第一節(jié)

正弦波振蕩電路的分析方法正弦波振蕩電路的組成產(chǎn)生正弦波振蕩的條件正弦波振蕩電路的分析步驟下頁總目錄正弦波和非正弦波發(fā)生電路常常作為信號源被廣泛應(yīng)用于無線電通信以及自動測量和自動控制等系統(tǒng)中。電子技術(shù)試驗中經(jīng)常使用的低頻信號發(fā)生器是一種正弦波振蕩電路。大功率振蕩電路還可以直接為工業(yè)生產(chǎn)提供能源，例如高頻加熱爐的高頻電源。此外，如超聲探傷、無線電和廣播電視信號的發(fā)送和接收等，都離不開正弦波振蕩電路。下頁上頁首頁一、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件·A·F=1所以產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是下頁上頁反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件1SA

·Ui··Uo=放大電路A

·Ui··Uf·Uo=·F反饋網(wǎng)絡(luò)·F2放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件可表示為首頁·A·F=1相位平衡條件=1·A·F幅度平衡條件負反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是·A·F=-

1下頁上頁與產(chǎn)生正弦波振蕩的條件差一個負號。產(chǎn)生這個差別的根本原因在于兩種情況下反饋的極性不同?？煞謩e用幅度平衡條件和相位平衡條件來表示：首頁二、正弦波振蕩電路的組成組成放大電路：實現(xiàn)能量控制。選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率。正反饋網(wǎng)絡(luò)：使輸入信號等于反饋信號。穩(wěn)幅電路：使輸出信號幅值穩(wěn)定。分類RC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路石英晶體正弦波振蕩電路下頁上頁首頁>1·A·F根據(jù)估算起振條件φA+φF=±2nπ

f

=

f0估算振蕩頻率根據(jù)即3.估算振蕩頻率和起振條件1.

檢查電路是否具備正弦波振蕩的基本組成部分，并檢查放大電路的靜態(tài)工作點是否能保證電路工作在放大狀態(tài)。三、正弦波振蕩電路分析步驟2.分析電路是否滿足自激振蕩條件。下頁上頁首頁上頁首頁課堂練習(xí)第二節(jié)

RC正弦波振蕩電路RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路RC移相式振蕩電路雙T

選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路下頁總目錄ω低ω高R2C1+U·+--Uf·(b)

低頻等效電路1/ωC1＞＞R1當ω

較低時1/ωC2＞＞R2可忽略R1和1/ωC21/ωC1＜＜R1當ω

較高時1/ωC2＜＜R2可忽略R2和1/ωC1下頁上頁R1R2C1C2+-U·+-Uf·(a)RC串并聯(lián)電路R1C2+U·+--·Uf(c)

高頻等效電路相位滯后于相位超前于一、RC

串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性首頁Z1Z2取

R1

=

R2

=

R

,

C1

=

C2

=C下頁上頁R1R2C1C2+-U·+-Uf·

RC串并聯(lián)電路則左式可簡化為：此時如令首頁其幅頻特性為其相頻特性為即當f=

fo=

時12πRC31U·等于幅值的。Uf·的幅值達到最大,而φF

=0

31·F

max

=當ω

=ω0=

1RC時,··Fω0ω0φF1/3ω0ω0+900-900下頁上頁首頁+-ARFR′Uo·R1R2C1C2RC

串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路

放大電路二、RC

串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路

反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)R1、C1和

R2

、C2及

RF和

R′組成一四臂電橋,因此電路又稱為：文氏電橋振蕩電路。下頁上頁1.電路組成首頁2.振蕩頻率和起振條件

fo

=12πRC（2)起振條件A

>3·1

+RFR′

Auf=RF>2R′（1)振蕩頻率>1·A·F31·F

=下頁上頁+-ARFR′Uo·R1R2C1C2RC

串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路

首頁仿真3.振蕩電路中的負反饋可在負反饋支路中采用熱敏電阻自動穩(wěn)幅。負反饋的作用：改善振蕩波形，減小放大電路對選頻特性的影響，提高振蕩電路的帶負載能力。RF和R′引入了一個電壓串聯(lián)負反饋。F=RF+R′

R′負反饋系數(shù):下頁上頁+-ARFR′Uo·R1R2C1C2RC

串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路

首頁+-ARFR′Uo·RRC2RwRwC1C3C2C1C34.震蕩頻率的調(diào)節(jié)fo

=12πRC只要改變電阻R

或電容C

的值，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。粗調(diào)細調(diào)采用這種方法可以很方便地在一個比較寬廣的范圍內(nèi)對振蕩頻率進行連續(xù)調(diào)節(jié)。下頁上頁首頁[例9.2.1]判斷以下電路是否滿足相位平衡條件？若滿足，

RF為多大才能保證電路起振？已知Re1

=4.7

KΩ。滿足相位平衡條件。1

+

RFRe1

Auf=RF>2Re1=9.4kΩUf·Uo·=RF+Re1Re1解：下頁上頁VT1VT2Rc2Rc1Re2Re1+VCCRFC1RbRRCCUo·Uf·首頁三、RC移相式振蕩電路放大電路的相位移φA

=1800一節(jié)RC電路的移相范圍0~900兩節(jié)RC電路的移相范圍0~1800三節(jié)RC電路的移相范圍0~2700f027001800當f

=

f0時滿足相位平衡條件,常選C1=C2=C3=C

R1=R2=R3=R起振條件：

RF>12R至少要用三節(jié)RC電路f0=

2√3

πRC1振蕩頻率：foφ三節(jié)RC電路的相頻特性下頁上頁+-ARFR′Uo·R1R2C1C2C3首頁四、雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路R3應(yīng)略小于R/2f0

≈5RC1此時

值很低··F因此必須足夠大以滿足起振條件。A

·特點：選頻特性好，輸出信號的頻率穩(wěn)定性較高，應(yīng)用較廣泛。當f=f0時，φF

=1800而φA

=1800因此滿足振蕩的相位平衡條件。下頁上頁+-ARFR′Uo·R3CC2CRR首頁結(jié)論:RC

串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路調(diào)頻方便,便于加負反饋穩(wěn)幅電路,輸出波形良好。移相式振蕩電路電路結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟;選頻較差,調(diào)頻不方便,輸出波形較差，適用于頻率固定,波形要求不高的輕便測試設(shè)備中。雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路選頻特性好,輸出波形的非線性失真較小,但調(diào)頻困難，適用于產(chǎn)生單一頻率的振蕩波形。以上三種電路的振蕩頻率均與RC

成反比，一般用來產(chǎn)生幾赫~幾百千赫的低頻信號。下頁上頁首頁上頁首頁課堂練習(xí)第三節(jié)

LC

正弦波振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路電容三點式振蕩電路LC并聯(lián)電路的選頻特性電感三點式振蕩電路下頁總目錄一、LC

并聯(lián)電路的選頻特性ω0

=

1Rω0L

+

12·1LC當Q

?1

時ω0

≈

1LC或f0≈

1LC2πY

=jωC+R+

jωL1=R+

jωLR2

+

2（ωL）R2

+

2（ωL）低頻時并聯(lián)阻抗為感性，高頻時并聯(lián)阻抗為容性，在某一中間頻率時為純阻性。令Q

=

Rω0L稱為品質(zhì)因數(shù)。RCU·LI·+-Z

LC

并聯(lián)電路下頁上頁首頁Z

≈

Z0

1+

jQ1

-ω2ω02LC并聯(lián)電路諧振時,Z0

=

Y01=RR2

+

2（ω0L）=R2（ω0L）Q211+

≈LRCZ

=

-

jωC1(R+jωL)-

jωC1(R+jωL)+

=L/RC1+j(1

–)ω2LC1ωLR下頁上頁RCU·LI·+-Z

LC

并聯(lián)電路Z0=

L/

RC首頁Q1

LC

并聯(lián)電路具有選頻特性，①在

f0

處，呈純電阻性。當

f

<

f0

時，呈電感性；當f

>f0

時，呈電容性。

f0≈

1LC2π

③

Q

值愈大，選頻特性愈好。諧振時的阻抗值

Z0

也愈大。②

f0

的數(shù)值與電路參數(shù)有關(guān)，ω|Z|ω0Z02Z01Q2Q1＞Q2結(jié)論：ωφZω0Q1Q2-900+900當

Q

?1

時，當Q

?1

時，≈·IL·IC·I·IC=Q諧振回路的外界影響可以忽略。下頁上頁首頁二、變壓器反饋式振蕩電路振蕩頻率：f0≈

1LC2π起振條件：

β

>

MrbeR′CRLCRb1Rb2+Cb+VCCReCeL?N1?N2N3+-+Ui·Uf·+與相位相同Ui·Uf·下頁上頁首頁CRb1Rb2+Cb+VCCReCe?+RLL1?電感三點式振蕩電路L2bce123三、電感三點式振蕩電路ui·uf·-++電路滿足相位平衡條件下頁上頁首頁起振條件：振蕩頻率：f0=1LC2π

=1(L1+L2+

2M)C2πβ

>

R′L1

+

ML2

+

Mrbe?下頁上頁式中為回路的總電感，即L=L1+L2+

2M其中M為L1與L2之間的互感。式中R′為折合到管子集電極和發(fā)射極間的等效并聯(lián)總損耗電阻。首頁由于線圈之間耦合很緊，較易起振。改變L2/L1

的比值，可獲滿意的正弦波，且振幅較大。據(jù)經(jīng)驗，L2

的圈數(shù)選為整個線圈的

1/8到

1/4。

具體的圈數(shù)比應(yīng)通過實驗調(diào)整來確定。2.

調(diào)節(jié)頻率方便。采用可變電容，頻率調(diào)節(jié)范圍寬。3.一般用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的頻率。特點：下頁上頁首頁

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。因此輸出波形中有較大的高次諧波，故波形較差。5.由于此電路的輸出波形較差，且頻率穩(wěn)定度不高，因此通常用于要求不高的設(shè)備中，例如高頻加熱器、接收機的本機振蕩等。特點：下頁上頁首頁Rb1Rb2+Cb+VCCReCe+LRL電容三點式振蕩電路bce123RcC1C2四、電容三點式振蕩電路ui·uf·-++電路滿足相位平衡條件下頁上頁首頁振蕩頻率：f0≈1LC2π起振條件：

=1L2πC1C2C1

+

C2

β

>

R′rbe?C2C1下頁上頁式中R′為折合到管子集電極和發(fā)射極間的等效并聯(lián)總損耗電阻。首頁1.由于反饋電壓取自電容C2

，電容對于高次諧波阻抗很小，于是反饋電壓中的諧波分量很小，所以輸出波形較好。2.因為電容C1、C2的容量可以選得較小，并將放大管的極間電容也計算到C1、C2中去，因此振蕩頻率較高，一般可以達到100MHz以上。特點：下頁上頁首頁

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，可在兩端并聯(lián)一個可變電容.由于固定電容C1、C2的影響，頻率的調(diào)節(jié)范圍比較窄。另外也可以采用可調(diào)電感來改變頻率。通常選擇兩個電容之比為C1/

C2≤1，可通過實驗調(diào)整來最后確定電容的比值。特點：下頁上頁首頁五、電容三點式改進電路選擇參數(shù)時，C1、C2的容值較大以掩蓋極間電容變化的影響，C容值較小，即C

<<

C1,

C

<<

C2,則可忽略C1、C2對振蕩頻率的影響。振蕩頻率上頁Rb1Rb2+Cb+VCCReCe+LRcC1C2C首頁第四節(jié)

石英晶體振蕩器石英晶體振蕩電路石英晶體的基本特性和等效電路下頁總目錄在LC振蕩電路中，Q值愈大，LC并聯(lián)電路的選頻特性愈好。LC回路的Q值為可見，為了提高LC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。但實際上LC回路的L/C值不能無限制地增大。L/C值有一定限制。一般LC回路的Q值最高可達數(shù)百。LC振蕩電路的頻率穩(wěn)定度較低，在要求高頻率穩(wěn)定度的場合，往往采用高Q值的石英晶體諧振器代替一般的LC回路。下頁上頁首頁下頁上頁一、石英晶體的基本特性和等效電路1.石英晶體的基本特性在石英晶片的兩極加上一個交變電壓，晶片將會產(chǎn)生機械變形振動。相反，若使晶片發(fā)生機械振動，則在晶片的相應(yīng)方向上將產(chǎn)生一定的交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅都非常小，只有當外加交變電壓的頻率為某一特定頻率時，振幅才會突然增大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。上述特定頻率稱為晶體的固有頻率或諧振頻率。石英晶體又稱為石英諧振器。

首頁下頁上頁2.石英晶體的等效電路符號RCL

等效電路C0當晶體不振動時，可以看成是一個平板電容器C0

，稱為靜電電容。C0與晶片的幾何尺寸和電極面積有關(guān)，一般約為幾個皮法到幾十皮法。當晶體振動時，有一個機械振動的慣性，用電感

L來等效，一般L值為10-3~102H。晶片的彈性一般以電容C來等效，

C值為10-2~10-1pF。晶片振動時，因摩擦而造成的損耗用電阻R來等效，它的阻值約為102Ω的數(shù)量級。首頁下頁上頁由于晶體的等效電感L很大，而等效電容C很小，電阻R也小，因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達104~106，再加上晶片本身的固有頻率很穩(wěn)定，而且可做得很精確。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。石英諧振器有兩個諧振頻率，當L

、C

、R支路串聯(lián)諧振時，等效電路的阻抗最?。ǖ扔赗

），串聯(lián)諧振頻率為并聯(lián)諧振頻率為容性容性感性首頁二、石英晶體振蕩電路下頁上頁Rb1Rb2C1+VCCReCe+RCC2晶體1.并聯(lián)型石英晶體振蕩電路并聯(lián)型石英晶體振蕩電路利用石英晶體作為一個電感來組成選頻網(wǎng)絡(luò)，晶體工作在fs和fp之間。電路的振蕩頻率首頁上頁2.串聯(lián)型石英晶體振蕩電路Rb1Rb2+VCCRe1RCC晶體Re2Rw調(diào)節(jié)電阻Rw的大小可以改變正反饋的強弱，以便獲得良好的正弦波輸出。串聯(lián)型石英晶體振蕩電路利用石英晶體串聯(lián)諧振時阻抗最小的特性組成振蕩電路，晶體工作在fs

處。首頁第五節(jié)

非正弦波發(fā)生電路三角波發(fā)生電路矩形波發(fā)生電路鋸齒波發(fā)生電路下頁總目錄一、矩形波發(fā)生電路RC

充放電回路滯回比較器

矩形波發(fā)生器的一般組成滯回比較器的兩種不同輸出使RC電路進行充電或放電，電容上的電壓將升高或降低，電容上的電壓又作為滯回比較器的輸入電壓，從而使RC電路由充電過程變?yōu)榉烹娺^程或相反，如此反復(fù)，在滯回比較器的輸出端即可得到矩形波。下頁上頁首頁ouctuootR1+R1+R2UZ-UZ+UZ-R1R1+R2UZt1t22T2Tuo=+UZ時u+=R1+R1+R2UZ電容C開始充電,充電到u-=R1+R1+R2UZuo轉(zhuǎn)換為-UZu+=R1-R1+R2UZ電容C開始放電。放電到u-=R1-R1+R2UZuo轉(zhuǎn)換為+UZ，電容C又開始充電。下頁上頁+-AR3VDZuoucR1RR2C首頁仿真T=

2RCln

1+2R1

R22Tuct1t2tR1+R1+R2UZ-R1R1+R2UZ用三要素法計算周期t1-t2=2T分別代入可得周期下頁上頁o首頁占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路+-AR3VDZuoucR1RR2CVD1VD2RwR′wR′′w0uctuo0tt1t2T1T2TR

、VD1

和R′w組成放電回路。R

、VD2

和R′′w組成充電回路。下頁上頁首頁0uctt1t2T2TT1T1

=

(

R

+R"W

)Cln

1

+2R1

R2T2

=

(

R

+R'W

)Cln

1

+2R1

R2T

=T1+T2=

(2R+RW

)Cln

1

+2R1

R2D==T1TR

+R"W2R

+RW占空比改變電路中電位器滑動端的位置即可調(diào)節(jié)占空比，而總的振蕩周期不受影響。下頁上頁首頁二、三角波發(fā)生電路1.電路組成A1組成滯回比較器，A2組成積分電路，在A2的輸出端得到三角波。下頁上頁矩形波發(fā)生電路+-A1R3VDZuo1R1R2+-A2R4R5uou+C首頁2.工作原理u+

=R1R1+

R2R2R1

+

R2u0uo1+-UZ+UZ-Uomuo1otuootu+隨uo減小到u+=u-=0時，

uo1將跳變?yōu)閡o1=-UZ，同時u+將跳變?yōu)橐粋€負值，假設(shè)t=0時，

uo1=+UZ

，電容C上初始電壓為零，則uo隨時間負方向線性增長，下頁上頁+-A1R3VDZuo1R1R2+-A2R4R5uou+C首頁uo1o+UZtuoo-Uomt-UZ2T+Uom2.工作原理u+

=R1R1+

R2R2R1