調(diào)諧放大器和正弦波振蕩器

1、調(diào)諧放大器和正弦波振蕩器第1頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三本章學(xué)習(xí)目標(biāo)理解調(diào)諧放大器的工作原理，了解基本調(diào)諧放大電路的構(gòu)成和工作原理。理解自激振蕩的原理，掌握自激振蕩的條件，了解自激振蕩的建立過程，掌握判別電路是否產(chǎn)生自激振蕩的方法。理解變壓器耦合式 LC 振蕩器的構(gòu)成和工作原理。第2頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三了解三點(diǎn)式 LC 振蕩器的分類，清楚這些振蕩器的工作原理，理解三點(diǎn)式振蕩器的特點(diǎn)。了解石英晶體的基本特性、符號(hào)、等效電路及諧振頻率的基本知識(shí)。理解石英體振蕩電路的構(gòu)成和工作原理，了解石英晶體在不同類型的振蕩電路中的作用。了解用集成運(yùn)

2、放電路組成的 LC 振蕩電路的工作原理。第3頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三6.1調(diào)諧放大器6.1.1調(diào)諧放大器的工作原理6.1.2兩種基本的調(diào)諧放大電路第4頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三6.1.1調(diào)諧放大器的工作原理調(diào)諧放大器：具有選頻放大能力的放大電路。電路特點(diǎn)：LC 諧振回路作負(fù)載。應(yīng)用：無線電發(fā)射和接收設(shè)備。第5頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三一、LC 并聯(lián)電路R 為并聯(lián)電路損耗電阻。阻抗頻率特性表示了 LC 并聯(lián)電路的阻抗 Z 與信號(hào)頻率 f 之間的變化關(guān)系。當(dāng) f = f0 時(shí)，LC 并聯(lián)電路發(fā)生諧振，阻抗最

3、大。當(dāng) f f0 時(shí)，電路失諧，阻抗很小。因此，f0 稱為諧振頻率，又稱固有頻率，即可見，元件 L、C 取定值時(shí)，諧振頻率 f0 是一個(gè)常數(shù)。第6頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三可見，LC 并聯(lián)電路隨信號(hào)頻率的變化呈現(xiàn)不同的性質(zhì)。 2相位頻率特性表示了 LC 并聯(lián)電路兩端電壓 v 和流進(jìn)并聯(lián)電路電流 I 之間的相位角之差 與信號(hào)頻率 f 之間的變化關(guān)系。當(dāng) f = f0 時(shí)， = 0，電路呈純阻性；當(dāng) f 0，電路呈感性；當(dāng) f f0 時(shí)， 1，滿足振幅條件。電路就能振蕩。第25頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三由于反饋電壓 vf 取自 L 兩端，

4、故改變線圈抽頭位置，可調(diào)節(jié)振蕩器的輸出幅度。L 越大，反饋越強(qiáng)，振蕩輸出越大，反之，L2 越小，反饋越小，不易起振。電路振蕩頻率為其中 M 是 L與 L 之間的互感系數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：振蕩頻率很高，一般可達(dá)到幾十兆赫；缺點(diǎn)：波形失真較大。第26頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三2電容三點(diǎn)式振蕩器電路交流通路相位條件：當(dāng)線圈 1 端電位為“+”時(shí)，3 端電位為“-”。此電壓經(jīng) C1、C2 分壓后，2 端電位低于 1 端而高于 3 端，即 vf 與 vo 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 C、C2 的數(shù)值，使電路具有足夠

5、大的放大倍數(shù)，電路可產(chǎn)生振蕩。電路振蕩頻率為 而電路特點(diǎn)：頻率較高，可達(dá) 100 MHz 以上。優(yōu)點(diǎn)：輸出波形好。缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)頻率不方便。第27頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三3改進(jìn)的電容三點(diǎn)式振蕩器Ci 和 Co 分別是三極管的輸入和輸出電容，其數(shù)值隨溫度而變化，直接影響 LC 回路的振蕩頻率。取 C1 Co，C2 Ci，以減小 Ci 和 Co 對(duì)振蕩頻率的影響，提高其穩(wěn)定性。由于 C1、C2 的增大，會(huì)導(dǎo)致 Q 值下降，且調(diào)節(jié)振蕩頻率時(shí)，必須同時(shí)改變 C1、C2，實(shí)屬困難。為此，在 LC 回路中的電感支路串入一小電容 C3，得到改進(jìn)的電容三點(diǎn)式振蕩器。第28頁，共43

6、頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三取 C3 C1，C3 C2。這樣，振蕩頻率 f0 與 C1、C2 、Ci、Co 基本無關(guān)，只取決于 C3 和 L。振蕩頻率為優(yōu)點(diǎn)：振蕩波形好，頻率比較穩(wěn)定。缺點(diǎn)：調(diào)節(jié) C3 時(shí)，輸出信號(hào)幅度會(huì)隨頻率增大而降低。第29頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三6.2.3石英晶體振蕩器電路特點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度高，可達(dá) 10-11 10-6 量級(jí)。一、石英晶體的基本特性及其等效電路石英晶體諧振器是在晶片的兩個(gè)對(duì)面上噴涂一對(duì)金屬極板，引出兩個(gè)電極，加以封裝所構(gòu)成的器件。第30頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三1壓電效應(yīng)壓電效

7、應(yīng)：晶片在電壓產(chǎn)生的機(jī)械壓力下，其表面電荷的極性隨機(jī)械拉力而改變的一種現(xiàn)象。壓電諧振：外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時(shí)，回路發(fā)生串聯(lián)諧振，電流振幅最大的一種現(xiàn)象。產(chǎn)生壓電諧振時(shí)的振蕩頻率稱晶體諧振器的諧振頻率。第31頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三2符號(hào)和等效電路 當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí)，可用靜態(tài)電容 C0 來等效，一般約為幾皮法到幾十皮法；當(dāng)晶體振動(dòng)時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感 L 來等效，一般為 10-3 10-2 H；晶片的彈性可用電容 C 來等效，一般為 10-2 10-1 pF；晶片振動(dòng)時(shí)的損耗用 R 來等效，阻值約為 102 ?？芍?，品質(zhì)因數(shù) Q 很大，可達(dá) 10

8、4 106。加之晶體的固有頻率只與晶片的幾何尺寸有關(guān)，其精度高而穩(wěn)定。所以，采用石英晶體諧振器組成振蕩電路，可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。第32頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三它有兩個(gè)諧振頻率（1）當(dāng)L、C、R 支路串聯(lián)諧振時(shí)，等效電路的阻抗最小，串聯(lián)諧振頻率為 （2）當(dāng)?shù)刃щ娐凡⒙?lián)諧振時(shí)，并聯(lián)諧振頻率為由于 C C0，因此 fs 和 fp 兩個(gè)頻率非常接近。第33頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三3電抗頻率特性石英諧振器在 fs 和 fp 之間為感性，在此區(qū)域之外為容性。第34頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三二、石英晶體振蕩電路

9、振蕩頻率在晶體諧振器的 fs 與 fp 之間。由于回路電容是 C1 和 C2 串聯(lián)后與 Co 并聯(lián)，再與 C 串聯(lián)，則回路電容為1并聯(lián)型晶體振蕩電路 振蕩回路由 C1、C2 和晶體組成。其中，晶體起電感L的作用。等效電路：第35頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三振蕩回路的諧振頻率為由于 C C0 + C，則諧振頻率近似為可見，振蕩頻率基本上取決于晶體的固有頻率 fs。故其頻率穩(wěn)定度高。第36頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三2串聯(lián)型晶體振蕩電路晶體與電阻 R 串聯(lián)構(gòu)成正反饋電路。當(dāng)振蕩頻率等于晶體的固有頻率 fs 時(shí)，晶體阻抗最小，且為純電阻，電路滿

10、足自激振蕩條件而振蕩，其振蕩頻率為 f0 = fs。否則不能振蕩。調(diào)節(jié)電阻 R 可獲得良好的正弦波輸出。第37頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三6.2.4用集成運(yùn)算放大器組成的振蕩電路L 和 C 構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)與電阻 R3 組成正反饋支路；R1 和 R2 組成負(fù)反饋支路。當(dāng)電源接通后，集成運(yùn)放輸出信號(hào)經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)選出頻率為 的信號(hào)從同相端輸入，形成正反饋。輸出端可輸出頻率較高的正弦波振蕩信號(hào)，其信號(hào)幅度由電位器 R3 調(diào)節(jié)。第38頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三本章小結(jié)調(diào)諧放大器是一種選頻放大器。它利用 LC 并聯(lián)諧振電路的選頻特性在頻率眾多的信號(hào)中選

11、出某一頻率的信號(hào)加以放大。調(diào)諧放大器有單回路調(diào)諧和雙回路調(diào)諧兩種基本電路。雙回路調(diào)諧放大器可以在一定的頻帶內(nèi)具有良好的選擇性。電路產(chǎn)生自激振蕩必須同時(shí)滿足相位平衡條件和振幅平衡條件。具體判別的關(guān)鍵為：電路必須是一個(gè)具有正反饋的正常放大電路。第39頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三正弦波振蕩器實(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?？梢杂眉蛇\(yùn)放組成 LC 振蕩器。振蕩器的種類很多，可分為正弦波和非正弦波兩大類。各種振蕩器都有各自的用途，它們的集成電路的形式廣泛用于電子玩具、發(fā)聲設(shè)備及石英電子鐘等各個(gè)方面。第40頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)46分，星期三本章重點(diǎn)了解調(diào)諧放大器的電路結(jié)構(gòu)、工作特點(diǎn)及工作原理。理解正弦波振蕩電路的工作原理、振蕩條件。掌握變壓器耦合及三點(diǎn)式LC振蕩電路的工作原理及振蕩頻率。了解石英晶體振蕩電路。第41頁，共43頁，20