模拟电子技术基础课件第23讲 正弦波振荡电路
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正弦波振荡器PPT课件
正弦波振荡器的调谐范围较宽，可以通过 调整电路参数实现不同频率和幅度的输出 ，满足多种应用需求。
输出纯净
易于集成
正弦波振荡器产生的波形失真小，噪声低 ，适用于对信号质量要求高的应用。
正弦波振荡器可以采用集成电路形式实现 ，减小了体积和重量，便于携带和集成到 其他系统中。
缺点
功耗较大
正弦波振荡器需要一定的功耗才 能维持稳定工作，相对于其他类
正弦波振荡器的原理和结构
总结词
正弦波振荡器是一种能够产生正弦波信号的电子装置， 其原理基于自激振荡。为了实现自激振荡，正弦波振荡 器需要满足一定的条件，包括放大倍数大于1、反馈系 数大于0且小于等于1、相位移动大于等于π弧度等。常 见的正弦波振荡器结构有RC电路、LC电路和石英晶体 振荡器等。
详细描述
LC振荡器通过调节电感器和电容器的 大小，可以产生不同频率的正弦波。 其优点是频率稳定性高，适用于产生 高频信号。
晶体振荡器
晶体振荡器利用石英晶体（一种特殊的电介质）的压电效应 产生正弦波。
晶体振荡器的振荡频率由石英晶体的固有频率决定，具有极 高的稳定性和精度。广泛应用于高精度测量和通信领域。
04 正弦波振荡器的应用领域
振荡条件的稳定性分析
• 总结词：稳定性是正弦波振荡器的关键性能指标之一，它决定了输出信号的频 率和幅度的稳定性。为了使正弦波振荡器稳定工作，需要满足一定的条件，包 括放大倍数稳定、相位移动稳定和频率稳定等。这些条件可以通过理论分析和 实验测试来验证和优化。
• 详细描述：稳定性是正弦波振荡器的关键性能指标之一，它决定了输出信号的 频率和幅度的稳定性。在实际应用中，由于受到环境因素、电路参数变化和噪 声干扰等多种因素的影响，正弦波振荡器的输出信号可能会发生频率漂移、幅 度波动等现象，影响其性能表现。因此，为了使正弦波振荡器稳定工作，需要 满足一定的条件，包括放大倍数稳定、相位移动稳定和频率稳定等。这些条件 可以通过理论分析和实验测试来验证和优化，以确保正弦波振荡器在实际应用 中的性能表现达到预期要求。
模拟电子技术6.1正弦波振荡电路
输入电阻小、输出 电阻大，影响f0
可引入电压串联负反馈，使 电压放大倍数大于3，且Ri大、 Ro小，对f0影响小
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。
例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才 能起振？振荡频率f0=？
R1
起振时Rt较大 使 A>3,易起振。 当uo幅度自激增 长时， Rt减小， A减小。 当uo幅度达某一 值时， A→3。 当uo进一步增大 时， RT再减小 , 使A<3。 因此uo幅度自动 稳定于某一幅值。
R C
.
RC
Rf1
Rf2 1
D1
2
D2
－∞
A +
+
将Rf分为Rf1 和Rf2 ，
Rf2并联二极管 uo
稳幅
按选频网络的名称
①RC正弦波振荡器：1兆赫以下 ②LC正弦波振荡器：几百千赫～几百兆赫 ③石英晶体振荡器： 振荡频率稳定
8.1.2 RC正弦波振荡电路
R
C
选频网络
Rf
－∞
A +
+
uo
R
C
uf
R1
放大电路
1.RC串并联网络选频特性
R1C1 串联阻抗：
+
Z1 R1 (1/ jC1)
+
电子琴的振荡电路电路：
R28 R27
fo
2C
1 R1R2
R26
RF1 RF2 D1
R25
R1
D1
R24
C
_
uo
R23
+
R22
模拟电子技术基础 4.2LC正弦波振荡器PPT课件
故
，
，为使 和 反相，
要求X1和X2 必须同性质。而X3必须与X1、X2异性质 。
4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理
X1
X2
X3
B
C
E
三点式振荡器基本结构
•
有电感三点式和电容三点式两种
4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理
4.2.2 电感三点式振荡器 (Hartley —哈脱莱)
而共基放大电路具有较大增益，又具有内稳幅作用，
因此合理选择电路参数可满足振幅起振和平衡调节
故此电路可能产生振荡。
作业
P154 4.1(a)
4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理
三个电抗元件组成LC谐振回路
谐振回路既是负载，又构成正反馈选频网络。
三点式振荡器组成原则：与放大器同相输入端相连的为同性质电抗，不与同相输入端相连的为异性质电抗。
掌握三点式振荡器的组成原则和工作原理
掌握电感三点式和电容三点式振荡器的典型 电路、工作原理、工作特点和分析方法。
4.2 LC正弦波振荡器
了解集成LC振荡器
变压器反馈式振荡器
变压器反馈式振荡器
一、电路组成
三极管、LC谐振回路构成选频放大器，变压器Tr构成反馈网络。
放大器在小信号时工于甲类，以保证起振时有较大的环路增益。
二、工作原理
L
C
+ –
+ –
C
B
E
变压器反馈式振荡器交流通路
N1
N2
M
+ –
二、工作原理
起振时放大器工作于甲类，T>1。随着振荡幅度的增大，放大器进入非线性状态，且由于自给偏置效应进入乙类或丙类非线性工作状态，使T减小，直至T=1，进入平衡状态
模拟电子技术基础第2版第六章正弦波振荡电路课件
6.1.1 产生自激振荡的条件
1．原理框图 正弦波振荡电路框图如图6.1.1所示。
其中A是放大 电路，F是反馈网 络。由图可知，产 生振荡的基本条件 是反馈信号与输入 信号大小相等、相 位相同。
•
••
U f FU0
图6.1.1 正弦波振荡电路的框图
•
••
U 0 AU id
•
•
当 U f U id 时，必有
3 fo f
二、RC串并联正弦波振荡电路分析
当串并联选频网络在f=f0时，Uf最大，相移φ=0o，因此， 采用同相放大器，就能满足相位平衡条件。
1.振荡频率计算
当R1=R2=R，C1=C2=C时，RC串并联 正弦波振荡电路 的振荡频率为
fo
1
2RC
可见，改变R、C的参数值，就可调节振荡频率。为了同
6 ( 1 )3 0
RC RC
振荡角频率
0
1 RC
6
振荡频率
f0
1
2RC
6
当
o
1 RC
6
时，电路产生振荡，振荡
图6.2.1 RC文氏桥式振荡器 （a）电原理图 （b）等效电路
一、RC串并联网络的频率特性
1．频率特性分析
为了便于分析，将图6.2.1中的选频网络单独画在图6.2.2上。 图中R1=R2=R，C1=C2=C。
RC串联电路的阻抗为
Z1
R1
1
jc1
1 jRC jC
RC并联电路的阻抗为
1
Z2
R2
••
AF 1
2．振荡平衡条件
•
•
••
设 A A a ，F F f 则得 A F Aa F f 1
模拟电子技术第十章正弦波振荡器
•判断下面电路是否能产生正弦波振荡：
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•选频网络无法实现选频 模拟电子技术第十章正弦波振荡器
•判断下面电路是否能产生正弦波振荡：
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•可以产生正弦波振荡 模拟电子技术第十章正弦波振荡器
•根据选频网络不同，振荡器的分类： •（1）RC振荡器 •（2）LC振荡器 •（3）石英晶体振荡器
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•图3.31 晶体的形状及横断面 • (a)晶体外形；(b)横断面
模拟电子技术第十章正弦波振荡器
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•图10.29 石英谐振器的结构
模拟电子技术第十章正弦波振荡器
1）具有正反压电效应 正压电效应是指在晶体片两个侧面上施加压力时，
晶体片就会产生机械变形，与此同时，在它的表面上 还会产生异性电荷。
•
稳幅过程：UO↑负反馈电流↑
T ↑ R1↑、 Rf↓负反馈↑ UO↓
• Rf和R1引入的电压串联负反馈有助 于改善波形减小失真。
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模拟电子技术第十章正弦波振荡器
文氏电桥振荡器信号波形质量和稳定 性好，故得到了广泛的应用。
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模拟电子技术第十章正弦波振荡器
•例：电路中V1和V2的作用是什么？为使电路 起振R1、R2和R3应满足什么条件？
•令：
•图10.20 RC串并联网络
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模拟电子技术第十章正弦波振荡器
幅频特性和相频特性表达式为
•其中
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模拟电子技术第十章正弦波振荡器
根据以上两式可画出相应的频率特性曲线
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•图3.21 RC串并联网络的频率特性曲线
模拟电子技术第十章正弦波振荡器
模电课件第6章 正弦波振荡电路
电路演变
RB1 C1 T CE RC C2
+UCC
C e
L1 L2 C
b
自耦变压器
1、电感三点式（哈特莱） 电感三点式（哈特莱） （1）电路组成
+UCC RB1 C1 T RB2 RE Ce RC C2
L1、L2、C——选频回路。 ——选频回路 选频回路。 L2——反馈线圈。 ——反馈线圈 反馈线圈。 C1——隔直电容，防止L2将 ——隔直电容 防止L 隔直电容， b－e短路。 短路。
f0 1 = 2 π RC
(R1=R2=R， C1=C2=C) ，
谐振时： 谐振时： C1
+ +
U1
U U
f 1
1 = 3
C2
R1 R2
Uf
--
Ui
同相比例电路 同相 0° °
Uo
RC串并联电路 RC串并联电路 移相 0° °
Uf
同相 0° °
相位条件
Rf
在f = f0 处 , Uo 与 Uf 同相。 同相。只有一个频率能满 足相位条件（正反馈）， 足相位条件（正反馈）， RC网络产生相移 ϕ =0°。 网络产生相移 °+ Uf C
+
N2 R
uF
+
LF
+
-
(b)振荡回路线圈的接法 (b)振荡回路线圈的接法
(a)分立元件构成的振荡回路 (a)分立元件构成的振荡回路
2、选频网络的作用 ①回路的谐振频率为: 回路的谐振频率为:
ω0 =
1 LC
复习
1 或f 0 = 2π LC 当外加信号频率f=f 产生并联谐振。 ②当外加信号频率f=f0时，产生并联谐振。
模拟电子技术正弦波
电感线圈Ｌ相耦合,将反馈信号送
入三极管的输入回路。 交换反馈线圈的两个线头，
可使反馈极性发生变化。 调整反馈线圈的匝数可以改变
反馈信号的强度，以使正反馈的 幅度条件得以满足。
用瞬时极性法判断：
变压器反馈LC振荡电路
vi vc－ vo vf vb
a 1800
f 1800
7.2.2.3 电感三点式LC振荡器
稳幅的目的。
2024/5/31
正弦波振荡条件与负反馈放 大电路的自激振荡条件的比
较
正弦波振荡条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。 ❖ 只不过负反馈放大电路中是由于信号频率达到了通频带的两端，
产生了足够的附加相移，从而使负反馈变成了正反馈。 ❖ 在振荡电路中加的就是正反馈，振荡建立后只是一种频率的信
•判断放大电路和反馈网络之间的连接关系。 放大电路的输出是反馈的输入。
•反馈网络中电容的三个抽头的连接关系。反 馈电压取自哪里。
vi vb vc － vo vf vi
a 1800
f 1800
•这是共基极放大电路。 射极输入，集电极输出。
•反馈电压取自电容C2两端的电压。 瞬时极性法判断：
FV
Vf Vo
1 3
RC文氏桥振荡电路
f 0
为满足振荡的幅度条件
••
AF
AF 1
，所以 A 3 。
加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。
A 1 R3 3 R4
3.采用反并联二极管的稳幅电路
(a) 稳幅电路
(b) 稳幅原理图
电路的电压增益为 稳幅原理：
Avf
=1+
R"p R 3 R'p R4
号，无所谓附加相移。
入三极管的输入回路。 交换反馈线圈的两个线头，
可使反馈极性发生变化。 调整反馈线圈的匝数可以改变
反馈信号的强度，以使正反馈的 幅度条件得以满足。
用瞬时极性法判断：
变压器反馈LC振荡电路
vi vc－ vo vf vb
a 1800
f 1800
7.2.2.3 电感三点式LC振荡器
稳幅的目的。
2024/5/31
正弦波振荡条件与负反馈放 大电路的自激振荡条件的比
较
正弦波振荡条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。 ❖ 只不过负反馈放大电路中是由于信号频率达到了通频带的两端，
产生了足够的附加相移，从而使负反馈变成了正反馈。 ❖ 在振荡电路中加的就是正反馈，振荡建立后只是一种频率的信
•判断放大电路和反馈网络之间的连接关系。 放大电路的输出是反馈的输入。
•反馈网络中电容的三个抽头的连接关系。反 馈电压取自哪里。
vi vb vc － vo vf vi
a 1800
f 1800
•这是共基极放大电路。 射极输入，集电极输出。
•反馈电压取自电容C2两端的电压。 瞬时极性法判断：
FV
Vf Vo
1 3
RC文氏桥振荡电路
f 0
为满足振荡的幅度条件
••
AF
AF 1
，所以 A 3 。
加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。
A 1 R3 3 R4
3.采用反并联二极管的稳幅电路
(a) 稳幅电路
(b) 稳幅原理图
电路的电压增益为 稳幅原理：
Avf
=1+
R"p R 3 R'p R4
号，无所谓附加相移。
正弦波振荡电路课件
振荡幅度较大时 正向电阻小
ID
∞
R
C R 1
+ uO –
UD
振荡幅度较小时 正向电阻大
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带稳幅环节的电路（2）
D2 图示电路中，RF RF1 分为两部分。在RF1上正 D1 反并联两个二极管，它们 在输出电压uO的正负半周 R RF2 ∞ – 内分别导通。在起振之初， C + 由于 uo 幅值很小，尚不 + 足以使二极管导通， R C R 正向二极管近于开路,此 1 时， RF >2 R1。而后，
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17.3. 2
1. 电路结构 选出单一频率 的信号 RC选频网络 正反馈网络
RC振荡电路
R
RF
C + uf R –
C R 1
– + +
∞
+ uO –
用正反馈信号uf 作为输入信号
同相比例电路 放大信号
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2. RC串并联选频网络的选频特性 。 + 传输系数： 1
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(2) 稳定振荡
(3) 振荡频率 振荡频率由相位平衡条件决定。 A = 0，仅在 f 0处 F = 0 满足相位平衡条件， 所以振荡频率 f 0= 1 2RC。 改变R、C可改变振荡频率 RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。
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uo
+
文氏电桥电路
+UCC
R1 C1 RC1 R2 RC2
模拟电子技术课件：第23讲 正弦波振荡电路
4. 电容反馈式（电容三点式）电路
作用？
f0 2π
1 L C1C2 (C1 C2 )
若C C1且C C2，则
U i
U f
1 f0 2π LC
C
与放大电路参数无关
若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当电容减 小到一定程度时，晶体管的极间电容将并联在C1和C2上，影 响振荡频率。 特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。
清华大学 华成英 hchya@
路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。
在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：
Xo
X
' i
Xo
由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最
终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。。
1. 正弦波振荡的条件
一旦产生稳定的振荡，则 电路的输出量自维持，即
X o A FX o
A F
1
A F
1
A F 2nπ
不符合相位条件 不符合幅度条件
1)是否可用共射放大电路？ 2)是否可用共集放大电路？ 3)是否可用共基放大电路？ 4)是否可用两级共射放大电路？
输入电阻小、输出 电阻大，影响f0
可引入电压串联负反馈，使 电压放大倍数大于3，且Ri大、 Ro小，对f0影响小
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。
3. 电感反馈式电路
特点：耦合紧密，易振，振 幅大，C 用可调电容可获得 较宽范围的振荡频率。波形 较差，常含有高次谐波。
因为放大电路的输入电 阻就是它自身的负载， 故A 与F 具有相关性；若增大 N1，则 A 增大，F 减小。
由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高 次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。
正弦波振荡电路ppt课件
所以 Q 1 Lq 非常高， rq Cq
具有很好的选择性和频稳度。
2. 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
串联谐振频率 并联谐振频率
1 fs 2 LqCq
1
fP 2
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。由于运放始终线性工作，因此波形好。
例8.1.1
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。
.1
因为振荡频率处，Fu 3
为满足起振振幅条件
A•uF• u
1，应使
.
Au
3
.
即 Au 1 (RF / R1 ) 3
2. 常用的RC 桥式振荡电路
参数选择：
1 f0 2RC
RF 2R1
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。
1. 石英谐振器结构
石英是一种各向异性的结晶体，其化 学成分是SiO2 。从一块晶体上按一定的方 位角切割成的薄片称为晶片。在晶片的两 面涂上银层作为电极，电极上焊出两根引 线固定在管脚上，封装后就构成了石英晶 体谐振器。
2. 石英晶体的压电效应与谐振特性
压电效应： 电极间加电场
电极间加机械力
晶体机械变形 晶体产生电场
起振时，二极管未导通，
具有很好的选择性和频稳度。
2. 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
串联谐振频率 并联谐振频率
1 fs 2 LqCq
1
fP 2
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。由于运放始终线性工作，因此波形好。
例8.1.1
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。
.1
因为振荡频率处，Fu 3
为满足起振振幅条件
A•uF• u
1，应使
.
Au
3
.
即 Au 1 (RF / R1 ) 3
2. 常用的RC 桥式振荡电路
参数选择：
1 f0 2RC
RF 2R1
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。
1. 石英谐振器结构
石英是一种各向异性的结晶体，其化 学成分是SiO2 。从一块晶体上按一定的方 位角切割成的薄片称为晶片。在晶片的两 面涂上银层作为电极，电极上焊出两根引 线固定在管脚上，封装后就构成了石英晶 体谐振器。
2. 石英晶体的压电效应与谐振特性
压电效应： 电极间加电场
电极间加机械力
晶体机械变形 晶体产生电场
起振时，二极管未导通，
电子技术基础正弦波振荡电路_百度文库
教案用纸§4-1正弦波振荡电路的基本原理一、自激振荡电路的基本组成正弦波振荡电路的基本组成：包括放大电路、反馈电路和选频电路三个基本组成部分。
二、自激振荡的条件1．幅值条件反馈信号uf与输入信号ui大小相等，即uf=ui由于A=uo ui F=ufuoufuf 则 AF===1 uouiuoui即AF=1，其中A表示基本放大电路的开环放大倍数，F表示反馈电路的反馈系数。
AF=1即为振荡电路能够振荡的幅度平衡条件。
2．相位条件为保证反馈信号uf与输入信号ui相位相同，应确保φA+φF=±n360上式即为振荡电路的相位平衡条件。
式中φAo表示基本放电电路的相移，φF表示反馈电路的相移，n=0，1，2，3……。
反馈信号的相位与输入信号的相位相同，即电路中引入正反馈，才能产生振荡。
3．自激振荡的建立及稳幅振荡电路能否起振，除了电路中必须引入正反馈之外，反馈信号uf应比输入信号ui的幅度大。
即：AFuoufuf=>1 uiuoui自激振荡一旦建立起来，振荡电路的输出信号的幅值就将逐渐增大，当增大到一定程度后，放大电路部分中的管子就会接近甚至进入饱和区或截止区，输出波形就会失真，所以要在电路中设有稳幅环节，使输出信号的幅值增大到一定大小以后，电路满足，保持等幅振荡。
由于三极管是非线性器件，当振荡幅度增大至一定程度后，振荡电路中的三极管将进入非线性区，三极管的β将会减小，放大电路的电压放大倍数A会减小，从而使AF减小，当满足AF=1时，输出幅度既不增大，也不减小，将维持在某一幅度进行等幅振荡。
因此，正弦波振荡电路产生振荡的条件为：oAF≥1，φA+φF=±n360要保证振荡电路能够振荡，必须同时满足以上两个条件，其中相位平衡条件是关键。
教案用纸§4-2 LC正弦波振荡电路一、LC并联谐振电路的选频特性LC 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，所以一般用分离元件组成放大电路。
模拟电子技术教学课件正弦波振荡电路
·
＋
I
C
＋
超前移相网络
U·i
R
U·o
·
＋
I
R
＋
滞后移相网络
U·i
C U·o
－
－
－
－
(a)
(b)
图10.17 RC串联移相网络
2024/7/27
15
H ( ) 1 0 .7
0 ( )
截止频率
C＝
1
τ= RC
H
U o U i
＋ 90° ＋ 45°
0
C
图10.18 RC串联超前网络的频率特性曲线
58
二.电容反响式振荡电路(电容三点式)
50 F 50mH
12V
0.047F 10 F
6.8k 10k
C
0.01F
8
1．起振过程及起振条件 •
Ui
·
•
Uo
••
A
Au Fu 1
•
•
•
U f Ui
Uf
·
F
A • uF • u A u ejA F u ejF A u F u ej(A F )
AuFu 1 幅度起振条件
AF2n n0,1,2相位起振条件
2024/7/27
9
2.平衡条件
••
Au Fu 1
•
•
U f Ui
L
Is
C
U o
r
Z
电路图
2024/7/27
48
(rjL)
Z
rjL
1
jC
1
jC
L
r j(C L1C)
L
令 1
0
模电 课件9.3 LC正弦波振荡电路
9.3.5 石英晶体 振荡电路 石英晶体LC振荡电路
利用石英晶体的高品质因数的特点，构成 利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC 振荡电路，如图9.14所示。 所示。 振荡电路，如图 所示
C 0 0 S
通常Q>>1， 通常 >>1， >>1
& & & ： I C ≈ I L >> I S
9.3.2 变压器反馈 振荡电路 变压器反馈LC振荡电路
变压器反馈LC振荡电路如图9.7所示。 变压器反馈 振荡电路如图9.7所示。 振荡电路如图9.7所示 LC并联谐振电路作 并联谐振电路作 为三极管的负载， 为三极管的负载，反馈线 相耦合, 圈L2与电感线圈Ｌ相耦合 将反馈信号送入三极管的 输入回路。 输入回路。交换反馈线圈 的两个线头， 的两个线头，可使反馈极 性发生变化。 性发生变化。调整反馈线 圈的匝数可以改变反馈信 号的强度， 号的强度，以使正反馈的 幅度条件得以满足。 幅度条件得以满足。
（a）CB组态 ） 组态
（b）CE组态 ） 组态
电容三点式LC振荡电路 图9.12 电容三点式 振荡电路
例9.1：图9.13为一个三点式振荡电路,试判断是否 9.1： 9.13为一个三点式振荡电路, 为一个三点式振荡电路 满足相位平衡条件。 满足相位平衡条件。
图9.13 例题11.1的电路图 例题11.1的电路图 11.1
图9.5 LC并联回路 并联回路
LC并联回路的等效阻抗为： 并联回路的等效阻抗为： 并联回路的等效阻抗为
1 ( R + jωL) jωC Z= 1 + R + jωL jωC
通常有R<< <<ω 通常有R<<ωL，所以有
模拟电子技术课件——正弦波振荡电路
仿真 优选点频：易于产生振荡，输出波形失真不大。 缺点虽：然耦波合形不出紧现密了，失损真耗，较但大由，于振L荡C频谐率振的电稳路定的性Q值不很高高。，选
频特性好，所以仍能选出0的正弦波信号。
EXIT
模拟电子技术
2.电感反馈式正弦波振荡电路
b
ec
L1 L2
C
电感 三点式
优点：耦合紧，振幅大；振荡频率高，调节范围宽。 缺点：输出波形不够好，含有高次谐波。
R
C R
C
即Uf为 fo U振 o2荡 1R频C ， 率
当f
fo时，F
1，
3
F
0
若 A 3，则 A F 1，此时
同时满足相位平衡条件和幅度平衡
条件，电路能够产生振荡。
1 F 3
f0
f
F
90 o
0o
f0
f
90 o
EXIT
模拟电子技术
根据起振条件：A 3，
则电路中Rf 和R1的取值有 何限制？
二 、振荡的建立与稳定
问题3： 电源接通瞬间的噪声很小，怎样建立振荡 ？
起振条件 ： A(ω) F(ω) 1
问题4： 起振条件 A(ω) F(ω) 1 是否意味着输出电压将越
来越大，趋于无穷 ？ 振荡电路中的稳幅环节，将限制输出信号幅度 无限增长，当输出信号达到一定值后，将使其 稳定。一是可以另加稳幅电路；二是直接依靠 放大电路中晶体管的非线性作用实现。
石英晶体的品质因数很高，Q =104 106 ；振荡频率取 决于石英晶体的固有频率，具有很高的频率稳定度。
EXIT
模拟电子技术
石英晶体正弦波振荡电路
+Vcc
Rb2
Rc
C
频特性好，所以仍能选出0的正弦波信号。
EXIT
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2.电感反馈式正弦波振荡电路
b
ec
L1 L2
C
电感 三点式
优点：耦合紧，振幅大；振荡频率高，调节范围宽。 缺点：输出波形不够好，含有高次谐波。
R
C R
C
即Uf为 fo U振 o2荡 1R频C ， 率
当f
fo时，F
1，
3
F
0
若 A 3，则 A F 1，此时
同时满足相位平衡条件和幅度平衡
条件，电路能够产生振荡。
1 F 3
f0
f
F
90 o
0o
f0
f
90 o
EXIT
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根据起振条件：A 3，
则电路中Rf 和R1的取值有 何限制？
二 、振荡的建立与稳定
问题3： 电源接通瞬间的噪声很小，怎样建立振荡 ？
起振条件 ： A(ω) F(ω) 1
问题4： 起振条件 A(ω) F(ω) 1 是否意味着输出电压将越
来越大，趋于无穷 ？ 振荡电路中的稳幅环节，将限制输出信号幅度 无限增长，当输出信号达到一定值后，将使其 稳定。一是可以另加稳幅电路；二是直接依靠 放大电路中晶体管的非线性作用实现。
石英晶体的品质因数很高，Q =104 106 ；振荡频率取 决于石英晶体的固有频率，具有很高的频率稳定度。
EXIT
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石英晶体正弦波振荡电路
+Vcc
Rb2
Rc
C
正弦波振荡 PPT
S
12
Vo
C
iL
0
R
Vo et
L
t
▪ LC谐振回路就是LC振荡器得重要组成部分,正弦波振荡器则
就是
基▪ 考于虑二了阶回RL路C回损路耗得后自,回由路振将荡现i象(t。)
V0
L
e t
sin(t
0
)
产生振幅衰减得阻尼振荡(当 R 2 L )
C
从能量角度:振幅衰减由于在回路存在损耗。
维持等幅振荡措施:
▪ 工业生产部门广泛应用得高频电加热设备等。 (4)基本构成:
▪ 一个由储能元件构成得决定振荡频率得选频网络。 ▪ 一个在规定频段内具有能量变换(或放大)作用得换能 机构。(有源器件--放大器)
▪ 一个有助于补充元器件能量损耗和保证振荡器工作稳定 得反馈电路。
▪ 一个对振荡强度具有自动调整作用得非线性元件。
以引用线性系统得分析方法,来确定这一时期振荡器得工
作状态。
2001年9月--12月
5
二、LC 振荡器得基本工作原理
返回
正弦波振荡器工作就是基于二阶RLC回路得自由振荡。反馈振 荡器就是靠正反馈补充必要得交变能量,以维持回路内部得能量 平衡。讨论工作原理－－揭示环路产生等幅持续振荡条件。
互感耦合 LC 振荡电路
正弦波振荡
一、振荡器 概述
(1)定义:振荡器就是一种不需外加信号激励而能自动将直 流能量变换为周期性(一定频率,一定幅度)交变能量得装置。
(2)分类:
▪ 按振荡波形分类:振荡器分为正弦波振荡器和非正弦波振 荡器。输出波形接近于理想正弦波得称为正弦波振荡器, 波形为方波、矩形波或其她波形得称为非正弦波振荡器。
事实上,在晶体管正弦振荡器中,晶体管既起着能量变换
12
Vo
C
iL
0
R
Vo et
L
t
▪ LC谐振回路就是LC振荡器得重要组成部分,正弦波振荡器则
就是
基▪ 考于虑二了阶回RL路C回损路耗得后自,回由路振将荡现i象(t。)
V0
L
e t
sin(t
0
)
产生振幅衰减得阻尼振荡(当 R 2 L )
C
从能量角度:振幅衰减由于在回路存在损耗。
维持等幅振荡措施:
▪ 工业生产部门广泛应用得高频电加热设备等。 (4)基本构成:
▪ 一个由储能元件构成得决定振荡频率得选频网络。 ▪ 一个在规定频段内具有能量变换(或放大)作用得换能 机构。(有源器件--放大器)
▪ 一个有助于补充元器件能量损耗和保证振荡器工作稳定 得反馈电路。
▪ 一个对振荡强度具有自动调整作用得非线性元件。
以引用线性系统得分析方法,来确定这一时期振荡器得工
作状态。
2001年9月--12月
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二、LC 振荡器得基本工作原理
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正弦波振荡器工作就是基于二阶RLC回路得自由振荡。反馈振 荡器就是靠正反馈补充必要得交变能量,以维持回路内部得能量 平衡。讨论工作原理－－揭示环路产生等幅持续振荡条件。
互感耦合 LC 振荡电路
正弦波振荡
一、振荡器 概述
(1)定义:振荡器就是一种不需外加信号激励而能自动将直 流能量变换为周期性(一定频率,一定幅度)交变能量得装置。
(2)分类:
▪ 按振荡波形分类:振荡器分为正弦波振荡器和非正弦波振 荡器。输出波形接近于理想正弦波得称为正弦波振荡器, 波形为方波、矩形波或其她波形得称为非正弦波振荡器。
事实上,在晶体管正弦振荡器中,晶体管既起着能量变换
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在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈： X o X i' X o
由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最 终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。。
1. 正弦波振荡的条件
一旦产生稳定的振荡，则 电路的输出量自维持，即 X AFX
o o
AF 1 AF 1 A F 2nπ
因为放大电路的输入电 阻就是它自身的负载， 故A与F 具有相关性；若增大 N ，则 A 增大， 减小。 F
1
由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高 次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。
4. 电容反馈式（电容三点式）电路
作用？
1 f0 2π L C1C2 (C1 C2 )
若C C1且C C2，则
Uf
Ui
f0
C
1 2π LC
与放大电路参数无关
若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当电容减 小到一定程度时，晶体管的极间电容将并联在C1和C2上，影 响振荡频率。 特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。
四、石英晶体正弦波振荡电路
Xf (Xi )
3. 基本组成部分
1) 放大电路：放大作用 2) 正反馈网络：满足相位条件 3) 选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡 4) 非线性环节（稳幅环节）：稳幅
常合二为一
4、分析方法
1) 是否存在主要组成部分； 2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是 否可能正常传递，没有被短路或断路； 3) 是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡 ； 4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。
1. 石英晶体的特点
SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。 压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系 固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。
感性
因C C0，故 fs f p 1 2π LC
阻性
容性
一般LC选频网络的Q为几百，石英晶体的Q可达104～ 106；前者Δf/f为10－5，后者可达10－10～10－11。
高频段 在频率从0～∞ 中必有一个频率 f0，φF＝0º 。
. I . Uo . Uf
f ，U f 0， F 90
RC串并联选频网络的频率响应
Uf F Uo R R∥ 1 j C 1 j C 1 j C
＋R ∥
F
1 3 j( RC 1 ) RC
RC 双T选频网络 RC 移项式电路
Ui
1) RC 移相电路有几级才可 能产生正弦波振荡？ 2) 若R 和C 互换呢？
选频网络和正反馈 网络是两个网络。
三、LC 正弦波振荡电路
1. LC并联网络的选频特性
理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且 阻抗无穷大。 1 谐振频率为 f 0 2 π LC
在损耗较小时，品质因数及谐振频率
1 L 1 Q ，f 0 R C 2 π LC
损耗
在f＝f0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电 阻为多少？
LC选频放大电路→正弦波振荡电路
当f=f0时， 电压放大倍 数的数值最 大，且附加 相移为0。
附加相移
放大电路 Uo
反馈网络
构成正弦波 振荡电路最简 单的做法是通 过变压器引入 反馈。
幅值平衡条件 相位平衡条件
起振条件： AF 1
要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在 合闸通电时对于f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程， 即满足起振条件。
2. 起振与稳幅
电路如何从起振到稳幅？
AF 1
Xo Xo
稳定的 振幅
F
A
A F
非线性环节 的必要性！
A F
o
2. 变压器反馈式电路
Uf
必须有合适的同铭端！ 分析电路是否可能产生正弦 波振荡的步骤： 1) 是否存在组成部分 2) 放大电路是否能正常工作 3) 是否满足相位条件 C1是必要的吗？
Ui ( f f 0 )
特点： 易振，波形较好；耦合不紧密， 损耗大，频率稳定性不高。 为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈 式电路。
5. 分类
常用选频网络所用元件分类。 1) RC正弦波振荡电路：几百千赫以下 2) LC正弦波振荡电路：几百千赫～几百兆赫 3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定
二、RC 正弦波振荡电路
1. RC串并联选频网络
低频段
. Uf . I . Uo
f 0，U f 0， F 90
输入电阻小、输出 电阻大，影响f0 可引入电压串联负反馈，使 电压放大倍数大于3，且Ri大、 Ro小，对f0影响小
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。
3. RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）
用同相比例运算电路作放大电路。
Rf 2R1
第二十三讲 正弦波振荡电路
一、正弦波振荡的条件和电路的组成 二、RC正弦波振荡电路 三、LC正弦波振荡电路 四、石英晶体正弦波振荡电路
一、正弦波振荡的条件和电路的组成
1. 正弦波振荡的条件 无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。 与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电 路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。
相位条件的判断方法：瞬时极性法
U
i
极性？
在多数正弦波振荡电路 中，输出量、净输入量和 反馈量均为电压量。
断开反馈，在断开处给放大电路加 f＝f0的信号Ui，且规 定其极性，然后根据 Ui的极性→ Uo的极性→ Uf的极性 若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不 可能产生自激振荡。
2. 电路
（1）并联型电路 （2）串联型电路
① 石英晶体工作在哪个区？ ① 石英晶体工作在哪个区？ ② 两级放大电路分别为哪种 ② 是哪种典型的正弦波振荡 基本接法？ 电路？ ③ C1的作用？
讨论三
同铭端？
Ui
注意事项： 1. 放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法； 2. 断开反馈，在断开处加 f=f0的输入电压； 3. 找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。
因同相比例运算电路有非常好的线 性度，故R或Rf可用热敏电阻，或加 二极管作为非线性环节。
文氏桥振荡 器的特点？
频率可调的文氏桥振荡器
改变电容以粗调，改变电 位器滑动端以微调。 加稳压管可以限制输出电 压的峰-峰值。
同轴 电位器
讨论一：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路
讨论二：判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？
清华大学 华成英 hchya@
能产生正弦 波振荡吗？
3. 电感反馈式电路
Uf
Ui ( f f 0 )
必要吗？ 反馈电压取自哪个线圈？ 反馈电压的极性？
电感的三个抽头分别接晶 体管的三个极，故称之为电 感三点式电路。
3. 电感反馈式电路
特点：耦合紧密，易振，振 幅大，C 用可调电容可获得 较宽范围的振荡频率。波形 较差，常含有高次谐波。
1 1 令f 0 ，则 F f f 2π RC 3 j( 0 ) f0 f
当 f=f0时，不但φ=0，且 F 最大，为1/3。
2. 电路组成
不符合相位条件 不符合相位条件
1)是否可用共射放大电路？ 2)是否可用共集放大电路？ 3)是否可用共基放大电路？ 4)是否可用两级共射放大电路？