振荡器的基本原理演示文稿

振荡器的基本原理演示文稿
8.1 正弦波振荡器的基本原理
一. 产生自激振荡的条件
Xi +
X d 基本放大器 A
Xo
–
Xf
改成正反馈
反馈网络
F
+
Xd = Xi - X f
只有正反馈电路才能产生自激振荡。
Xi +
Xd
+
Xf
基本放大器
Xo
A
反馈网络
F
如果：X f = X i ,
则去掉 X i , 仍有信号输出。
j
F=0°
│F│max=1/3
RC串并联网络完整的频率特性曲线：
0
=
1 RC
|F|
1/3
f0
=
1
2pRC
o
当
=0
=
1 时， RC
│F│= │F│max=1/3
jF = 0
φF +90°
o
二.RC桥式振荡器的工作原理
因为： jA =0
R
Rf
在 f0 处 jF =0,
C
－∞
A +
+
uo 满足相位条件：
1
C 2 >>R2
其低频等效电路为：
|F|
0 φF
90°
0
+
+
C1
u o
+
+
-
R2
u f
-
+
+
其频率特性为：
当ω=0时， uf=0，│F│=0
j F =+90°
当ω↑时，
ujf=F↓↑，│F│↑
（2）当信号的频率很高时。
1 C1
＜＜R1
1 C2
＜＜R2
其高频等效电路为：
|F|
0 φF
0 -90°
一. RC 串并联网络的选频特性
R1C1 串联阻抗：
+
Z 1=R 1+(1/jC 1)
+
R2C2 并联阻抗：
Z2 = R2 //(1/ jC2)
=
R2
1+ jR2C2
u o
-
R2
+
选频特性：
F =Uf = Z2 Uo Z1 +Z2
R1
C1
+
+
C
2
uf -
+
1.定性分析
（1）当信号的频率很低时。
1
C 1 >>R1
调节放大电路的增益。
三.正弦波振荡器的一般组成
1.放大电路——实现能量控制。 2.正反馈网络——满足起振条件。 3.选频网络——只有一个频率满足振荡条件 ，从而获得单一频率的正弦波输出。
常用的选频网络有RC选频和LC选频 4.稳幅环节——使电路易于起振又能稳定振 荡，波形失真小。
8.2 RC正弦波振荡电路
起振条件：
AF=1， F = 1
A=3
3
A = 1+ Rf
R1
R
Rf
C
－∞
A +
+
uo
R
C uf R 1
Rf=2R1=210=20k
f0
=
1
2pRC
=1592
Hz
能自动稳幅的振荡电路
半导体热敏电阻 (负温度系数）
10k
10k
Rt
0.1u 100k uf
－A +
∞
+
uo
10k 0.1u 39k
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。
切换R，用于
R1
R3
Rf
粗调振荡频率。
K
R
_
uo
振荡频率：
C
R2
+ +
1
f0 = 2pRC
R1
R3 C
K
R1
C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。
8.3 LC正弦波振荡器
一、 LC并联谐振回路的选频特性
i
当 = 0 1 时，
+
iC
iL
LC 产生并联谐振。
u
C
L
谐振时，电路呈阻性：
-
R
R为电感和回路中的损耗电阻
2. 定量分析
+
R1C1 串联阻抗：
+
R1
Z 1=R 1+(1/jC 1)
uo
C1
+
R2C2 并联阻抗：
Z2 = R2 //(1/ jC2 )
-
R2
+
+
C
2
uf -
+
=
R2
1 + jR2C2
R 2
F =Uf = Z2 Uo Z1 +Z2
•
F=
1+jR 2C2
=
1
R 1+j1C1+1+j R 2 R 2C2 (1+C C1 2+R R 1 2)+j (R 1C2-R 1 2C1)
能自动稳幅的振荡电路
R C
.
RC
R f1
R f2 1
D1
2
D2
－∞
A +
+
将Rf分为Rf1 和Rf2 ，
Rf2并联二极管 uo
R1
起振时D1、D2不导通，
Rf1+Rf2略大于2R1。随着
uo的增加， D1、D2逐渐
导通，Rf2被短接，A自动
下降，起到稳幅作用。
振荡频率的调节： R2
K：双联波段开关，
L Z0 = RC
(阻性)
LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小，支路 电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电 路呈阻性。
LC并联谐振回路的幅频特性曲线
Z0=R LC =Q0L=Q 0C=QC L
|Z|
Q为谐振回路的品
Q小
质因数，Q值越大，
Q大
曲线越陡越窄，选
o
频特性越好。
谐振时LC并联谐振电路相当一个大电阻。
2、相位条件： j A + j F = 2np n是整数
二.起振条件和稳幅原理
起振条件： | A F | 1 （略大于）
结果：产生增幅振荡
稳幅过程：
Xd 基本放大器
Xo
A
Xf
反馈网络 F
起振时， | A F | 1
稳定振荡时， | A F |= 1
稳幅措施：
起振过程
1、被动稳幅：器件非线性 2、主动稳幅：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以
jA+jF =0
R
C uf R 1
振幅条件：
AF=1 F = 1
输出正弦波频率：
只需：A=3 3
1
f0 = 2pRC
引入负反馈： A =1+ Rf R1
选： Rf = 2R1
RC桥式正弦波振荡电路
EWB仿真
反馈网络构成桥路
例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才 能起振？振荡频率f0=？
R 2
•
F=
1+jR 2C2
=
1
R 1+j1C1+1+j R 2 R 2C2 (1+C C1 2+R R 1 2)+j (R 1C2-R 1 2C1)
通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，则有：
•
1
F = 3+ j( - 0 )
式中： 0 =
可见：当
1
RC
=0
=
1 RC
0
时， │F│最大，且
+
+
R1
u
+
o
+
-
C2
uf -
+
+
其频率特性为：
当ω=∞时，
uf=0，│F│=0
j F =-90°
当ω↓时，
uf=↑，│F│↑
j F↓
由以上分析知：一定有一个频率ω0存在，
当ω=ω0时，│F│最大，且 j=0F°
ω0=？ │F│max=？
|F|
频率很低
|F|
频率很高
0 φF
0
φF
90°00 Nhomakorabea-90°
同名端：
在LC振荡器中，反馈信号通 过互感线圈引出
Xd 基本放大器
A
Xf
反馈网络 F
Xo
反馈信号代替了放大 电路的输入信号。
Xd 基本放大器
A
Xf
反馈网络 F
Xo
A = X0 Xd
Xd=Xf
F = Xf X0
FA=1
..
自激振荡的条件： AF = 1
因为：
.
A =| A | jA
.
F =| F | jF
所以，自激振荡条件也可以写成：
1、振幅条件： | AF |= 1