1、通信電子電路正弦波振蕩電路(2),北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院 唐 恬 2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),2,本次教學(xué)內(nèi)容,3.3 RC正弦波振蕩電路 3.4 石英晶體振蕩電路,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),3,本次教學(xué)重點(diǎn),3.3節(jié)為教學(xué)重點(diǎn) 3.4節(jié)貌似復(fù)雜，抓住關(guān)鍵概念就變簡單,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),4,預(yù)備知識(模擬電子電路內(nèi)容),由運(yùn)放構(gòu)成的反相、同相放大器,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),5,預(yù)備知識(模

2、擬電子電路內(nèi)容),由運(yùn)放構(gòu)成的積分器,直接依據(jù)反相放大電路公式有：,同理有同相積分器公式：,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),6,3.3 RC正弦波振蕩電路,為什么引入RC振蕩器？,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),7,3.3 RC正弦波振蕩電路,RC振蕩器以RC網(wǎng)絡(luò)作為選頻網(wǎng)絡(luò)。 常采用負(fù)反饋提高電路選頻特性。,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),8,3.3.1 文氏橋RC振蕩電路電路圖(1),以運(yùn)放和正、負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的文氏橋振蕩器。,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2

3、),9,3.3.1 文氏橋RC振蕩電路電路分析,以開環(huán)法分析：,A：開環(huán)差模電壓增益。 ：正反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)。 ：負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)。,起振、平衡條件： 振蕩頻率：滿足相位平衡條件的角頻率。,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),10,3.3.1 文氏橋RC振蕩電路正反饋網(wǎng)絡(luò)傳輸系數(shù),假定R1R2R，C1C2C,正反饋網(wǎng)絡(luò)傳輸系數(shù)：,以Z1和Z2分別表示RC串聯(lián)阻抗和RC并聯(lián)阻抗：,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),11,3.3.1 文氏橋RC振蕩電路負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)傳輸系數(shù),負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)傳輸系數(shù)：,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電

4、子電路正弦波振蕩電路(2),12,3.3.1 文氏橋RC振蕩電路振蕩頻率,依據(jù)以上計(jì)算可得電路的環(huán)反饋系數(shù)：,當(dāng)1/RC時， 的相角為0，滿足相位平衡條件，也即振蕩角頻率為1/RC。,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),13,3.3.1 文氏橋RC振蕩電路起振、穩(wěn)幅條件,由1/RC、 推出起振條件：,運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)A通常極大，因此起振條件是：,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),14,3.3.1 文氏橋RC振蕩電路電路圖(2),雙極型晶體管文氏橋振蕩電路：,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),15,3

5、.3.1 文氏橋RC振蕩電路電路分析,另一種分析思路： 要求：,起振條件：,振蕩角頻率：,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),16,3.3.1 文氏橋RC振蕩電路振蕩的建立與穩(wěn)定,RC濾波效果差，要求放大部分不能出現(xiàn)非線性，而且，就算以弱非線性穩(wěn)幅，A的調(diào)節(jié)范圍有限，且普通電阻精度有限，無法內(nèi)穩(wěn)幅。,由此考慮以熱敏電阻進(jìn)行外穩(wěn)幅：,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),17,3.3.1 文氏橋RC振蕩電路特點(diǎn),電路中的放大部分有很深的電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使輸出電壓幅度在整個頻段內(nèi)基本不隨振蕩頻率而變。 電路的放大部分工作于線性狀態(tài)，依靠外加

6、熱敏電阻進(jìn)行外穩(wěn)幅，因此波形失真很小。 文氏橋RC振蕩器廣泛用來作為頻率范圍由幾赫到幾百千赫的低頻信號源。 RC振蕩器的頻率穩(wěn)定度約在10-210-3量級之間。,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),18,3.3.1 文氏橋RC振蕩電路總結(jié),何種條件下要用RC振蕩器取代LC振蕩器？ 如何對文氏橋振蕩器進(jìn)行電路分析，推導(dǎo)出相應(yīng)的起振、平衡條件？ 為什么利用熱敏電阻進(jìn)行外穩(wěn)幅？熱敏電阻溫度系數(shù)應(yīng)該怎樣選擇？,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),19,3.3.2 積分式正交正弦波振蕩電路,積分式正弦波振蕩器由同相、反相積分電路構(gòu)成：,2009

7、-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),20,3.3.2 積分式正交正弦波振蕩電路電路分析,令0=1/RC有：,正交正弦波振蕩電路因此得名,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),21,3.3.2 積分式正交正弦波振蕩電路補(bǔ)充：限幅電路、T型網(wǎng)絡(luò),限幅電路,以T型網(wǎng)絡(luò)替換高阻值電阻,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),22,3.4.1 正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度,頻率穩(wěn)定度 絕對頻率穩(wěn)定度：f=fH-f0或f0-fL 相對頻率穩(wěn)定度：f/f0 常用振蕩器的頻率穩(wěn)定度 LC振蕩器：10-2-10-4 RC振蕩器：

8、10-2-10-3 石英晶體振蕩器：10-5-10-6(若采取恒溫措施，可達(dá)10-7-10-9),2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),23,3.4.1 正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題造成頻率不穩(wěn)定的因素(1),LC值變化對頻率穩(wěn)定度的影響：,L和C主要受溫度的影響。溫度對電感和電容值的影響程度往往用溫度系數(shù)來衡量。溫度系數(shù)是指溫度變化1oC時電感量或電容量的相對變化量,電感的溫度系數(shù)一般為正；根據(jù)介質(zhì)材料不同，電容的溫度系數(shù)可正可負(fù),2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),24,3.4.1 正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題造成頻率不穩(wěn)定的因素(2)

9、,回路內(nèi)部相移變化對頻率穩(wěn)定度的影響,越大，由 引起的振蕩角頻率的偏移就越小。因此通常把 作為衡量一個振蕩器頻率穩(wěn)定度的判據(jù),2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),25,3.4.1 正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題造成頻率不穩(wěn)定的因素(3),回路內(nèi)部相移變化對頻率穩(wěn)定度的影響實(shí)例,定義回路總品質(zhì)因素QT：,為提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度，必須選用高Q值諧振回路和大而穩(wěn)定的負(fù)載電阻,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),26,3.4.1 正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題提高頻率穩(wěn)定度的措施,減少溫度的影響：恒溫、選擇溫度系數(shù)小的元件 穩(wěn)定電源電壓：選擇穩(wěn)定性

10、好的電源、單獨(dú)供電 減少負(fù)載的影響：緩沖 采取屏蔽措施 提高振蕩電路標(biāo)準(zhǔn)性：減少結(jié)電容、分布參數(shù)等 晶體管與回路間采取松耦合：克拉潑、西勒電路 提高回路品質(zhì)因數(shù),2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),27,3.4.2 石英晶體振蕩電路石英晶體,正壓電效應(yīng)：施加壓力或拉力-晶體表面產(chǎn)生電荷 反壓電效應(yīng)：給晶體加電-晶體產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力,石英晶體的諧振、基音及奇次泛音,石英諧振器的Q值一般為104-106(LC最高300左右),2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),28,3.4.2 石英晶體振蕩電路等效電路,石英諧振器的符號、等效電路及基音等效電

11、路：,注意石英諧振器fs與fp之間的關(guān)系,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),29,3.4.2 石英晶體振蕩電路并聯(lián)型晶體振蕩電路(1),并聯(lián)型晶體振蕩電路即是把石英諧振器作為等效電感與其他回路元件組成三端型振蕩回路,皮爾斯(BC型)電路：,其中：,在某些皮爾斯電路中，C1用LC并聯(lián)諧振回路代替。此時振蕩頻率由什么決定？LC回路諧振頻率取值范圍應(yīng)是？,皮爾斯電路中，石英晶體接在輸入阻抗很高的B-C間，頻率穩(wěn)定性高,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),30,3.4.2 石英晶體振蕩電路并聯(lián)型晶體振蕩電路(2),密勒(BE型)電路：,密勒

12、電路中，石英晶體接在輸入阻抗較低的BE極間，頻率穩(wěn)定性較差，所以多采用場效應(yīng)管晶體振蕩電路,密勒電路振蕩頻率略高于fs，可認(rèn)為f0fs 漏極LC諧振回路的諧振頻率取值范圍應(yīng)是？,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),31,3.4.2 石英晶體振蕩電路串聯(lián)型晶體振蕩電路,串聯(lián)型晶體振蕩電路即是把石英諧振器作為短路線應(yīng)用：,為什么該電路工作頻率取決于石英諧振器串聯(lián)諧振頻率？,作業(yè)3.4.3,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),32,3.4.2 石英晶體振蕩電路泛音晶體振蕩電路,使用泛音振蕩器的原因：解決基頻頻率高與晶體厚度薄的矛盾,假定右圖為5次泛音振蕩電路，LC回路諧振頻率應(yīng)如何調(diào)諧？,如何讓串聯(lián)型晶振電路工作在泛音頻率？,2009-2010學(xué)年第2學(xué)期,通信電子電路正弦波振蕩電路(2),33,例題(1),1. 右圖文氏橋振蕩電路能否起振？若不能起振，原因是？,2. 某熱敏電阻是負(fù)溫度系數(shù)的非線性惰