第4章正弦波讲义振荡电路
第四章 正弦波振荡器
例 4.5 图例4.5(a)是一个数字频率计晶振电路, 试分 析其工作情况。
f0
1 2 4.7 10 330 10
6 12
4.0 MHZ
在晶振工作频率5MHz处, 此LC回路等效为一个电容。可 见, 这是一个皮尔斯振荡电路, 晶振等效为电感, 容量为3pF ~10pF的可变电容起微调作用, 使振荡器工作在晶振的 标称频率5MHz上。
2密勒(Miller)振荡电路 石英晶体作为电感 元件连接在栅极和源 极之间, LC并联回 路在振荡频率点等效 为电感, 作为另一电 感元件连接在漏极和 源极之间, 极间电容 Cgd作为构成电感三 点式电路中的电容元 件。由于Cgd又称为 密勒电容, 故此电路 有密勒振荡电路之称。
两种振荡器共同的缺点是:晶体管输入输出电容分别和 两个回路电抗元件并联, 影响回路的等效电抗元件参数, 从 而影响振荡频率。 由于晶体管输入输出电容值随环境温度、 电源电压等因素而变化, 所以三点式电路的频率稳定度不高, 一般在10-3量级。
例4.3在图例4.3所示振荡器交流等效电路中, 三个LC并 联回路的谐振频率分别是:f1=1/( 2 ),LfC=1/( ), 121 2 2 L3C f3=1/(L2C2 ), 试问f1、 f 、f33满足什么条件时该振荡器 2 能正常工作?且相应的振荡频率是多少? 解: 由图可知, 只要满足三 点式组成法则, 该振荡器 就能正常工作。 若组成电容三点式, 则 在振荡频率f01处, L1C 1回路与L2C2回路应呈 现容性, L3C3回路应呈 现感性。 所以应满足f 1≤f2<f01<f3或f2 <f1<f01<f3。
要使振幅不断增长的条件是:
Uf U 0 U f T ( w) AF Ui U i U 0
通信电路(第四版) 第4章
若回路无损耗, 即Re0→∞, 则衰减系数α→0, 由式(4.2.1)
可知, 回路两端电压变化将是一个等幅正弦振荡。由此可以产 生一个设想, 如果采用正反馈的方法, 不断地适时给回路补充能
量, 使之刚好与Re0上损耗的能量相等, 那么就可以获得等幅的
一个反馈振荡器必须满足三个条件: 起振条件(保证 接通电源后能逐步建立起振荡), 平衡条件(保证进入维持 等幅持续振荡的平衡状态)和稳定条件(保证平衡状态不因 外界不稳定因素影响而受到破坏)。
图 4.2.3 反馈振荡器的组成
1. 起振过程与起振条件
在图4.2.3所示闭合环路中, 在×处断开, 并定义环路增益
根据所产生的波形不同, 可将振荡器分成正弦波振荡器和 非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波, 后者能产生矩形 波、 三角波、 锯齿波等。 本章仅介绍正弦波振荡器。
常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持 振荡的正反馈放大器组成, 这就是反馈振荡器。按照选频网络 所采用元件的不同, 正弦波振荡器可分为LC振荡器、RC振 荡器和晶体振荡器等类型。其中LC振荡器和晶体振荡器用于 产生高频正弦波, RC振荡器用于产生低频正弦波。正反馈放 大器既可以由晶体管、 场效应管等分立器件组成, 也可以由集 成电路组成, 但前者的性能可以比后者做得好些, 且工作频率也 可以做得更高。本章介绍高频振荡器时以分立器件为主, 介绍 低频振荡器时以集成运放为主。
T( )
Uf Ui
AF
其中
A&
U&o U&i
,
F&
U&f U&o
(4.2.2)
其中Uf , Ui , A , F分别是反馈电压、输入电压、主
正弦波振荡电路
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。
R f 2 R1
f s 1 2 π LC 1 C C0 Cs
fs 1 C C0 Cs
由于 C
C 0 C s
C f s f s 1 2(C 0 C s )
由此看出
C s 0 时, f s f p ;
C s 时, f s f s
3. 几种常用的电压比较器
(1)单限比较器:只有一个阈值电压 (2)滞回比较器:具有滞回特性 输入电压的变化方向不同,阈值电压也不同,但 输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。
回差电压:
U U T1 U T2
(3)窗口比较器: 有两个阈值电压,输入电压单调变化时输出电压跃变两次。
4、集成运放的非线性工作区
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。
3、 变压器反馈式电路
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) 是否存在四个组成部分 2) 放大电路是否能正常工作 3) 是否满足相位条件 4) 是否可能满足幅值条件
Uf
U i ( f f0 )
fs 1 2 π LC
(a)代表符号 (b)电路模型 (c)电抗-频率响应特性
晶体等效阻 抗为纯阻性 B. 并联谐振 f p 通常
电子课件电子技术基础第六版第四章正弦波振荡电路
§4-2 LC正弦波振荡电路
学习目标
1. 了解 LC 并联谐振电路的选频特性,会计算谐振频 率。 2. 认识变压器反馈式与 LC 三点式正弦波振荡电路, 判断其是否满足幅度条件和相位条件。 3. 能分析三种 LC 正弦波振荡电路的工作原理。 4. 了解三种 LC 正弦波振荡电路的特点及适用场合。
LC 正弦波振荡电路采用 LC 并联谐振电路作选频网络, 主要用来产生 1 MHz 以上的高频正弦波信号。LC 正弦波振 荡电路按反馈电路的形式不同,分为变压器反馈式、电感三 点式和电容三点式三种。
1. 相位条件 用瞬时极性法,设基极加一瞬时为正的信号,集电极输出 为负,LC 回路谐振时另一端瞬时为正,反馈回基极的瞬时极 性为正,与原假设信号相位相同,电路满足相位平衡条件, 所以电路能够起振。 2. 振荡频率 电路的振荡频率等于 LC 并联谐振电路的谐振频率,即
式中,
3. 电路特点 电容三点式振荡电路的特点如下: (1)由于反馈电压取自电容 C2 两端,电容对高次谐波 阻抗很小,反馈电压中的高次谐波分量很小,所以输出波形 较好,频率稳定度较高。 (2)因为电容 C1、C2 的容量可以选择较小,若将放大 管的极间电容也计算进去,则振荡频率较高,一般可以达到 100 MHz 以上。 (3)调节电容可以改变振荡频率,但同时会影响起振条 件,故频率调节范围较小,因此这种电路适用于产生固定频 率的振荡电路。
当给石英晶片两侧加上交变电压时,石英晶片会产生与所 加交变电压相同频率的机械振动,但是这种振动的幅度一般 很小;但当外加交变电压的频率为某一特定值时,石英晶片 的振动幅度将会突然增大,这种现象称为石英晶片的压电谐 振。这一特定频率就是石英晶片的固有频率,也称谐振频率 。
2. 石英晶体谐振器 在石英晶片的两侧喷涂金属层,然后将石英晶片夹在两金 属板之间,再分别从两金属板上引出电极,并按一定形式封 装就构成了一个石英晶体谐振器,简称晶振。
高频电子线路正弦波振荡器.ppt
单调谐放大器
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
3.相位(频率)稳定条件
相位稳定条件和频率稳定条件实质上是一回事
正弦信号相位φ和频率ω的关系:
d
dt
dt
振荡器的角频率 增大导致相位不断超前 相位 的不断超前表明角频率 增大
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
(1)相位(频率)稳定过程
原平衡态: L (0 ) f F 0
4.1.2 起振条件
1.起振过程分析
单调谐放大器
刚通电:电路中存在很宽的频谱的电的扰动,幅值很小
通电后:
1)谐振回路的选频功能,从扰动中选出 osc 分量(osc 0)
2)放大器工作在线性放大区, |T (josc)|>1 ,形成增幅振荡
3)忽略晶体管内部相移: f =0
回路谐振: L=0
T (josc) =0,相移为零
起振 过程
平衡 状态
起振 过程
平衡 状态
输出波形:
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
4.1.4 稳定条件
1.平衡状态稳定分析:
(1)振荡电路中存在干扰
单调谐放大器
① 外部:电源电压、温度、湿度的变化,引起管子和回 路参数的变化。
② 内部:存在固有噪声(起振时的原始输入电压,进入平 衡后与输入电压叠加引起波动)。
单调谐放大器
外界干扰后: L (0 ) f F 0
Ub 相位超前 Ub 相位
升高
振荡回路相频特性 L 下降
L () f F 下降
L () f F 0
达到新的平衡 > 0
外界干扰消失后: L () f F 0
Ub 相位滞后 Ub 相位
降低
电工学-第四章 正弦波振荡电路
R
1 jL jC j(L 1
C
)
( R L)
.
I
L/C
R j(L 1 )
C
+ L
•
U
C
_
R
2020/4/18
24
LC并联谐振回路的选频特性
•
Z
U
•
I
L/C
R j(L
1)
C
.
I
+ L
•
U
C
_
R
•
当LC并联回路发生谐振时,端电压 U 与总电
流
•
I
同相,即阻抗Z表现为纯电阻性。
谐振频率
o
Uf
•
F
Uo
•
•
由以上知,放大电路产生自激振荡的条件是 U f U i
••
•
则
AuF
Uo
•
U
•
f
U
•
f
1
Ui Uo Ui
2020/4/18
7
自激振荡
总结出自激振荡的条件:
(1)相位平衡条件
反馈电压
•
U
f
与输入电压
•
U
i
同相位,形成正反馈
(2)幅值平衡条件
反馈电压与输入电压大小相等: U f U i
C2
uf
首先判断相位平衡条件,见瞬时极性
2020/4/18
35
RB1
RC
+
RB2
uf
+
ube
RE
UCC
+
C1
L
+
C2
CE
第四章 正弦波振荡电路 《工业电子学》课件
1
电子琴的振荡电路:
1
R28 R27
R2 2 3
f
0
2p
1 C
R1R2
F 2+ R1 R2
R26
4
R25
5
RF1 RF2 D1
R1
D1
使R2>>R1
F
1 2
R24
6
C
R23
7
_ +
AF1 A2
uo 功率放 大器
R22
1
R21
+
C Rf
A 1+ RF1+RRf F22
可调
RF1+RF2Rf
4.3 LC正弦波振荡器
Uf UO
(1 +
R1 R2
+
C2 C1
)
+
1
j ( R1C 2
-
1 R2
C1
)
当
R1C2
1
R2C1
时,相移为0。
选频特性
R1C2
1
R2C1
0
如果:R1=R2=R,C1=C2=C,则:
1 R1R2C1C2
0
1
RC
f0
1
2pRC
Uf
1
Uo
(1 +
R1 R2
+
C2 ) + C1
j(R1C2
首端
中间端
L1 C
L2
尾端
电感三点式
首端 中间端
尾端
C1 L
C2
电容三点式
三. 三点式LC振荡器
1.电感三点式LC振荡电路
振荡频率:
正弦波振荡电路ppt课件
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。
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移相 0° Uf
同相 0°
相位条件
Rf
在f = f0 处 ,Uo 与Ui
C
同相。只有一个频率能满 R
_∞
足相位条件(正反馈),
RC网络产生相移 =0°+ 。
Uf C R
-
A+ + +
R1Ui
-
+
Uo
-18
第二节 RC正弦波振荡电路
3.幅值条件
幅度条件: A = 3
因为AF=1, F=1/3, 则A=3。
为保证单一频率的正弦波,振荡器要具有 选频特性。只有某一特定频率f0的信号满足 自激振荡条件,从初始信号中挑选出来。
f0的信号→放大→输出→反馈→放大→…
起振条件:AF 1 即:UF>U i
8
第一节 自激振荡
3.稳幅:当信号幅度增大到一定幅度时, 进入三极管的非线性区,电压放大倍数A降 低,振荡幅度自动稳定在某一值上。
第二节 RC正弦波振荡电路
RC串并联选频电路的谐振频率
1
f0 2RC
(R1=R2=R, C1=C2=C)
谐振时:
U2 1 3
U1
C1
+
R1
C2
R2
+ U1
U2
--
14
第二节 RC正弦波振荡电路
二、RC桥式振荡电路
1.电路构成 分立元件电路构成
15
集成运放电路构成
第二节 RC正弦波振荡电路
RC串并联电路 + 同相比例放大电路
2.相位平衡条件: A F 2 n(n 0 ,1 ,2 ,3 ..
即: UF与U i 同 相 结论:对于任何类型的振荡器,只有这两 个条件同时满足,振荡才能维持。
7
二、振荡的建立与稳定
第一节 自激振荡
1.初始信号由来:接通电源瞬间,有一个 电冲击,激起微弱的信号,包含丰富的频率 成分。
2.起振:选频放大。
种类: RC桥式振荡电路。
12
第二节 RC正弦波振荡电路
一、RC串并联选频电路的选频特性
幅频特性
C1
R1
C2
R2
+
+ U1
U2 U2 与 U1 之
- - 间的相移
U2
1
3
o
f0 f
相频特性
结论:
+90°
在频率f0处, U2 最大, =0°, o
f
只有f=f0一个频率满足振荡条件。 -900
f0
13
R
_∞
A+ +
+
Uf C R
++
R1Ui
Uo
-
-
-
Uo大 Rf 功耗大 Ta
Rf
Auf
Uo20
三、应用举例
第二节 RC正弦波振荡电路
XB-18型信号发生器中的音频振荡电路
21
第二节 RC正弦波振荡电路
XB-18型信号发生器中的 音频振荡电路方框图
22
第二节 RC正弦波振荡电路
(一)组成
属于桥式RC振荡电路。 1.振荡器的放大部分:T1~T4。 共发射极放大级——T1,其输出电压相移为 1800。
对于同相比例运放:
所以取Rf >2R1。 4.估算振荡频率
Auf
1
Rf R1
f0
1
2RC
为RC串并联网络的f0。
19
第二节 RC正弦波振荡电路
5.自动稳幅措施 反馈电阻RF采用热敏电阻。
设想使Uo↑时,Auf 小, 即反馈小,维持 Uo不变。 C
热敏 电阻
Rf
负温度系数:
Ta
Rf
Auf
1 Rf R1
倒相管——T2。 无变压器推挽输出级——T3、T4。 T2的输入与T3、T4的输出相位差为1800。 2.T5射极输出器:减小负载对振荡器的影响。 3.负反馈电路中采用热敏电阻。提高了振荡 器的稳定性。
4.T1采用自举电路:提高了输入阻抗,减少了输
入阻抗对选频网络的影响。
23
第二节 RC正弦波振荡电路
RC振荡电路:振荡频率低,1MHz以下
石英晶体振荡电路:振荡频率稳定
10
一、RC串并联选频电路的选 频特性
二、 RC桥式振荡电路
三、应用举例
第二节 RC正弦波振荡电路
概述
LC振荡频率: f0
2
1 LC
若频率过低,所需的L和C值很大,这将使
振荡电路结构不合理、经济不合算,而且性
能变坏。
选频电路: RC串并联选频电路。
(二)工作情况 满足自激振荡条件:T1~T4组成的多级放
大器中,输入与输出的总相位移为3600。经 过RC串并联选频网络反馈到输入端为正反馈, 满足自激振荡条件,产生振荡。
(三)调整: 振荡器的频率为20Hz~20kHz,分成3个
RB1
RS
uS
RB2
RC T
+UCC iC uO
O
RF
CF
起振
uCE
增幅 稳幅
9
第一节 自激振荡
三、正弦波振荡电路的基本组成部分
1.放大电路: 供能源,放大,设置合适的Q点。
2.反馈网络:
形成正反馈,满足相位条件。 3.选频电路:
保证产生单一频率的正弦波。
按选频网络类型分:
LC振荡电路: 振荡频率高,1MHz以上
uF与ui相位相同(正反馈) uF代替ui必须满足 uF与ui幅度相等
•
•
Ui
UO A
将反馈信 号代替
+
ui A
-
-
uF
+
F
+
•
•
uO UO AUi
-
5
第一节 自激振荡
一、自激振荡平衡条件
uF与ui相位相同(正反馈)
uF代替ui必须满足
•
uF与ui幅度相等
F
•
UO
UO A
即AF1
•
•
A
UO
•
Ui
•
A AA A ——UO与U 相位差
i的
•
•
F
U
•
F
U O•
•
F FF
F ——UF与UO的相位差
A • F• U•F AFAF
Ui
6
AF ——UF与Ui的相位差
第一节 自激振荡
•
A • F • U •F AF AF
Ui
AF ——UF与Ui的相位差
1.幅度平衡条件: AF1 即:UF=U i
R1
Up
Rf
_∞
A+ +
CR
R
C
Rf
C
UO
R
_∞
+
A+ +
+
UfC R
-
R1+
Ui
-
UO
-
16
R1
Up
Rf
_∞
A+ +
CR
R
C
正反馈 支路
第二节 RC正弦波振荡电路
UO
组成 负反馈 电桥 支路
R
Rf
C
R C
R1
_∞
A+
+
UO
17
2.相位条件
第二节 RC正弦波振荡电路
同相比例电路 RC串并联电路
Ui 同相 0° Uo
广泛应用:在无线电技术、测量、控制 技术、工业生产和日常生活中,用作高频 信号源、加工设备中的高频能源,如高频 加热炉、超声波压焊机等。
分类:
变压器反馈式
LC正弦波振荡电路 三点式 电感三点式
电容三点式
RC正弦波振荡电路:RC桥式振荡电路
石英晶体正弦波振荡电路
4
第一节 自激振荡
自激振荡——不需外加输入信号,本身就 能产生交流信号的电路。
第4章正弦波振荡电路
精品jing
第一节 自激振荡 第二节 RC正弦波振荡电路 第三节 LC正弦波振荡电路
第四节 石英晶体正弦波振荡 电路
一、自激振荡平衡条件
二、振荡的建立与稳定
三、正弦波振荡电路的基本 组成部分
概述
第一节 自激振荡
正弦波振荡电路——用来产生一定频率 和幅度的正弦交流信号的电子电路。