第6章正弦波振蕩器第一頁，共89頁。第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法

§2.RC正弦波振蕩器

§3.LC正弦波振蕩器§4.石英晶體振蕩器§5.電壓比較器*§6.非正弦波發(fā)生器*第六章正弦波振蕩器第二頁，共89頁。§1.正弦波振蕩器的分析方法一、負(fù)反饋放大電路的自激振蕩二、正弦波振蕩電路的分析方法第六章正弦波振蕩器

§1.正弦波振蕩器的分析方法第三頁，共89頁。一、負(fù)反饋放大電路的自激振蕩

一、負(fù)反饋放大電路的自激振蕩第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法

在第四章的學(xué)習(xí)中，已介紹引入負(fù)反饋能夠改善放大電路的各項(xiàng)性能指標(biāo)，而且改善的程度與反饋深度1+AF有關(guān)，一般來說，反饋深度愈深，改善的效果愈顯著。

但對多級放大電路而言，引入負(fù)反饋可能使放大電路產(chǎn)生自激振蕩——放大電路的輸入端不加信號，在其輸出端也會出現(xiàn)具有一定頻率和幅度的輸出波形。在這種情況下，輸出信號不受輸入信號的控制，放大電路失去了放大作用，不能正常工作。下面簡單分析一下負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的原因。

第四頁，共89頁。1、產(chǎn)生自激振蕩的原因一、負(fù)反饋放大電路的自激振蕩第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法一、負(fù)反饋放大電路的自激振蕩

負(fù)反饋放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)若則自激振蕩負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件或幅度條件相位條件(n=0、1、2、…)第五頁，共89頁。一、負(fù)反饋放大電路的自激振蕩第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法1、產(chǎn)生自激振蕩的原因一、負(fù)反饋放大電路的自激振蕩

根據(jù)前面學(xué)習(xí)第四章時的討論可知，對于負(fù)反饋放大電路而言，通常表達(dá)式中的分母，因而。那么，為什么負(fù)反饋放大電路會產(chǎn)生自激振蕩呢？這是因?yàn)樗^負(fù)反饋，一般是指在中頻時接成負(fù)反饋，但放大電路的放大倍數(shù)和反饋系數(shù)常常是頻率的函數(shù)。當(dāng)信號頻率變化時，、的模和相角都將隨之改變，在高頻或低頻時有可能變?yōu)?，甚至，則原來中頻時的負(fù)反饋此時將變?yōu)檎答?，甚至產(chǎn)生自激振蕩。

第六頁，共89頁。即可滿足自激振蕩的相位條件。若回路增益足夠大,能同時滿足自激振蕩的幅度條件，則放大電路將產(chǎn)生自激振蕩。

由圖6.1.1可見，阻容耦合單管共射放大電路在中頻段時φ=－180°，而在低頻段和高頻段，還將分別產(chǎn)生Δφ=0~+90°和Δφ=0~－90°的附加相移。顯然，如為兩級放大電路，可以產(chǎn)生0~±180°的附加相移，而對于三級放大電路，附加相移可達(dá)0~±270°。如果當(dāng)信號為某個頻率時，附加相移等于180°,假設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為純阻性，則此時,一、負(fù)反饋放大電路的自激振蕩第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法圖

6.1.1

第七頁，共89頁。

由以上分析可知，單級負(fù)反饋放大電路是穩(wěn)定的，不會產(chǎn)生自激振蕩，因?yàn)樽畲蟾郊酉嘁撇豢赡艹^90°。兩級負(fù)反饋放大電路一般來說也是穩(wěn)定的，因?yàn)殡m然當(dāng)f→∞或f

=0時的相移可達(dá)到±180°，但此時，不滿足產(chǎn)生自激振蕩的幅度條件。三級負(fù)反饋放大電路則只要達(dá)到一定的反饋深度即可產(chǎn)生自激振蕩，因?yàn)樵诘皖l和高頻范圍內(nèi)可以分別找出一個滿足相移為±180°的頻率，而且，所以三級及三級以上的負(fù)反饋放大電路，在深度反饋條件下必須采取措施來破壞自激振蕩條件，才能穩(wěn)定地工作。

一、負(fù)反饋放大電路的自激振蕩第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法第八頁，共89頁。一、負(fù)反饋放大電路的自激振蕩第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法2、自激振蕩的判斷方法一、負(fù)反饋放大電路的自激振蕩

從自激振蕩的兩個條件看，一般來說相位條件是主要的。當(dāng)相位條件得到滿足之后，在絕大多數(shù)情況下只要，放大電路就將產(chǎn)生自激振蕩。為了判斷負(fù)反饋放大電路是否振蕩，可以利用其回路增益的波特圖(對數(shù)頻率特性)，綜合考察電路的幅頻特性和相頻特性，分析是否同時滿足自激振蕩的幅度條件和相位條件。第九頁，共89頁。

例如，某負(fù)反饋放大電路的波特圖如圖6.1.2(a)所示。由圖中的相頻特性可見，當(dāng)f=fo時，的相位移φAF=－180°，而在此頻率，對應(yīng)的對數(shù)幅頻特性位于橫坐標(biāo)軸之上，即，或，說明當(dāng)f=fo時電路同時滿足自激振蕩的相位條件和幅度條件，所以該負(fù)反饋放大電路將產(chǎn)生自激振蕩。

圖

6.1.2(a)

一、負(fù)反饋放大電路的自激振蕩第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法第十頁，共89頁。圖6.1.2(b)

又如另一負(fù)反饋放大電路的波特圖如圖6.1.2(b)所示。由圖可見，當(dāng)φAF=－180°時，相應(yīng)的對數(shù)幅頻特性位于橫坐標(biāo)軸之下，即，或，說明這個負(fù)反饋放大電路不會產(chǎn)生自激振蕩，能夠穩(wěn)定工作。一、負(fù)反饋放大電路的自激振蕩.第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法第十一頁，共89頁。

二、正弦波振蕩電路的分析方法第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法1、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件二、正弦波振蕩電路的分析方法

由上面的介紹可知，放大電路引入負(fù)反饋后，在一定條件下可能產(chǎn)生自激振蕩，使電路不能正常工作，因此必須設(shè)法消除這種振蕩。但是，在另一些情況下，又有意識地利用自激振蕩現(xiàn)象，使放大器變成振蕩器，以便產(chǎn)生各種頻率的正弦波信號。首先來討論產(chǎn)生正弦波振蕩的條件。

第十二頁，共89頁。

二、正弦波振蕩電路的分析方法第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法1、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件二、正弦波振蕩電路的分析方法

產(chǎn)生振蕩的條件幅度條件相位條件第十三頁，共89頁。

式(6.1.5)所表示的幅度平衡條件，是表示振蕩電路已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)幅振蕩時的情況。但若要求振蕩電路能夠自行起振，開始時必須滿足的幅度條件。然后在振蕩建立的過程中，隨著振幅的增大，由于電路中非線性元件的限制，使值逐步下降，最后達(dá)到，使振蕩電路處于穩(wěn)幅振蕩狀態(tài)，即輸出的正弦波電壓的幅度達(dá)到穩(wěn)定。

二、正弦波振蕩電路的分析方法第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法1、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件二、正弦波振蕩電路的分析方法

第十四頁，共89頁。二、正弦波振蕩電路的分析方法第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法二、正弦波振蕩電路的分析方法

2、正弦波振蕩電路的組成和分析步驟

一般來說，正弦波振蕩電路應(yīng)該具有放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)；此外電路中還應(yīng)包含有選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，前者是為了獲得單一頻率的正弦波振蕩，后者是為了達(dá)到穩(wěn)幅振蕩。

正弦波振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)若由電阻和電容元件組成，則稱為RC正弦波振蕩電路；若由電感和電容元件組成，則稱為LC正弦波振蕩電路。第十五頁，共89頁。二、正弦波振蕩電路的分析方法第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法二、正弦波振蕩電路的分析方法

2、正弦波振蕩電路的組成和分析步驟一般可以采用以下步驟來分析振蕩電路的工作原理①判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩

首先，檢查電路是否具有正弦波振蕩電路的組成部分，即是否具有放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。

其次，檢查放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是否能保證放大電路正常工作。

最后，分析電路是否滿足自激振蕩條件；首先檢查相位平衡條件，至于幅度條件一般比較容易滿足。第十六頁，共89頁。

判斷相位平衡條件的方法是：假設(shè)斷開反饋信號至放大電路的輸入端點(diǎn)，并把放大電路的輸入阻抗作為反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。在放大電路的斷開端點(diǎn)處加信號電壓，經(jīng)放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)得反饋電壓。根據(jù)放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)的相頻特性，分析和的相位關(guān)系。如果在某一特定頻率下相位差為±2nπ(n=0、1、2、…)，則電路滿足相位平衡條件。

二、正弦波振蕩電路的分析方法第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法二、正弦波振蕩電路的分析方法

2、正弦波振蕩電路的組成和分析步驟第十七頁，共89頁。二、正弦波振蕩電路的分析方法第六章正弦波振蕩器§1.正弦波振蕩器的分析方法二、正弦波振蕩電路的分析方法

2、正弦波振蕩電路的組成和分析步驟一般可以采用以下步驟來分析振蕩電路的工作原理②估算振蕩頻率和起振條件

振蕩頻率由相位平衡條件所決定，而起振條件可由幅度平衡條件的關(guān)系式求得。為了估算振蕩頻率，需要畫出斷開反饋信號至放大電路的輸入端點(diǎn)后的交流等效電路，寫出回路增益的的表示式。令，即可求得滿足該條件的頻率fo，此fo即為振蕩頻率；然后令f=fo時的值大于1，即得起振條件。下面結(jié)合具體電路進(jìn)行分析。第十八頁，共89頁?！?.RC正弦波振蕩器一、RC串并式正弦波振蕩器二、其他形式的RC振蕩電路(略)第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器第十九頁，共89頁。RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路用以產(chǎn)生低頻正弦波信號，是一種使用十分廣泛的RC振蕩電路。一、RC串并式正弦波振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

圖6.2.1

振蕩電路的原理圖如圖所示。其中集成運(yùn)放A作為放大電路，它的選頻網(wǎng)絡(luò)兼反饋網(wǎng)絡(luò)是一個由R、C元件組成的串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，RF和R3支路引入一個負(fù)反饋。

串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的R1、C1和R2、C2以及負(fù)反饋支路中的RF和R3正好組成一個電橋的四個臂，因此這種電路又稱為文氏電橋振蕩電路。一、RC串并式正弦波振蕩器

第二十頁，共89頁。一、RC串并式正弦波振蕩器

一、RC串并式正弦波振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

1、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性

假設(shè)輸入一個幅度恒定的正弦電壓，當(dāng)其頻率逐漸變化時，觀察R2、C2并聯(lián)支路兩端電壓的變化情況。在頻率比較低的情況下第二十一頁，共89頁。一、RC串并式正弦波振蕩器

一、RC串并式正弦波振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

假設(shè)輸入一個幅度恒定的正弦電壓，當(dāng)其頻率逐漸變化時，觀察R2、C2并聯(lián)支路兩端電壓的變化情況。在頻率比較高的情況下1、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性第二十二頁，共89頁。一、RC串并式正弦波振蕩器

一、RC串并式正弦波振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

1、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性第二十三頁，共89頁。一、RC串并式正弦波振蕩器

一、RC串并式正弦波振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

1、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性通常取R1=R2=R，C1

=C2=C，令。幅頻特性相頻特性第二十四頁，共89頁。一、RC串并式正弦波振蕩器

一、RC串并式正弦波振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

1、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性當(dāng)時，的幅值達(dá)到最大，等于幅值的，且與同相。第二十五頁，共89頁。一、RC串并式正弦波振蕩器

一、RC串并式正弦波振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

2、振蕩頻率與起振條件振蕩頻率圖6.2.1起振條件第二十六頁，共89頁。一、RC串并式正弦波振蕩器

一、RC串并式正弦波振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

3、振蕩電路中的負(fù)反饋

電阻RF和R3引入的電壓串聯(lián)負(fù)反饋，提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善了振蕩電路的輸出波形,進(jìn)一步提高了放大電路的輸入電阻，降低了輸出電阻，從而減小了放大電路對RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)選頻特性的影響，提高了振蕩電路的帶負(fù)載能力。

圖6.2.1

改變電阻RF或R3阻值的大小可以調(diào)節(jié)負(fù)反饋的深度。第二十七頁，共89頁。一、RC串并式正弦波振蕩器

一、RC串并式正弦波振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

3、振蕩電路中的負(fù)反饋圖6.2.2

在實(shí)際工作中，希望電路能夠根據(jù)振蕩幅度的大小自動地改變負(fù)反饋的強(qiáng)弱，以實(shí)現(xiàn)自動穩(wěn)幅。

可在負(fù)反饋支路中采用熱敏電阻來實(shí)現(xiàn)自動穩(wěn)幅，如圖6.2.2所示。在圖中可以看到利用具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT代替原來的反饋電阻RF。圖6.2.1第二十八頁，共89頁。一、RC串并式正弦波振蕩器

一、RC串并式正弦波振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

4、振蕩頻率的調(diào)節(jié)圖6.2.3只要改變電阻R或電容C，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率

如圖6.2.3所示，在RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，利用波段開關(guān)換接不同容量的電容對振蕩頻率進(jìn)行粗調(diào),利用同軸電位器對振蕩頻率進(jìn)行細(xì)調(diào)，采用這種辦法可以很方便地在一個比較寬的范圍內(nèi)對振蕩頻率進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。

第二十九頁，共89頁?！纠?】一臺由文氏電橋振蕩電路組成的正弦波信號發(fā)生器，采用如圖6.2.3所示的方法調(diào)節(jié)輸出頻率。切換不同的電容作為頻率的粗調(diào)，調(diào)節(jié)同軸電位器作為細(xì)調(diào)。已知C1、C2、C3分別為0.25μF、0.025μF、0.0025μF，固定電阻R=3kΩ，電位器Rw=30kΩ。試估算該信號發(fā)生器三檔頻率的調(diào)節(jié)范圍。

一、RC串并式正弦波振蕩器

一、RC串并式正弦波振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

4、振蕩頻率的調(diào)節(jié)圖6.2.3第三十頁，共89頁。解：在低頻檔，C=0.25μF、當(dāng)電位器調(diào)至最大時，R+Rw=33kΩ，此時一、RC串并式正弦波振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

當(dāng)電位器調(diào)至零時，R+Rw=3kΩ，此時圖6.2.3在中頻檔第三十一頁，共89頁。高頻檔

得三檔頻率得調(diào)節(jié)范圍為

19Hz~212Hz，190Hz~2.12kHz，1.9kHz~21.2kHz。可見三檔的頻率均在音頻范圍內(nèi)，且三檔之間互相有一部分覆蓋，故能在19Hz~21.2kHz的頻率范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，實(shí)際上這是一臺頻率可調(diào)的音頻信號發(fā)生器。

一、RC串并式正弦波振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

第三十二頁，共89頁。二、其他形式的RC振蕩器(略)

1、移相式振蕩器2、雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器二、其他形式的RC振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

第三十三頁，共89頁。*

各種RC振蕩電路的振蕩頻率均與R、C的乘積成反比，如果需要產(chǎn)生振蕩頻率很高的正弦波信號，勢必要求電阻和電容的值很小，在制造和電路實(shí)現(xiàn)上將有較大的困難,

因此RC振蕩電路一般用來產(chǎn)生幾赫~幾百千赫的低頻信號,

若要產(chǎn)生更高頻率的信號，可考慮采用LC正弦波振蕩電路。

二、其他形式的RC振蕩器第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

第三十四頁，共89頁。補(bǔ)1、在圖示電路中：①將圖中A、B、C、D四點(diǎn)正確連接，使之成為一個正弦波振蕩電路，請將連線畫在圖上。②根據(jù)圖中給定的電路參數(shù)，估算振蕩頻率。③為保證電路起振，R2應(yīng)為多大？【習(xí)題】第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

第三十五頁，共89頁。補(bǔ)2、實(shí)驗(yàn)室自制一臺由文氏電橋振蕩電路組成的音頻信號發(fā)生器，要求輸出頻率共四檔，頻率范圍分別為20~200Hz，200~2kHz，2~20kHz，20~200kHz。各檔之間頻率應(yīng)略有覆蓋。采用圖6.2.3所示的方案對頻率進(jìn)行粗調(diào)和細(xì)調(diào)。已有四種電容，其容值分別為0.1μF、0.01μF、0.001μF、0.0001μF，試選擇固定電阻R和電位器Rw的值。

四版教材P3336.3(a)(b)(c)

P3346.6五版教材P2125.3P2135.6第六章正弦波振蕩器§2.RC正弦波振蕩器

第三十六頁，共89頁?！?.LC正弦波振蕩器一、LC并聯(lián)電路的特性二、變壓器反饋式振蕩電路三、電感三點(diǎn)式振蕩電路四、電容三點(diǎn)式振蕩電路第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器第三十七頁，共89頁。一、LC并聯(lián)電路的特性一、LC并聯(lián)電路的特性第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

先來定性分析一下，當(dāng)信號頻率變化時,并聯(lián)電路阻抗Z的大小和性質(zhì)如何變化。

當(dāng)頻率很低時，容抗很大，可以認(rèn)為開路，但感抗很小,此時總的阻抗主要取決于電感支路，并聯(lián)阻抗為感性，而且隨著頻率的降低，阻抗值越來越小。

當(dāng)頻率很高時，感抗很大，可以認(rèn)為開路，但容抗很小,此時總的阻抗主要取決于電容支路。并聯(lián)阻抗為容性，而且隨著頻率的升高，阻抗值也越來越小。

顯然在中間某一個頻率ω=ωo時，并聯(lián)阻抗為純阻性,

且達(dá)到最大值?？梢宰C明頻率ωo就是LC并聯(lián)電路的諧振頻率。第三十八頁，共89頁。一、LC并聯(lián)電路的特性一、LC并聯(lián)電路的特性第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

并聯(lián)諧振頻率取決于電路的參數(shù)電路的復(fù)數(shù)導(dǎo)納

當(dāng)導(dǎo)納的虛部等于零時，回路電流與電壓同相，電路發(fā)生并聯(lián)諧振。設(shè)并聯(lián)諧振的角頻率為ωo，則第三十九頁，共89頁。一、LC并聯(lián)電路的特性一、LC并聯(lián)電路的特性第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

品質(zhì)因數(shù)當(dāng)Q>>1時LC并聯(lián)電路諧振時的等效阻抗品質(zhì)因數(shù)愈高，并聯(lián)諧振時的等效阻抗Zo也愈大第四十頁，共89頁。一、LC并聯(lián)電路的特性一、LC并聯(lián)電路的特性第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

在諧振頻率附近即當(dāng)ω≈ωo時第四十一頁，共89頁。二、變壓器反饋式振蕩器

圖示正弦波振蕩電路由放大、選頻和反饋部分等組成。選頻網(wǎng)絡(luò)由LC并聯(lián)電路組成，反饋由變壓器繞組N2來實(shí)現(xiàn)，因此稱為變壓器反饋式振蕩電路。此振蕩電路的穩(wěn)幅環(huán)節(jié)由晶體管兼任，即利用晶體管的非線性實(shí)現(xiàn)內(nèi)穩(wěn)幅。二、變壓器反饋式振蕩器第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

1、電路組成第四十二頁，共89頁。二、變壓器反饋式振蕩器

二、變壓器反饋式振蕩器第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

2、電路分析首先分析電路是否滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件振蕩頻率起振條件

是折合到諧振回路中的等效總損耗電阻第四十三頁，共89頁。

實(shí)際上，式對三極管的hfe值的要求并不太高，一般情況下比較容易滿足。關(guān)鍵要保證變壓器繞組的同名端接線正確，以滿足相位平衡條件。如果電路的接線不發(fā)生錯誤，此類LC振蕩電路較容易起振。二、變壓器反饋式振蕩器第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

二、變壓器反饋式振蕩器

2、電路分析第四十四頁，共89頁。二、變壓器反饋式振蕩器第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

三、電感三點(diǎn)式振蕩器(哈特萊振蕩器)

*

對于并聯(lián)諧振頻率而言，電感三個端點(diǎn)的相位關(guān)系有以下兩種情況：

①

若中間抽頭交流接地，則首端和尾端的相位相反；

②

若首端或尾端交流接地，則中間抽頭的相位和另一端的相位相同。第四十五頁，共89頁。二、變壓器反饋式振蕩器第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

三、電感三點(diǎn)式振蕩器(哈特萊振蕩器)

振蕩頻率起振條件

是折合到三極管c和e極間的等效并聯(lián)總損耗電阻第四十六頁，共89頁。電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)是：①由于線圈L1和L2之間耦合很緊，因此比較容易起振，且振蕩幅度較大。②調(diào)節(jié)頻率方便。采用可變電容，可以獲得一個較寬的頻率調(diào)節(jié)范圍。③一般用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的頻率。④由于反饋電壓取自電感L2，而電感對高次諧波的阻抗較大,不能將高次諧波短路掉。因此輸出波形中含有較大的高次諧波，故波形較差。而且頻率穩(wěn)定度也不高，因此通常用于要求不高的設(shè)備中，例如高頻加熱器、接收機(jī)的本機(jī)振蕩等。二、變壓器反饋式振蕩器第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

三、電感三點(diǎn)式振蕩器(哈特萊振蕩器)

第四十七頁，共89頁。四、電容三點(diǎn)式振蕩電路(考畢茲振蕩器)

四、電容三點(diǎn)式振蕩器第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

振蕩頻率起振條件

是折合到三極管c和e極間的等效并聯(lián)總損耗電阻第四十八頁，共89頁。電容三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)是：

①由于反饋電壓取自電容C2，電容對于高次諧波阻抗很小，于是反饋電壓中的高次諧波分量很小，所以輸出波形較好。②因?yàn)殡娙軨1、C2的容量可以選得較小，并將放大管的極間電容也計(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，但同時會影響起振條件，因此這種電路適于產(chǎn)生固定頻率的振蕩。如果要改變頻率，可在L兩端并聯(lián)一個可變電容，但由于固定電容C1、C2的影響，頻率的調(diào)節(jié)范圍比較窄。四、電容三點(diǎn)式振蕩電路(考畢茲振蕩器)

四、電容三點(diǎn)式振蕩器第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

第四十九頁，共89頁。四、電容三點(diǎn)式振蕩器第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

電容三點(diǎn)式改進(jìn)型振蕩電路C<<C1，C<<C2第五十頁，共89頁。*三點(diǎn)式振蕩電路相位平衡條件的經(jīng)驗(yàn)判斷法：

將三點(diǎn)式振蕩電路的交流通路簡化為如圖所示的結(jié)構(gòu)，若在X1、X2為同性電抗元件，X3與X1、X2為異性電抗元件，即可滿足振蕩的相位平衡條件。

三點(diǎn)式振蕩電路相位平衡條件的經(jīng)驗(yàn)判斷法第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

第五十一頁，共89頁。例如前面已分析過的電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式振蕩電路。三點(diǎn)式振蕩電路相位平衡條件的經(jīng)驗(yàn)判斷法第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

第五十二頁，共89頁。1、試判斷下面的三點(diǎn)式LC振蕩電路能振蕩的是

。

第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

B第五十三頁，共89頁。【練習(xí)】2、試判斷下面的變壓器反饋式LC振蕩電路能振蕩的是

。第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

D第五十四頁，共89頁。補(bǔ)3、電容三點(diǎn)式正弦波振蕩器如圖所示。①完成電路的連接，使電路正常工作。②若C1=C2=2000pF，L=0.01mH，求電路的振蕩頻率fo=?

【習(xí)題】第六章正弦波振蕩器§3.LC正弦波振蕩器

第五十五頁，共89頁?！?.石英晶體振蕩器一、石英晶體的基本特性和等效電路二、石英晶體振蕩器第六章正弦波振蕩器§4石英晶體振蕩器第五十六頁，共89頁。

第六章正弦波振蕩器§4石英晶體振蕩器

各種電子設(shè)備中的正弦波振蕩器除對產(chǎn)生的正弦波幅度有穩(wěn)定要求外，還對它的振蕩頻率的穩(wěn)定有要求。通常用來表示振蕩頻率的穩(wěn)定度。LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度約為10-4~10-5,RC振蕩器的頻率穩(wěn)定度更差。在要求頻率穩(wěn)定度高的場合()，前面討論的振蕩電路均不能滿足要求，可采用石英晶體振蕩器來滿足高頻率穩(wěn)定度的要求。第五十七頁，共89頁。

通過前面的介紹已知，LC諧振回路的品質(zhì)因數(shù)Q值的大小對LC振蕩電路的性能影響很大。由圖6.3.2可見，Q值越大，LC并聯(lián)電路的幅頻特性曲線越尖銳，即選頻特性越好；同時，相頻特性在ωo附近也越陡，即對應(yīng)于同樣的相位變化量Δφz來說，角頻率的相對變化量Δω/ωo越小，說明頻率的穩(wěn)定度越高。

第六章正弦波振蕩器§4石英晶體振蕩器

第五十八頁，共89頁。LC并聯(lián)回路的Q值為，可見為了提高LC并聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)，應(yīng)盡量減小回路的損耗電阻，并增大L/C值。但實(shí)際上LC回路的L/C值不能無限制地增大。因?yàn)槿鏛值選的太大，電感的體積將要增加，線圈的損耗電阻和分布電容也將隨之增大；如C選的太小，當(dāng)并聯(lián)的分布電容及雜散電容變化時，將對頻率的穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著的影響，因此L/C值有一定限制。一般LC回路的Q值最高可達(dá)數(shù)百。實(shí)踐證明，在LC振蕩電路中，即使采用了各種穩(wěn)頻措施，頻率穩(wěn)定度很難超過10－5的數(shù)量級。要求頻率穩(wěn)定度高的場合，往往采用高Q值的石英晶體諧振器代替一般的LC回路作為選頻電路。

第六章正弦波振蕩器§4石英晶體振蕩器

第五十九頁，共89頁。

石英晶體具有比較高的L/C值，用石英晶體組成的振蕩電路，其頻率穩(wěn)定度可達(dá)10－6~10－8，甚至達(dá)到10－10~10－11數(shù)量級，所以在要求頻率穩(wěn)定度高于10－6以上的電子設(shè)備中，石英晶體振蕩器得到了廣泛地應(yīng)用。

讓我們先了解石英晶體的基本特性，然后討論石英晶體振蕩電路的工作原理。

第六章正弦波振蕩器§4石英晶體振蕩器

第六十頁，共89頁。一、石英晶體的基本特性和等效電路

在石英晶片的兩極加上一個電場，晶片將會產(chǎn)生機(jī)械形變。相反，若在晶片上施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上會產(chǎn)生一定的電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。因此，當(dāng)晶片的兩極加上交變電壓時，晶片將會產(chǎn)生機(jī)械變形振動，同時晶片的機(jī)械振動又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片的機(jī)械振動的振幅和交變電場的振幅都非常小，只有在外加交變電壓的頻率為某一特定頻率時，振幅才會突然增加，比一般情況下的振幅要大的多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。這和LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似，因此，石英晶體又稱石英諧振器。上述特定頻率稱為晶體的固有頻率或諧振頻率。

一、石英晶體的基本特性和等效電路1、基本特性第六章正弦波振蕩器§4石英晶體振蕩器

第六十一頁，共89頁。2、等效電路一、石英晶體的基本特性和等效電路

一、石英晶體的基本特性和等效電路

石英諧振器的符號和等效電路如圖所示。當(dāng)晶體不振動時，可以看成是一個平板電容器Co，稱為靜電電容。一般約為幾個皮法到幾十皮法。當(dāng)晶體振動時，有一個機(jī)械振動的慣性，用電感L來等效，一般L值為10－3~102H。晶片的彈性一般用電容C來等效，C值為0.01~0.1pF。晶片振動時，因摩擦而造成的損耗則用電阻R來等效，數(shù)值約為102Ω。符號等效電路第六章正弦波振蕩器§4石英晶體振蕩器

第六十二頁，共89頁。一、石英晶體的基本特性和等效電路2、等效電路一、石英晶體的基本特性和等效電路

由于晶片的等效電感L很大，而等效電容很小，電阻R也小，因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達(dá)104~106，再加上晶片本身的固有頻率只與晶片的幾何尺寸有關(guān)，所以很穩(wěn)定，而且可做的很精確。因此，利用石英諧振器組成振蕩電路，可獲得很高的頻率穩(wěn)定性。從石英諧振器的等效電路可知，電路有兩個諧振頻率：①RLC支路串聯(lián)諧振，串聯(lián)諧振頻率。第六章正弦波振蕩器§4石英晶體振蕩器

第六十三頁，共89頁。②等效電路并聯(lián)諧振一、石英晶體的基本特性和等效電路2、等效電路一、石英晶體的基本特性和等效電路

串聯(lián)諧振頻率因C<<Co，因此fs

和fp

非常接近

石英諧振器的電抗-頻率特性在fs和fp之間，石英諧振器呈感性，相當(dāng)于一個電感；而在

fs處電抗為零，此時石英諧振器相當(dāng)于一個純電阻(等于R)；在此之外則呈現(xiàn)容性。第六章正弦波振蕩器§4石英晶體振蕩器

第六十四頁，共89頁。二、石英晶體振蕩電路第六章正弦波振蕩器§4石英晶體振蕩器

二、石英晶體振蕩電路

石英晶體振蕩電路的形式多種多樣，但其基本電路只有兩類，即并聯(lián)型晶體振蕩電路和串聯(lián)型晶體振蕩電路。前者石英晶體工作在

fs和

fp之間，利用晶體作為一個電感來組成振蕩電路，而后者則工作在串聯(lián)諧振頻率

fs處，利用晶體作為一個純阻的特性來組成振蕩電路。第六十五頁，共89頁。第六章正弦波振蕩器§4石英晶體振蕩器

二、石英晶體振蕩電路1、并聯(lián)型石英晶體振蕩電路交流等效電路電路相當(dāng)于改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路二、石英晶體振蕩電路第六十六頁，共89頁。

上式表明，振蕩頻率基本上由晶體的固有頻率所決定，而與C1、C2的關(guān)系很小，也就是說，由電容C1、C2不穩(wěn)定引起的頻率漂移很小，故振蕩頻率的穩(wěn)定度高。第六章正弦波振蕩器§4石英晶體振蕩器

二、石英晶體振蕩電路1、并聯(lián)型石英晶體振蕩電路二、石英晶體振蕩電路第六十七頁，共89頁。第六章正弦波振蕩器§4石英晶體振蕩器

二、石英晶體振蕩電路2、串聯(lián)型石英晶體振蕩電路二、石英晶體振蕩電路振蕩頻率第六十八頁，共89頁。§5.電壓比較器*一、單限比較器二、滯回比較器(施密特觸發(fā)器)第六章正弦波振蕩器§5.電壓比較器第六十九頁，共89頁。

電壓比較器是一種常用的模擬信號處理電路。它將一個模擬量輸入電壓與一個參考電壓進(jìn)行比較，并將比較的結(jié)果輸出。比較器的輸出只有兩種可能的狀態(tài)：高電平或低電平。比較器的輸入信號是連續(xù)變化的模擬量,而輸出信號是數(shù)字量，因此可認(rèn)為比較器是模擬電路和數(shù)字電路的“接口”。比較器中的集成運(yùn)放常常工作在非線性區(qū)，從電路結(jié)構(gòu)看，運(yùn)放常處于開環(huán)狀態(tài)。有時為了使輸入、輸出特性在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時更加快速，以提高比較精度，常在電路中引入正反饋。比較器種類很多，常用的比較器有：單限比較器、滯回比較器等。第六章正弦波振蕩器§5.電壓比較器

第七十頁，共89頁。一、單限比較器1、基本單限比較器一、單限比較器第六章正弦波振蕩器§5.電壓比較器

單限比較器指只有一個門限電壓的比較器。當(dāng)輸入電壓等于此門限電壓時,輸出端的狀態(tài)立即發(fā)生跳變。門限電壓指當(dāng)比較器的輸出電壓由一種狀態(tài)跳變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時的輸入電壓，也稱閾值電壓(觸發(fā)電平)。傳輸特性第七十一頁，共89頁。一、單限比較器2、過零比較器一、單限比較器第六章正弦波振蕩器§5.電壓比較器

傳輸特性

過零比較器即門限電平VREF=0的單限比較器。

過零比較器可以將輸入的正弦波變換為方波。第七十二頁，共89頁。一、單限比較器3、求和型比較器一、單限比較器第六章正弦波振蕩器§5.電壓比較器

傳輸特性

基本單限比較器的門限電壓就是參考電壓VREF，而VREF一旦被確定就無法調(diào)整。為了方便地調(diào)整門限電壓，可采用求和型比較器。第七十三頁，共89頁。

二、滯回比較器(施密特觸發(fā)器)

單限比較器具有電路簡單、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但存在的主要問題是抗干擾能力差。即當(dāng)輸入電壓受到干擾或噪聲影響在門限電平上下波動，則輸出電壓將在高、低電平之間反復(fù)跳變，如圖所示。這種情況如果發(fā)生在控制系統(tǒng)，將對執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。二、滯回比較器第六章正弦波振蕩器§5.電壓比較器

為了解決上述問題，可采用具有滯回傳輸特性的比較器。滯回比較器又名施密特觸發(fā)器。第七十四頁，共89頁。

使比較器的輸出電平產(chǎn)生跳變的條件仍是集成運(yùn)放兩個輸入端的電位相等，即。第六章正弦波振蕩器§5.電壓比較器

二、滯回比較器

二、滯回比較器(施密特觸發(fā)器)vo是運(yùn)放的正向飽和輸出電壓Vo+或反向飽和輸出電壓Vo－當(dāng)輸入信號電壓vi小于v+時,輸出為Vo+

，當(dāng)vi

由小到大增加到等于v+時，輸出電壓將產(chǎn)生跳變，此時對應(yīng)的vi值定義為上門限電壓V1。傳輸特性第七十五頁，共89頁。

當(dāng)輸入信號電壓vi增大到