7.1 正弦波振荡电路

当
.
=
0
=
1/RC
时
Fu 最大，为 1/3
= 0º，输出电压与输入电压同相。
90 0
-90
二、RC 桥式振荡电路
1. 电路组成
C R
+. R
Uf
C
RF
同相 +. 放大器 Uo + R1 +. Ui
2. 常用RC 桥式振荡电路
×
构成同相放大器
C R
+. R
Uf
C
RF
同相 +.
放大器 +
Uo
2R1 R3 R2 2R1
*例
分析图示电路是否可能产生振荡。
C C CR RR
Rf ∞
一节 RC 环节 移相 90
Uo
20lg|A•u |/dB
0.1 1 10 0
–20 –40
超前
90
45
0
0.1 1 10
一阶高通
f / fL f / fL
*例: 分析图示电路是否可能产生振荡。
C
C
C
a f 2nπ (n 0,1,2, )
相位平衡条件
三、振荡的平衡条件与起振条件
1. 起振条件
Au Fu 1 振幅起振条件
a f 2nπ (n 0,1,2, )
相位起振条件
2. 平衡条件
Au Fu 1 振幅平衡条件
a f 2nπ (n 0,1,2, )
相位平衡条件
电路参数设计要满足振幅起振 条件！！！ 通过稳幅电路自动达到平衡。
0.7
Uom
2 6.2 10 3 6.2
得Uom=5.425V，Up-p=10.85>6V 故能满足指标要求。
R3 4.3k
D1 1N4148
R4 10k
D2 1N4148 -12V
4
R1 6.2k
-
∞
2
+
U1 + 741
6
3
7
R2
uo1正弦 波输出
+12V 50k
C1 4700pF（0.047μF）
Q 1 Lq 非常高， rq Cq
具有很好的选择性和频稳度。
.
Uo
jC2
.
I
1
jC1
C1 C2
（二） 电容三点式振荡电路
1. Colpitts 振荡电路
f0
2
1 LC
1
2 C1C 2 L
C1 C2
优点： 输出波形好。
缺点：频率不易调节； 三极管极间电容影响 f0 及其稳定性。
2. Clapp振荡电路（改进型电容三点式）
C3 << C1 ， C3 << C2
R2 50k
C2 4700pF（0.047μF）
作业：P396 7.1acd 7.3
7.1.3 LC振荡电路
常用: 变压器反馈式 、电感三点式、电容三点式
一、LC 并联谐振回路
1 (r jωL) Z jωC
1 (r jωL) jωC
通常 r << L ，所以
L 的等效损耗 电阻。C 的损 耗可忽略。
+
+
+
+. U_i
_
（b）可能。构成电容三点式振荡电路
（a） 可能。构成电感三点式振荡电路
1
f0a 2
948kHz ( L1 L2 2 M )C
f0b 2
1 C1C 2 L C1 C2
5.63MHz
作业：P397 7.7ac
7.1.4 石英晶体振荡电路
频率稳定度高达10-6~ 10-8 及以上，而LC 振荡电路的难突破 10-5 。
起振时，热敏电阻处于冷态，RF 阻值较大， A•u 1 RF / R1 大，
.
起振容易。U o
.
If
T RF A•u
最后达到 A•u =3，
进入平衡状态。运放始终线性工作，因此波形好。
例7.1.1
图示为一实用RC桥式振荡电路。（1）求f0 ；（2） 说明二极管的作用；（3）说明 RP 如何调节。
电路参数设计要满足振幅起振 条件！！！ 通过稳幅电路自动达到平衡。
Au Fu 大小要合适！
相位条件确定振荡频率， 振幅平衡条件确定信号幅度。
三、振荡的平衡条件与起振条件
1. 起振条件
Au Fu 1 振幅起振条件
a f 2nπ (n 0,1,2, )
相位起振条件
2. 平衡条件
Au Fu 1 振幅平衡条件
晶片对应面产生 正负电荷
晶体内形成电场
交变电压 机械振动 交变电荷 交变电流
当交变电压频率=晶体固有机械振荡频率时， 产生共振，振幅最大，产生的交变电流最大。
类似回路谐振，称压电谐振。
3. 石英晶体谐振器的符号、等效电路和电抗特性
Co — 静态电容，较大。 Lq — 晶体振动时的动态电感 ，很大。 Cq —晶体振动时的动态电容，很小。 rq — 等效摩擦损耗电阻，很小。
• 由 R3+R4>2R1 R4<2R1
得 2R1-R3<R4<2R1,
由于输出电压大小主要由R4确定, 而R3是辅助的，它与二极管并联 改善波形，故R4宜取大些，R3取 小些。 取 R1=6.2k，R3=4.3k， 则得8.1k<R4<12.4k， 采用15k电位器以调节输出 峰峰值大小。
R3 4.3k
1 LC
谐振阻抗
Z0
L rC回路品质因数 Q 源自1 rL C当 = 0 时，回路产生
并联谐振，阻抗最大，且为纯
电阻（ =0）。
当 > 0 时， <0, 失谐
大时回路呈容性。
当 < 0 时， >0,失谐
大时回路呈感性。
二、变压器反馈式振荡电路
交流通路 变压器反馈网络
选频放大器
c
b U+i
(一) 电感三点式 振荡电路（Hartley振荡器） 1
f0 2 ( L1 L2 2 M )C
优点： 易起振， 频率易调（调C）
缺点：输出波形差。
（二） 电容三点式振荡电路
1. Colpitts 振荡电路
对偶
（二） 电容三点式振荡电路
1. Colpitts 振荡电路
交流通路
.
.
I
1
.
F
Uf
a f 2nπ (n 0,1,2, )
相位平衡条件
与负反馈的辨别
与负反馈电路自激振荡的相位条件是否有矛盾？
讨论：如何定性判断电路能否产生正弦波振荡？
(1) 观察电路组成是否完备，是否含放大、选频和反馈电路。 (2) 判断放大电路能否正常工作，即静态工作点是否合适，动 态信号能否正常传输。 (3) 判断是否满足相位条件：找到放大电路输入端将反馈断开， 假设断开处加 ui，并设ui 瞬时极性为正；然后推导uf极性并与ui 瞬极 性进行比较。若它们对于公共电位参考点的瞬时极性相同，则构成正 反馈，满足相位条件，电路可能产生振荡，否则，电路不可能振荡。 (4) 在满足相位条件的基础上，定性判断电路是否可能满足振幅 起振条件，若满足则电路能产生正弦波振荡，否则不能。
R1 +.
Ui
2. 常用的RC 桥式振荡电路
参数选择：
f0
1 2RC
RF 2 R1
一般通过切换高 稳定度的电容进 行频段转换，再 采用双联电位器 进行频率细调。
2. 常用的RC 桥式振荡电路
参数选择：
f0
1 2RC
RF 2 R1
RF 不能太大， 否则正弦波将
失真，甚至变
成方波。
稳幅措施：采用负温度系数热 敏电阻实现外稳幅。
二、振荡产生的基本原理
电扰动产生窄脉冲 起振： 正反馈回送并放大信号
选频产生正弦波
平衡： 稳幅使信号增大到一定 程度后维持大小不变。
三、振荡的平衡条件与起振条件
1. 起振条件
Au Fu 1 振幅起振条件
a f 2nπ (n 0,1,2, )
相位起振条件 2. 平衡条件
Au Fu 1 振幅平衡条件
C e
–
+1 Uo L –2
4+ 3 Uf
–
二、变压器反馈式振荡电路
交流通路
c
b ×U+i
C e
–
+1 Uo L –2
4+
3 Uf
–
f0
2
1 LC
三、三点式 LC 振荡电路
LC 并联谐振回路的三个端子分别与放大器的三个端子相连。
(一) 电感三点式 振荡电路（Hartley振荡器）
三、三点式 LC 振荡电路
R3 4.3k D1 1N4148 D2 1N4148
4
-
∞
2
+
U1 + 741
6
3
7
R2 +12V 50k
uo1正弦 波输出
以期得电容量为合适值。
C1 4700pF（0.047μF）
C2 4700pF（0.047μF）
R2 50k
RC正弦波振荡电路设计提示 续
• 二极管采用普通二极管1N4148
|A• u F•u |
1
O
uI
内稳幅
稳幅环节
外稳幅
|A• u |
O
uI
三、振荡的平衡条件与起振条件
1. 起振条件
Au Fu 1 振幅起振条件
a f 2nπ (n 0,1,2, )
相位起振条件
2. 平衡条件