RC正弦波振蕩電路的振蕩頻率與R

會(huì)計(jì)學(xué)1RC正弦波振蕩電路的振蕩頻率與R6.1.1.振蕩的條件fidXXX-=改成正反饋只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。6.1正弦波振蕩電路的基本原理+Xi–f基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXX第1頁(yè)/共38頁(yè)如果：,ifXX=則去掉,iX仍有信號(hào)輸出。反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)。Xi+f基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXXXdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX第2頁(yè)/共38頁(yè)FA=1Xd=Xf所以，自激振蕩條件也可以寫(xiě)成：自激振蕩的條件：（1）振幅條件：（2）相位條件：pjjnFA2=+n是整數(shù)因?yàn)椋?.動(dòng)畫(huà)演示Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX第3頁(yè)/共38頁(yè)6.1.2.振蕩的物理過(guò)程起振條件：結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩（略大于）1、被動(dòng)：器件非線性2、主動(dòng)：在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的增益穩(wěn)幅過(guò)程：起振時(shí)，穩(wěn)定振蕩時(shí)，穩(wěn)幅措施：起振過(guò)程Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX第4頁(yè)/共38頁(yè)接通電源后，各種電擾動(dòng)→放大→選頻→正反饋→再放大→再正反饋……→振蕩器輸出電壓↑→器件進(jìn)入非線性區(qū)→穩(wěn)幅振蕩過(guò)程：第5頁(yè)/共38頁(yè)1.放大電路2.正反饋網(wǎng)絡(luò)3.選頻網(wǎng)絡(luò)——只對(duì)一個(gè)頻率滿足振蕩條件，從而獲得單一頻率的正弦波輸出。常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有RC選頻和LC選頻4.穩(wěn)幅電路——使電路易于起振又能穩(wěn)定振蕩，波形失真小。6.1.3.正弦波振蕩電路的組成第6頁(yè)/共38頁(yè)6.1.4、正弦波振蕩電路的分析方法（一）判斷電路能否產(chǎn)生正弦波1、檢查電路中是否存在放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。2、檢查放大電路能否正常工作，即能否建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)并能正常放大。3、利用瞬時(shí)極性法判斷電路是否引入了正反饋，即是否滿足相位平衡條件。（二）計(jì)算振蕩頻率、求起振條件第7頁(yè)/共38頁(yè)由維持振蕩的條件＝１可知，為實(shí)數(shù)，因此只要令復(fù)數(shù)表示式的虛部等于零，對(duì)頻率求解，即可求得振蕩頻率。將振蕩頻率代入起振條件＞１，可求出滿足起振條件的有關(guān)電路參數(shù)值，即常用的以電路參數(shù)表示的起振條件。（二）計(jì)算振蕩頻率、求起振條件第8頁(yè)/共38頁(yè)6.1.5、正弦波振蕩電路與負(fù)反饋放大電路

自激的比較振蕩電路負(fù)反饋電路反饋極性不同引入正反饋→產(chǎn)生自激振蕩引入負(fù)反饋→改善電路性能電路結(jié)構(gòu)保證正反饋存在電抗元件使負(fù)反饋?zhàn)冋米约ふ袷幈苊庾约ふ袷幷袷帡l件不同目的不同第9頁(yè)/共38頁(yè)6.2RC橋式正弦波振蕩電路6.2.1.RC

串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)R1C1

串聯(lián)阻抗：R2C2

并聯(lián)阻抗：選頻特性：第10頁(yè)/共38頁(yè)通常R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有若令

則上式變?yōu)橐驗(yàn)槭街笑兀?πf，ω0＝2πf0

f0＝＝－arctg

第11頁(yè)/共38頁(yè)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整的頻率特性曲線：當(dāng)時(shí)，│F│=│F│max=1/3φF+90°|F|第12頁(yè)/共38頁(yè)6.2.2.基本電路形式及振蕩的建立過(guò)程在f0處1.滿足相位條件：因?yàn)椋篈F=131=F1f+=RRA1f2RR=只需：A=3輸出正弦波頻率：2.振幅條件：引入負(fù)反饋：選：RC橋式正弦波振蕩電路1f2RR3.起振條件第13頁(yè)/共38頁(yè)4、穩(wěn)幅措施半導(dǎo)體熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)）起振時(shí)Rt較大使A>3,易起振。當(dāng)uo幅度自激增長(zhǎng)時(shí)，Rt減小，A減小。

當(dāng)uo幅度達(dá)某一值時(shí)，A→3。當(dāng)uo進(jìn)一步增大時(shí)，RT再減小,使A<3。因此uo幅度自動(dòng)穩(wěn)定于某一幅值。第14頁(yè)/共38頁(yè)能自動(dòng)穩(wěn)幅的振蕩電路

起振時(shí)D1、D2不導(dǎo)通，Rf1+Rf2略大于2R1。隨著uo的增加，D1、D2逐漸導(dǎo)通，Rf2被短接，A自動(dòng)下降，起到穩(wěn)幅作用。

將Rf分為Rf1

和Rf2，

Rf2并聯(lián)二極管EWB演示——RC振蕩器第15頁(yè)/共38頁(yè)K：雙聯(lián)波段開(kāi)關(guān)，切換R，用于粗調(diào)振蕩頻率。C：雙聯(lián)可調(diào)電容，改變C，用于細(xì)調(diào)振蕩頻率。五、振蕩頻率的調(diào)節(jié)：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：第16頁(yè)/共38頁(yè)RC正弦波振蕩電路的振蕩頻率與R、C的乘積成反比，如果希望它的振蕩頻率較高，勢(shì)必要減小R和C的數(shù)值。例如，若RC橋式正弦波振蕩電路中的R=1kΩ，C＝200pF，則振蕩頻率為f＝796kHz。如果希望獲得更高的振蕩頻率，那么還應(yīng)再減小R和C，而減小R將使放大電路的負(fù)載加重，減小C也不能超過(guò)一定的限度，否則振蕩頻度將受寄生電容的影響而不穩(wěn)定。因此，RC橋式正弦波振蕩電路的振蕩頻率多在幾百kHz以下。如果希望產(chǎn)生更高頻率的正弦信號(hào)，可采用下面介紹的LC正弦波振蕩電路6、RC正弦波振蕩電路的適用范圍第17頁(yè)/共38頁(yè)6.3.1.LC并聯(lián)諧振回路LC并聯(lián)諧振特點(diǎn)：諧振時(shí)，總路電流很小，支路電流很大，電感與電容的無(wú)功功率互相補(bǔ)償，電路呈阻性。R為電感和回路中的損耗電阻6.3LC正弦波振蕩電路Z＝ωL>>r＝Z＝ωL=電路發(fā)生并聯(lián)諧振。其諧振角頻率為ω0＝

f0

＝第18頁(yè)/共38頁(yè)

Q為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，Q值越大，曲線越陡越窄，選頻特性越好。諧振時(shí)LC并聯(lián)諧振電路相當(dāng)一個(gè)大電阻。LC并聯(lián)諧振回路的幅頻特性曲線|Z|Q小Q大Z＝－arctg第19頁(yè)/共38頁(yè)互感線圈的極性判別1234初級(jí)線圈次級(jí)線圈同名端1234+–+–

在LC振蕩器中，反饋信號(hào)通過(guò)互感線圈引出同名端：第20頁(yè)/共38頁(yè)6.3.2.變壓器反饋式LC振蕩電路

工作原理：三極管共射放大器。利用互感線圈的同名端：

滿足相位條件。振蕩頻率:第21頁(yè)/共38頁(yè)判斷是否是滿足相位條件——相位平衡法：

斷開(kāi)反饋到放大器的輸入端點(diǎn)，假設(shè)在輸入端加入一正極性的信號(hào)，用瞬時(shí)極性法判定反饋信號(hào)的極性。若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相，則滿足相位條件；否則不滿足。(+)(-)(+)第22頁(yè)/共38頁(yè)(+)(+)(+)(+)LC正弦波振蕩器舉例滿足相位平衡條件第23頁(yè)/共38頁(yè)（+）（+）（–）（+）

LC正弦波振蕩器舉例振蕩頻率:（–）滿足相位平衡條件第24頁(yè)/共38頁(yè)仍然由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)6.3.3.

電感三點(diǎn)式LC振蕩電路原理：uf與uo反相uf與uo同相電感三點(diǎn)式：電容三點(diǎn)式：uf與uo反相uf與uo同相第25頁(yè)/共38頁(yè)

電感三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩頻率：第26頁(yè)/共38頁(yè)6.3.4.電容三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩頻率：第27頁(yè)/共38頁(yè)例：試判斷下圖所示三點(diǎn)式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。V2eRRRb1CCcceb2c1RbCCLC3第28頁(yè)/共38頁(yè)Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。6.4

石英晶體振蕩電路頻率穩(wěn)定度一般由來(lái)衡量——頻率偏移量?！袷庮l率。LC振蕩電路Q——幾百石英晶體振蕩電路Q——10000500000

頻率穩(wěn)定問(wèn)題第29頁(yè)/共38頁(yè)6.4.1.

石英晶體的特性及等效電路（一）結(jié)構(gòu)及壓電效應(yīng)：極板間加電場(chǎng)極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場(chǎng)交變電壓機(jī)械振動(dòng)交變電壓機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高。當(dāng)交變電壓頻率=固有頻率時(shí)，振幅最大

符號(hào)壓電諧振壓電效應(yīng)：

基本特性第30頁(yè)/共38頁(yè)（二）石英晶體的等效電路等效電路：（1）串聯(lián)諧振（三）電抗特性：

晶體等效純阻且阻值≈0（2）并聯(lián)諧振通常所以X感性0容性第31頁(yè)/共38頁(yè)6.4.2.石英晶體正弦波振蕩電路利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點(diǎn)，構(gòu)成LC振蕩電路。1.并聯(lián)型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs與fp之間，相當(dāng)一個(gè)大電感，與C1、C2組成電容三點(diǎn)式振蕩器。由于石英晶體的Q值很高，可達(dá)到幾千以上，所以電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。X感性0容性第32頁(yè)/共38頁(yè)2.串聯(lián)型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs處，呈電阻性，而且阻抗最小，正反饋?zhàn)顝?qiáng)，相移為零,滿足振蕩的相位平衡條件。對(duì)于fs以外的頻率，石英晶體阻抗增大,且相移不為零，不滿足振蕩條件，電路不振蕩。

X感性0容性U+VRRRRebbe122C(+)(+).oCC1RRb1c(+)第33頁(yè)/共38頁(yè)例：分析下圖的振蕩電路能否產(chǎn)生振蕩，若產(chǎn)生振蕩,石英晶體處于何種狀態(tài)？第34頁(yè)/共38頁(yè)6.5正弦波振蕩電路工程應(yīng)用技術(shù)振蕩電路形式適應(yīng)范圍RC橋式<幾十kHz變壓器反饋式<幾十MHz電感三點(diǎn)式<幾十MHz電容三點(diǎn)式數(shù)百M(fèi)Hz頻率穩(wěn)定石英晶體振蕩器振幅穩(wěn)定加外穩(wěn)幅電路1電路形式的選擇第35頁(yè)/共38頁(yè)6.5.2、有源器件的選用—雙極型三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、集成運(yùn)放6.5.3、振蕩管工作點(diǎn)的選定——將靜態(tài)工作點(diǎn)選定在靠近截止區(qū)6.5.4、振蕩信號(hào)輸出方式的選擇——在振蕩電路與負(fù)載之間加隔離和緩沖電路，盡可能從低阻抗點(diǎn)取信號(hào)。6.5.5、典型故障的分析和處理減小正反饋量，提高負(fù)反饋量改變布線，縮短接線，增加去耦電路波形嚴(yán)重失真提高正反饋量，減小負(fù)反饋量不起振、停振第36頁(yè)/共38頁(yè)本章小結(jié)1．正弦波振蕩的條件：┃AF┃=1（振幅條件）（相位條件正弦波振蕩電路由放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)構(gòu)成。2．正弦波振蕩電路主要有RC振蕩電路和LC振蕩電路兩種。RC振蕩電路主要用于中低頻場(chǎng)合，LC振蕩電路主要用于高頻場(chǎng)合。石英晶體振蕩電路是一種特殊的LC振蕩電路，其特點(diǎn)是具有很高的頻率穩(wěn)定性。3．當(dāng)運(yùn)放開(kāi)環(huán)工作