（中職）電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能（電子信息類）第7章課件

1、（中職）電子技術(shù)基礎(chǔ)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(shí) 7.3 石英晶體振蕩器7.4 RC正弦波振蕩電路學(xué)習(xí)目標(biāo) 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(jié)構(gòu)7.1 正弦波振蕩器的基本知識(shí) 正弦波振蕩器：一種不需外加信號(hào)作用，能夠輸出正弦信號(hào)的自激振蕩電路。 圖7-1 收音機(jī)振蕩電路的實(shí)驗(yàn)測試板 由于正弦波振蕩器所產(chǎn)生的信號(hào)是某一特定頻率的信號(hào)，所以，必須有元件進(jìn)行頻率選定。利用在不同頻率的輸入信號(hào)下呈現(xiàn)不同電抗的元件電感L或電容C可以實(shí)現(xiàn)選頻率的選定。 根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)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(lián)諧振回路圖7-2 LC并聯(lián)電路LC回路如圖7-2所示。只有信號(hào)頻率為某一個(gè)數(shù)值(頻率f=fo)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)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(lián)網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率。 2自激振蕩電路的結(jié)構(gòu)圖 7-3 自激振蕩器結(jié)構(gòu)框圖 自激振蕩器的結(jié)構(gòu)如圖7-3所示，由放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅電路和反饋電路構(gòu)成，作用如下： (1)放大電路：具有信號(hào)放大作用，通過電源供給振蕩電路所需的能量。 (2)反饋網(wǎng)絡(luò)：作用是形成正反饋。 (3)選頻網(wǎng)絡(luò)：選擇滿足振蕩條件的某一個(gè)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(xiàn)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(shí)，輸出信號(hào)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(xiàn)是反饋電路的反饋系數(shù)。同時(shí)，由于信號(hào)的幅度不可能無窮無盡地增大，信號(hào)放大到一定時(shí)，放大電路進(jìn)入行非線性區(qū)，穩(wěn)幅電路使放大器的放大倍數(shù)A下降，最終與反饋系數(shù)F的乘積，從而使信號(hào)的輸出幅度穩(wěn)定不再上升增長，電路進(jìn)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(chǎn)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(yīng)包含放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)生的條件。一般情況下，幅度平衡條件容易滿足，重點(diǎn)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(shí)極性法，沿著放大電路和反饋電路判斷反饋的性質(zhì)。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(diǎn)。 b.在斷點(diǎn)處的放大電路輸入端加信號(hào)ui，并設(shè)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(guān)各點(diǎn)的電位極性，從而確定ui和uf的相位關(guān)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(chǎn)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?fàn)顟B(tài)，不能進(jìn)行放大，所以電路不能產(chǎn)生自激振蕩。 (2) 相位條件：采用瞬時(shí)極性法，設(shè)VT基極電位為“正”，根據(jù)共射電路的倒相作用，可知集電極電位為“負(fù)”，于是L同名端為“正”，根據(jù)同名端的定義得知，Lf同名端也為“正”，則反饋電壓極性為“負(fù)”。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(shí)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(chǎn)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(diǎn)式振蕩器。7.2.1 變壓器耦合式LC振蕩器1 電路結(jié)構(gòu)電路特點(diǎn)是：用變壓器耦合方式把反饋信號(hào)送到輸入端。2 工作原理 設(shè)VT基極瞬間電壓極性為正，則集電極極性應(yīng)為負(fù)，根據(jù)同名端的定義，基極所接反饋線圈極性上為正，下負(fù)，與原信號(hào)極性相同，為正反饋，滿足相位條件。選擇合適的參數(shù)，使電路具有足夠大的放大倍數(shù)，電路就能振蕩，調(diào)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(diào)節(jié)L、C，可改變振蕩頻率?！纠?.2】調(diào)試圖7-5(a)所示電路時(shí)，如果出現(xiàn)下列現(xiàn)象，請予以解

7、釋。（1）對調(diào)反饋線圈的兩個(gè)接頭后就能起振；（2）調(diào)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(dāng)增加反饋線圈的匝數(shù)后就能起振；（5）適當(dāng)增大L值或減小C值后就能起振；（6）調(diào)整R1、R2或R3的阻值后可使波形變好；（7）減小負(fù)載電阻時(shí)，輸出波形產(chǎn)生失真，有時(shí)甚至不能起振。解：（1）對調(diào)反饋線圈的兩個(gè)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(fù)反饋而不能起振。（2）調(diào)節(jié)R1、R2或R3阻值可改變電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。調(diào)R1、R2或R3阻值后就能起振，說明原電路的工作點(diǎn)偏低，電壓放大倍數(shù)偏??；而調(diào)整工作點(diǎn)后電壓放大倍數(shù)提高，故能起振。（3）原電路中的太小，使

8、電壓放大倍數(shù)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(shù)提高，易于振蕩。（4）原電路中的反饋強(qiáng)度不夠（反饋系數(shù)F太?。?，不能起振。增加反饋線圈的匝數(shù)可增大反饋值，使電路易于起振。（5）適當(dāng)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(shù)，使電路易于起振。（6）調(diào)整R1、R2或R3的阻值可使靜態(tài)工作點(diǎn)合適，放大器工作在靠近線性區(qū)時(shí)穩(wěn)定振蕩，所以波形變好。（7）負(fù)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(fù)載線變陡，容易產(chǎn)生截止失真，故波形不好；同時(shí)使輸出電壓下降，電壓放大倍數(shù)減小，故有時(shí)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(hào)信號(hào)。同時(shí)，可以通過檢測放大管在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)時(shí)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(dǎo)線將振蕩電路的線圈兩端短路，使振蕩器停振，測出此時(shí)的uBE，電壓在0.60.7 V之間。 （2）將導(dǎo)線拆除，再測出此時(shí)的uBE，如振蕩器起振，則測得的uBE 比沒起振時(shí)的uBE小得越多。 將兩種情況下測得的uBE 進(jìn)行比較，即可確定該電路是否起振。在檢修圖7-1的收音機(jī)振蕩電路時(shí)，常用這種方法判斷收音機(jī)的振蕩電路是否起振。7.2.2 三點(diǎn)式LC振蕩電路1電感三點(diǎn)式振蕩器 相位條件：當(dāng)線圈1端電位為“”時(shí)，3端電位為“”，此時(shí)2端電位低

10、于1端而高于3端，即uf與uo反相，經(jīng)倒相放大后，形成正反饋，即滿足相位條件。振幅條件：適當(dāng)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(shù)。2. 電感三點(diǎn)式振蕩器的電路特點(diǎn) (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(jù)經(jīng)驗(yàn)，通常可以選擇反饋線圈L2的匝數(shù)為整個(gè)線圈匝數(shù)的1/81/4。 (2)調(diào)節(jié)頻率方便。采用可變電容，可獲得個(gè)較寬的頻率調(diào)節(jié)范圍。該電路的工作頻率一般可達(dá)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(xiàn)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(shè)備中。3. 電容三點(diǎn)式振蕩器 相位條件：當(dāng)線圈1端電位為“”時(shí)，3端電位為“”。此電壓經(jīng)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(jīng)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(dāng)?shù)倪x擇1、2的數(shù)值，使電路具有足夠大的放大倍數(shù)，電路可產(chǎn)生振蕩。 電路振蕩頻率為 4. 電容三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn) (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?yàn)殡娙萜鰿1，C2的電容值可以選得較小，并將放大管的極間

12、電容也計(jì)算到C1，C2中去，因此，振蕩頻率較高，一般可以達(dá)到100MHz以上。 (3)調(diào)節(jié)C1或C2可以改變振蕩頻率，但同時(shí)會(huì)影響起振條件，因此，這種電路適用于產(chǎn)生固定頻率的振蕩。如果要改變頻率，可在L兩端并聯(lián)一個(gè)可變電容?！纠?.3】試判斷圖7-8(a)所示電路是否有可能產(chǎn)生振蕩。若不可能產(chǎn)生振蕩，請指出電路中的錯(cuò)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(dá)式，計(jì)算電路的振蕩頻率。解：(1)圖7-8（a）電路中的選頻網(wǎng)絡(luò)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(hào)，但放大電路的輸出信號(hào)（三極管集電極信號(hào)）沒有

13、傳遞到選頻網(wǎng)絡(luò)。所以，該電路不可能產(chǎn)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(shù)合適的情況下，電路可產(chǎn)生振蕩。參與選頻的元件是L、C1和C2，振蕩頻率表達(dá)式由讀者自行寫出。 圖 7-9 調(diào)頻發(fā)射機(jī)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(jī)電路圖7-10石英晶體諧振器實(shí)物圖與應(yīng)用電路 石英晶體諧振器習(xí)稱晶振。電視機(jī)中由于需要某些固定頻率的振蕩信號(hào)，采用了晶振。1符號(hào)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(dāng)外加交變電壓的頻率等于晶體串聯(lián)諧振頻率fs時(shí)，回路發(fā)生串聯(lián)諧振；當(dāng)外加交變電壓的頻率等于晶體并聯(lián)諧振頻率fp時(shí)，回路發(fā)生并聯(lián)諧振。產(chǎn)生諧振時(shí)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(lián)晶體振蕩電路和串聯(lián)晶體振蕩電路。在并聯(lián)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(gè)電感來組成振蕩電路；而在串聯(lián)晶體振蕩電路中，石英晶體工作在串聯(lián)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(shí)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(gè)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(chǎn)生振蕩信號(hào)。 有源晶體振蕩器習(xí)稱有源晶振，它是一個(gè)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(hào)。 7.3.2 石英晶體振蕩電路1并聯(lián)型晶體振蕩電路圖7-13 并聯(lián)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(lián)型晶體振蕩電路 圖7-14 串聯(lián)型晶體振蕩電路 晶體和電阻R串聯(lián)構(gòu)成正反饋電路。當(dāng)振蕩頻率等于晶體的

16、固有頻率fs時(shí)，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(diào)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(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)圖7-15 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)諧振頻率f0： 當(dāng)輸入信號(hào)的頻率f=fo，即諧振時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)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(lián)回路反饋回運(yùn)算放大器同相端的反饋系數(shù)為：為滿足振蕩的幅度條件 所以A3。加入R1R2支路，構(gòu)成串聯(lián)電壓負(fù)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(hào)，振蕩頻率為： RC振蕩電路的穩(wěn)幅作用是靠熱敏電阻R2實(shí)現(xiàn)的。R2是正溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)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(fù)反饋增強(qiáng)，輸出幅度下降，從而實(shí)現(xiàn)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(diǎn)的連接；（2）選擇電阻R2的阻值；（3）計(jì)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(dāng)f=f0時(shí)，RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的相移為零，為了滿足相位條件，放大器的相移也應(yīng)為零，所以節(jié)點(diǎn)J應(yīng)與L相連接；為了減少非線性失真，放大電路引入負(fù)反饋，節(jié)點(diǎn)K應(yīng)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(wǎng)絡(luò)（選頻網(wǎng)絡(luò)）的反饋系數(shù)等于1/3（f=f0時(shí)），所以電路放大倍數(shù)應(yīng)大于等于3，即R22R14k。故R2應(yīng)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(chǎn)生頻率為 的正弦波，試分析其工作原理。（提示：當(dāng)信號(hào)流經(jīng)電容和電阻構(gòu)成的回路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相移，每一節(jié)RC電路的相移在90以內(nèi)。）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(wǎng)絡(luò)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(chǎn)生自激振蕩必需同時(shí)滿足相位條件和振幅條件。具體判別的關(guān)鍵為：電路必需是一個(gè)

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(shí)質(zhì)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(diǎn)式。LC振蕩器都用LC諧振回路作選頻網(wǎng)絡(luò)，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(shí)驗(yàn) LC振蕩器及選頻放大器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、 掌握變壓器反饋式LC振蕩器的調(diào)整和測試方法； 2、 研究電路參數(shù)對LC振蕩器起振條件及輸出波形的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)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(jì) 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(shí)驗(yàn)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(diào)諧回路，它既做為放大器的負(fù)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(shí)驗(yàn)電路四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 按圖7-25連接實(shí)驗(yàn)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(diǎn)的調(diào)整