晶振，需要外加放大電路等才能產生振蕩信號。 有源晶體振蕩器習稱有源晶振，它是一個完整的振蕩器，即里面除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件。只要加上電源，就可以直接輸出振蕩信號。 7.3.2 石英晶體振蕩電路1并聯型晶體振蕩電路圖7-13 并聯型晶體振蕩電路 振蕩回路由C1、C2和晶振體組成。其中，晶振起電感L的作用，交流等效電路如圖7-9(b)所示。即振蕩頻率振蕩頻率基本上取決于晶體的固有頻率f s，故其頻率穩(wěn)定度高。 2串聯型晶體振蕩電路 圖7-14 串聯型晶體振蕩電路 晶體和電阻R串聯構成正反饋電路。當振蕩頻率等于晶體的

16、固有頻率fs時，晶體阻抗最小，且為純電阻，電路滿足自激振蕩條件而振蕩，其振蕩頻率為fo = fs。否則不能振蕩。調節(jié)電阻R可獲得波形良好的正弦波輸出。7.4 RC正弦波振蕩電路7.4.1 RC網絡的頻率響應圖7-15 RC串并聯網絡諧振頻率f0： 當輸入信號的頻率f=fo，即諧振時，輸出信號與輸入信號之間的相移F=0。且輸出電壓與輸出電壓之間的比值的絕對值為： 7.4.2 RC橋式正弦波振蕩電路圖7-16 RC橋式正弦波振蕩器 由于R和C并聯回路反饋回運算放大器同相端的反饋系數為：為滿足振蕩的幅度條件 所以A3。加入R1R2支路，構成串聯電壓負反饋，要求： 只要滿足了該幅度條件，該振蕩器就可以

17、振蕩輸出信號，振蕩頻率為： RC振蕩電路的穩(wěn)幅作用是靠熱敏電阻R2實現的。R2是正溫度系數熱敏電阻，當輸出電壓升高，R2上所加的電壓升高，溫度升高，R2的阻值增加，負反饋增強，輸出幅度下降，從而實現穩(wěn)幅作用。 例7.4： 圖7-17所示電路是沒有畫完整的正弦波振蕩器。（1）完成各節(jié)點的連接；（2）選擇電阻R2的阻值；（3）計算電路的振蕩頻率；圖7-17 例7.4電路圖解：（1）在本題圖中，當f=f0時，RC串并聯選頻網絡的相移為零，為了滿足相位條件，放大器的相移也應為零，所以節(jié)點J應與L相連接；為了減少非線性失真，放大電路引入負反饋，節(jié)點K應與M相連接。（2）為了滿足電路自行起振的條件，由于正

18、反饋網絡（選頻網絡）的反饋系數等于1/3（f=f0時），所以電路放大倍數應大于等于3，即R22R14k。故R2應選則大于4k。（3）電路的振蕩頻率圖7-18 是一種移相式RC振蕩器，在幅度方面只要滿足了 ，就可產生頻率為 的正弦波，試分析其工作原理。（提示：當信號流經電容和電阻構成的回路時，會產生相移，每一節(jié)RC電路的相移在90以內。）想一想：圖7-18 移相式RC振蕩器本章回顧1正弦波振蕩電路按選頻網絡不同，可分為LC振蕩電路、石英晶體振蕩電路和RC振蕩電路。它們由放大電路、正反饋電路、選頻電路和穩(wěn)幅電路組成。2電路產生自激振蕩必需同時滿足相位條件和振幅條件。具體判別的關鍵為：電路必需是一個

19、具有正反饋的正常放大電路。相位條件必須滿足： = A+F =2n （n=0，1，2，3）；起振幅度條件為： ；平衡幅度條件為： 。3正弦波振蕩器實質上是具有正反饋的放大器，LC振蕩器常用于高頻振蕩，石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度很高。LC振蕩器有變壓器耦合式和三點式。LC振蕩器都用LC諧振回路作選頻網絡，振蕩頻率較高，4RC振蕩器主要用于所需正弦波振蕩頻率較低的場合。頻率為 ，起振條件為A3。實驗 LC振蕩器及選頻放大器一、實驗目的 1、 掌握變壓器反饋式LC振蕩器的調整和測試方法； 2、 研究電路參數對LC振蕩器起振條件及輸出波形的影響。二、實驗設備與器件1、 12V直流電源 2、雙蹤示波器 3、 交流毫伏表 4、直流電壓表 5、 頻率計 6、振蕩線圈 7、 晶體三極管 3DG61(90111) 3DG121(90131) 8、電阻器、電容器若干三、實驗原理 晶體三極管VT1組成共射放大電路，變壓器VTr的原繞組 L1（振蕩線圈）與電容C組成調諧回路，它既做為放大器的負載，又起選頻作用，副繞組L2為反饋線圈，L3為輸出線圈。圖7-25 LC正弦波振蕩器實驗電路四、實驗內容 按圖7-25連接實驗電路。電位器RW置最大位置，振蕩電路的輸出端接示波器。 1、靜態(tài)工作點的調整