清华 杨素行 第三版 模电 第10章

+
文氏电桥振荡电路。
R´
C2
R2
RC 串并联网络振荡电路
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2. 振荡频率和起振条件
仿真
（1)振荡频率
f0 =
1 2πRC
（2)起振条件 A·F· > 1
F·
=
1 3
A· > 3
R1 C1
RF
A
U·o
+
R´
C2
R2
RC 串并联网络振荡电路
Auf
=
1+
RF R´
RF > 2 R´
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当ω 较低时
1/ωC1 >> R1
1/ωC2 >> R2 可忽略R1和1/ωC2 U&f 相位超前于U&
ω低
+
C1
U·
R1
+
-
R2 C2
U·f -
(a)RC串并联电路
当ω 较高时
1/ωC1 << R1
1/ωC2 << R2 可忽略R2和1/ωC1 U&f 相位滞后于U& ω高
+
C1
U·
-
R2
U+·-f
适用于产生单一频率的振荡波形。
以上三种电路的振荡频率均与 RC 成反比，
一般用来产生几赫至几百千赫的低频信号。
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第三节 LC 正弦波振荡电路
LC并联电路的选频特性 变压器反馈式振荡电路 电感三点式振荡电路 电容三点式振荡电路
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一、 LC 并联电路的选频特性 I·
低频时并联阻抗为感性， 高频时并联阻抗为容性， 在某一中间频率时为纯阻性。
)
即当 f = f0=
1
2πRC
U·f 的幅值达到最大,
时
·
F max =
1 3
而F 0
等于 U·幅值的
1 3
。
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二、 RC 串并联网络振荡电路
1. 电路组成
反馈网络 选频网络
放大电路
R1、C1 和 R2 、C2
及 RF 和 R´
组成一四臂电桥,
R1 C1
RF A
U·o 因此电路又称为：
结论：
|Z|
LC 并联电路具有选频特性， Q1＞Q2
Z01
Q
① 在 f0 处，呈纯电阻性。 当 f < f0 时，呈电感性；
1
Z02
Q
ω0
2
ω
当f > f0 时，呈电容性。
ФZ +900
② f0 的数值与电路参数有关， Q1
当 Q >>1 时，f0 ≈
2π
1 LC
③ Q 值愈大，选频特性愈好。
ω0 -900
选频特性好，
此时 F· 值很低
输出信号的频率稳定性较高， 因此 A· 必须足够大
应用较广泛。
以满足起振条件。
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结论: RC 串并联网络振荡电路 调频方便, 便于加负反馈稳幅电路, 输出波形良好。 移相式振荡电路
电路结构简单经济;选频较差,调频不方便,输出波形较差，
适用于频率固定,波形要求不高的轻便测试设备中。 双T选频网络振荡电路 选频特性好,输出波形的非线性失真较小,但调频困难，
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一 、 产生正弦波振荡的条件
1S
2
· Ui
U·f = F·U·o
放大电路 A·
U·o = A·U·i
反馈网络 F·
反馈放大电路产生自激振荡的条件
放大电路产生自激振荡的条件可表示为 U&f U&i
U&f F&U&o F&A&U&i U&i
所以产生正弦波振荡的条件是
·· AF
=
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四、 电容三点式振荡电路
+VCC
Rb2 Cb
+
+
· Rb1 Ui
Rc
-c
b e
Re
+ Ce
1
C1 2L
C2
+3
· Uf
电容三点式振荡电路
RL
电路满足相位 平衡条件
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振荡频率：
f0 ≈
2π
1 LC
起振条件：
= 2π
1
L
C1 C2 C1 + C2
β>
C2 • C1
rbe R´
第一节 正弦波振荡电路的分析方法
产生正弦波振荡的条件 正弦波振荡电路的组成 正弦波振荡电路的分析步骤
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正弦波和非正弦波发生电路常常作为信号源被广泛应 用于无线电通信以及自动测量和自动控制等系统中。 电子技术实验中经常使用的低频信号发生器是一种正 弦波振荡电路。 大功率振荡电路还可以直接为工业生产提供能源，例 如高频加热炉的高频电源。 此外，如超声探伤、无线电和广播电视信号的发送和 接收等，都离不开正弦波振荡电路。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅都非常小，只有 当外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅才会 突然增大，这种现象称为压电谐振。
式中R´为折合到管子集电极和发射极间的等效并联总 损耗电阻。
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特点： 1. 由于反馈电压取自电容 C2 ，
电容对于高次谐波阻抗很小， 于是反馈电压中的谐波分量很小， 所以输出波形较好。 2. 因为电容 C1、C2 的容量可以选得较小， 并将放大管的极间电容也计算到 C1、C2中去， 因此振荡频率较高， 一般可以达到 100 MHz 以上。
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五、 电容三点式改进电路
选择参数时，
Rc Rb2
+VCC
C1 、C2的容值较大以掩盖
极间电容变化的影响，
Cb +
C容值较小，
Rb1
Re
C1 + C2 Ce
L C3
即C3 << C1 , C3 << C2 ,
则可忽略C1 、C2对振荡频
率的影响。
振荡频率
f0
2π
1 LC3
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第四节 石英晶体振荡器
2. 分析电路是否满足自激振荡条件。
3.估算振荡频率和起振条件
根据 A·F· > 1 估算起振条件
根据 A F 2nπ 估算振荡频率
即 f = f0
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第二节 RC正弦波振荡电路
RC串并联网络的选频特性
RC串并联网络振荡电路
RC移相式振荡电路
双T 选频网络振荡电路
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一、 RC 串并联网络的选频特性
+
L
U·
C Z
R
-
LC 并联电路
Y =jωC+
1 R + jωL
R =
+j
R2 +（ωL）2
ωC -
ωL R2 +（ωL）2
1
1
ω0 =
·
（R ω0L
）2+
1
LC
当 Q >>1 时 ω0 ≈
1
LC
令Q= 或
ω0L 称为品质因数。 R
f0 ≈
2π
1 LC
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LC并联电路谐振时,
Z0
=
1 Y0
石英晶体的基本特性和等效电路 石英晶体振荡电路
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一、石英晶体的基本特性和等效电路
在LC振荡电路中，Q值愈大， LC并联电路的选频特性愈好 LC回路的Q值为
Q 0L 1 L
R RC
可见，为了提高LC回路的品质因数，应尽量减小回路的 损耗电阻，并增大L/C值。但实际上LC回路的L/C值不能 无限制地增大。
(b) 低频等效电路
+
R1
U·
-
C2
U+·-f
(c) 高频等效电路
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+
C1
U·
R1 Z1
+
-
R2
C2
Z2
U·f -
RC 串并联电路
R
F&
U&f U&
Z2 Z1 Z2
R
1 jRC
1 R
jC 1 jRC
1
1
R2 R1
C2 C1
jC2 R1
1
C1 R2
取 R1 = R2 = R , C1 = C2 = C
2. 调节频率方便。采用可变电容，频率调节范围宽。 3. 一般用于产生几十兆赫以下的频率。
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特点： 4. 由于反馈电压取自电感 L2 ，
而电感对高次谐波的阻抗较大， 不能将高次谐波短路掉。 因此输出波形中有较大的高次谐波，故波形较差。 5. 由于此电路的输出波形较差，且频率稳定度不高， 因此通常用于要求不高的设备中， 例如高频加热器、接收机的本机振荡等。
1
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A·F·= 1 可分别用幅度平衡条件和相位平衡条件来表示：
幅度平衡条件
A·F· = 1
相位平衡条件 arg A&F& A F 2nπ
n 0,1, 2,L
负反馈放大电路产生自激振荡的条件是 A·F·= - 1 与产生正弦波振荡的条件差一个负号。 产生这个差别的根本原因在于两种情况下反馈的极性不同。
RF
C1 C2 C3 -
U·o
A
R1
R2
R´
+
2700 1800
o
f0
f
三节RC电路的相频特性
当f = f0时满足相位平衡条件,
放大电路的相位移
O
A 180
常选C1=C2=C3 =C
一节RC电路的移相范围0 ~ 90o 两节RC电路的移相范围0 ~ 180o
R1=R2=R3 =R
振荡频率：f0 =
=
R2 +（ω0L）2 R
=（ω0L）（2 R
1+
1 Q2 ）≈
L RC
I·
+
L
U·
C Z
R
-
LC 并联电路
Z=
-
j
1 ωC
(R+jωL)
-j
1 ωC
+ (R+jωL)
=
1+
L / RC
j ωRL
(1
–
1 ω2LC
)
Z≈
Z0 1 + jQ （ 1 - ω02 ）
ω2
Z0= L / RC
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L/C值有一定限制。一般LC回路的Q值最高可达数百。
LC振荡电路的频率稳定度较低，在要求高频率稳定度的 场合，往往采用高Q值的石英晶体谐振器代替一般的LC 回路。
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1. 石英晶体的基本特性
在石英晶片的两极加上一个交变电压，晶片将会产生 机械变形振动。
相反，若使晶片发生机械振动，则在晶片的相应方向 上将产生一定的交变电场。
F&
1
3
j CR
1
CR
此时如令 0
1 RC
则左式可简化为：F&
3
1
j
0
0
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F&
1
F·
3
j
0
0
1/3
其幅频特性为| F&|
1
32
0
0
2
O φF
+900
ω0
ω
0
O
ω0
ω
其相频特性为 F arctan( 0
当 ω = ω0=
1
RC
时,
3
- 900
3. 振荡电路中的负反馈
RF和R´引入了一个 电压串联负反馈。 负反馈系数:
R1 C1
RF
A
U·o
+
F=
R´ RF+R´
R´
C2
R2
负反馈的作用： 改善振荡波形，
RC 串并联网络振荡电路
减小放大电路对选频特性的影响，可在负反馈支路中采用 提高振荡电路的带负载能力。 热敏电阻自动稳幅。
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I·C = Q I·
ω
Q
2
谐振时的阻抗值 Z0 也愈大。 当 Q >>1 时，I·C ≈ I·L
谐振回路的外界影响可以忽略。
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二、 变压器反馈式振荡电路
+VCC
U·f 与 U·i 相位相同
+
C
• N1
• N2
U·f
Rb2
L
Cb
-
N3 RL
+
振荡频率：
f0 ≈
1 2π LC
+
起振条件：
RF为多大才能保证电路起振？已知Re1 =4.7 kΩ。 解：
Rb Rc1
Rc2
C1
VT2
VT1 RF
U·f Re1
Re2
+VCC
C R
RC
满足相位平衡条件。
U·o
U·f U·o
=
Re1 RF + Re1
Auf
=
1+
RF Re1
RF > 2 Re1= 9.4 kΩ
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三 、 RC移相式振荡电路
4. 振荡频率的调节
f0
=
1 2πRC
粗调
C1 C2 C3
R
RF
只要改变电阻 R 或 电容 C 的值，
-
U·o
Rw
A
+
Rw
R´
即可调节振荡频率。
R
C1 C2 C3
细调
采用这种方法可以很方便地在一个比较宽广的范围内 对振荡频率进行连续调节。
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[例9.2.1]判断以下电路是否满足相位平衡条件？若满足，
2π (L1+ L2+ 2M)C
式中L为回路的总电感，即L= L1+ L2+ 2M
其中M为L1与L2之间的互感。
起振条件： β>
L1 + M L2 + M
•
rbe R´
式中R´为折合到管子集电极和发射极间的等效并联总 损耗电阻。
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特点：
1. 由于线圈之间耦合很紧，较易起振。 改变 L2/L1 的比值，可获满意的正弦波，且振幅较大。 据经验， L2 的圈数选为整个线圈的 1/8 到 1/4 。 具体的圈数比应通过实验调整来确定。
1 2√3 πRC
三节RC电路的移相范围0 ~ 270o
起振条件： RF >12R
至少要用三节RC电路
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四、 双T选频网络振荡电路
R3 应略小于R /2
R
R
RF
C
C
A
U·o
R3
+ 2C R´
f0 ≈
1 5RC
当 f = f0 时， F 180 o 而 A 180 o
特点：
因此满足振荡的相位平衡条件。
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特点： 3. 调节 C1 或 C2 可以改变振荡频率， 但同时会影响起振条件， 因此这种电路适于产生固定频率的振荡。 如果要改变频率，可在L两端并联一个可变电容. 由于固定电容 C1、C2 的影响，频率的调节范围比较窄。 另外 也可以采用可调电感来改变频率。 通常选择两个电容之比为C1/ C2 ≤ 1， 可通过实验调整来最后确定电容的比值。