电工技术18-1正弦波振荡电路

正弦波振荡电路
18.1自激振荡
自激振荡：一个放大电路通常在输入端上有信号的 情况下才有输出。如果在它的输入端不外接信号的 情况下，在输出端仍有一定频率和幅度的信号输出， 这种现象就是放大电路的自激振荡。
振荡器与放大器的区别在于：振荡器不外加输入信 号就有信号输出，放大器的输入端接信号源。
产生自激振荡的原理： 产生自激振荡的原理：
18.2 RC振荡电路 一、选频电路
用RC 电路构成选频网络的振荡电路即所谓的 RC 振荡电路， 选频网络有多种， 振荡电路，可选用的 RC 选频网络有多种，这里 只介绍文氏桥选频电路 文氏桥选频电路。 只介绍文氏桥选频电路。
R1 C1
& Ui
& Uo
R2
C2
R1 C1
& Ui
& Uo
R2
C2
& Uo 1 = & R1 C 2 1 Ui (1 + + ) + j (ω R1C 2 − ) R 2 C1 ω R 2 C1
FAu=1 自激振荡的条件
& & & X o = Au X d = FAu X o
自激振荡的条件： 自激振荡的条件：
所以，自激振荡条件也可以写成： 所以，自激振荡条件也可以写成： （1）振幅条件：即反馈电压要等于所需的输 ）振幅条件： 入电压 | A F | =1
u
（2）相位条件：反馈信号和输入信号要同 ）相位条件： 也就是必须正反馈 相，也就是必须正反馈
_
所以， 所以，要满足相位 条件， 条件，只有在 fo 处
+
R C R1
∆ ∆ ∆ ∆
+
ϕF = 0
Au F = 1 R2 1 Ui Au = 1 + F= = R1 3 U0
⇒ R2 = 2R1
Uo和Ui同相，也就是电路具有正反馈。起振 时，使|AuF|>1，即|Au|>3。随着振荡幅度的 增大， |Au|能自动减小，直到满足|Au|＝3或 |AuF|＝1时，振幅达到稳定，以后并能自动 稳幅。
选频网络： 首先介绍一下 LC 选频网络：
& I
& Ui
C
1 ωo ≈ LC
& IL
L R
谐振时回路电流 比总电流大的多， 比总电流大的多， 外界对谐振回路 的影响可以忽略！ 的影响可以忽略！
1 fo ≈ 2π LC L Zo = RC I L ≈ IC = QI i
Q=
ωo L
R
例1： ：
+UCC C2
L
设L 、 C1 、 C2 组成的谐振 网络中的电流为i ，则 网络中的电流为
uL +
duC1 duC 2 i = C1 = −C2 dt dt
uC1 ↓ uC2 ↑ uB ↑
正反馈
组成的谐振网络决定。 频率由 L 、 C1 、 C2 组成的谐振网络决定。
分析三点式振荡电路是否满足相位条件（正反 馈），只要看三点的中点（抽头）是否与发 射极相连，或经一旁路电容或耦合电容与发 射极相连，若是就一定满足相位条件。
从|AuF|>1到|AuF|＝1，这是自激振荡的建立 过程。
如何起振？ 如何起振？ 当将振荡电路与电源接通时， 当将振荡电路与电源接通时，放大电路中存 在噪声即瞬态扰动， 在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种 频率的分量。为了得到单一频率的正弦电压， 频率的分量。为了得到单一频率的正弦电压， 振荡电路还必须具有选频性 选频性。 振荡电路还必须具有选频性。就是对不同频 率的信号分量， 率的信号分量，能满足自激振荡的只有某一 个特定频率的信号。因此， 个特定频率的信号。因此，正弦波振荡电路 都包含放大电路 正反馈电路.选频电路和稳幅 放大电路.正反馈电路 都包含放大电路 正反馈电路 选频电路和稳幅 电路四部分 四部分。 电路四部分。
& Xo
反馈信号代替了放大 电路的输入信号。 电路的输入信号。
& Xd
& Xf
基本放大 电路Au
反馈电路
F
& & X o = Au X d & & X f = FX o & & & Xd = Xi + X f
& Xd
基本放大 电路Au
& Xo
& Xf
反馈电路
F
& & Xd = X f
,
& & X f = FX o
ϕA +ϕF = ±2nπ
n是整数 是整数
例如：设 |Au|=100, |F|=0.01, 即|AuF| =1，这时， 如果输入端电压的有效值为0.01V（Ui=0.01V）,那 么在输出端得到1V(U。＝1V)。而反馈电压(Uf)也正 好是0.01V。如果Uf和Ui的相位相同，振荡电路就 可以稳定工作 设|Au|=200， |F|=0.01, 即|AuF|>1。这时，如果在 输入端有0.01V的电压，那么，在输出端可以得到 2V电压，而反馈电压为0.02V；再由此在输出端得 到4V，而反馈电压为0.04V；如此循环下去。但是 电压的幅度不会无限增大；由于反馈元件或晶体管 的非线性，电压放大倍数|Au|将随着振荡幅度的增 大而自动减小，最后达到|AuF|＝1时，振荡电路便 稳定在某一振荡幅度下工作，即使由于任何原因 （如温度或电源电压的变化）使振荡幅度变化时， 也能自动稳幅。
& Xi
+
× –
& Xd
基本放大 电路Au
& Xo
& Xf
反馈电路
改成正反馈
F
& & & Xd = Xi − X f
只有正反馈电路才能产生自激振荡。 只有正反馈电路才能产生自激振荡。
& Xi
+
× +
& Xd
基本放大 电路Au
& Xo
& Xf
反馈电路
F
& 如果： & 如果：X f = X i ,
& 仍有信号输出。 则去掉 X i , 仍有信号输出。
电子琴的振荡电路： 电子琴的振荡电路：
R28 R27 R26 R25 R24 R23 R22 R21
1 fo = 2πC R1R2
RF1 RF2 R1 C ∞
D1
D1
_
+
C R
∆ ∆ ∆ ∆
uo
+
18.3 LC振荡电路
LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成， 振荡电路的选频电路由电感和电容构成， 可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高， 可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高， 所以一般用分离元件组成放大电路。 所以一般用分离元件组成放大电路。本节只 振荡电路做一简单介绍。 对 LC振荡电路做一简单介绍。 振荡电路做一简单介绍
+
C1
– + ⊕
+ –
C
正反馈
变压器反馈式振荡电路，频率由 谐 变压器反馈式振荡电路，频率由LC谐 振网络决定。 振网络决定。
例2：电感三点式振荡电路（哈脱莱振荡电路） ：电感三点式振荡电路（哈脱莱振荡电路）
+UCC C2 C1 C
设 uB ↑ uL2 ↓
ube ↑ uL1 ↓ uD ↑
uC ↓
uL1
L1
uC
uB ↑
uL2
正反馈
L2
D
频率由C 频率由 、 L1 、 L2谐振 网络决定。 网络决定。
例3：电容三点式振荡电路（考尔毕兹） ：电容三点式振荡电路（考尔毕兹）
+UCC
设 uB ↑
uC ↓
uC1 ↓
C B
A i C1 + –
C2 –
uC1减小时， uC2如何变化？ 减小时， 如何变化？ i
能自行启动的电路（ ） 能自行启动的电路（1）
RT t° R C ∞ 半导体 热敏电阻 起振时， 略大于2R 起振时，RT略大于 1， 使|AuF|>1，以便起振； ，以便起振； uo 起振后， 起振后，uo逐渐增大则 RT逐渐减小，使得输出 逐渐减小， 为某值时， uo为某值时，|AuF|=1， ， 从而稳幅。 从而稳幅。
_
+
R C R1
∆ ∆ ∆ ∆
+
uo
t
Rt
A
能自行启动的电路（ ） 能自行启动的电路（2）
R21 R22 D1 R22为一小电阻， 为一小电阻， 使(R21+R22)略大于 略大于 2R1，|AuF|>1，以 ， 便起振； 便起振；
D2 R C
_
∞
+
C R1
∆ ∆ ∆ ∆ຫໍສະໝຸດ +随着u 的增加， 随着 o的增加，R22 逐渐被短接， 自动 逐渐被短接，A自动 下降到使|AuF|=1， 下降到使 ， 使得输出u 使得输出 o稳定在某 值。
1 2πf o R1C2 = 2πf o R2C1
同相
1 fo = 2π R R2C1C2 1
1 如果： 如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则： fo = ， ， 2πRC
二、用运放组成的RC振荡器 用运放组成的 振荡器
因为： 因为：Au = 1 + R2 ∞
ϕA = 0
uo
R2 R1
R C