模拟电路 6.1 正弦波振荡电路

L
C2
尾端
电容三点式
习题册 题6.16
R1 0.01µF n
R2
TC 300pF
Re
0.01µF
+10V j
k m
(a)
习题册 题6.16
R1
0.02µF R2
T n
Re
+10V
j 200pF
k 200pF
m
(b)
例1：
+VCC
C1 +
– C2
+
+– C
正反馈
频率由LC谐振网络决定。
例2：
+VCC
f0
1
2RC
R2
R C
_ +
uo
+
R
C R1
6.1.3 LC正弦振荡电路
LC 振荡电路的选频电路由L和C构成，可以 产生高频振荡。
由于高频运放价格较高，所以一般用分立元 件组成放大电路。
LC振荡电路重点掌握相位条件的判别。
LC 振荡电路通常有变压器反
馈式式等几、种电类感型三。点式和电容三点U i
I
RC2 + +
T2 C3
+UCC
+ +
RE2 CE
RC网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到合 适的参数则可产生振荡。
（二）用分立元件组成的RC振荡器
R
RF
R R1
C
C1
C
RC1 R2 T1 C2 RE1 R3
+VCC
RC2 T2 C3
1. R=8.2KΩ ,C=0.2uF, 求 f0
1
f0 2RC
(2)当Q>>1时，谐振频率
f0
2
1 LC
(3) Q值越大，幅频特性越尖锐，即选频特性越好。
相频特性越陡，谐振时的阻抗Z0 ( Z0=Q(L/C)1/2)也越 大。
3. 输入电流与回路电流的关系
IL IC QI
当Q>>1时，
.
IC
.
IL
.
I
谐振时回路电流 比总电流大的多， U i 外界对谐振回路 的影响可以忽略！
I U i C
IL
L
R
在谐振频率附近： Z
Z0
1
jQ1
02 2
0
1 LC
Z0
1 Y0
R2
(0L)2
R
(0 L)2
R
(1
1 Q2
)
L RC
Q
0C
Q0L
Q
L C
谐振频率时，并联 回路的总阻抗是电
0
1 LC
Q 0L
R
0
1 LC
容支路容抗的Q倍。
结论：
(1) LC电路具有选频特性: f=f0处，为纯电阻； 等效阻抗|Z|最大
半导体
RT
热敏电阻
t
起振时，RT略大于2R1，
R
_
使|AF|>1，以便起振；
C
+
uo
+
R
C
R1
起振后，uo逐渐增大则 RT逐渐减小，使得输出 uo为某值时，|AF|=1，从 而稳幅。
uo
t
RT
A
（二）用分立元件组成的RC振荡器
RF
R
R1
+
C +
C1
+
R
C
RC1 R2
–– Tu1beC2 +
RE1 R3
Rb1 Cb Ui Rb2
Rc
T(-)
+VCC
Re
Ce
(-)
C1
– +Uf
C2
L
+
+
Ui
Uc T
– – Uf+
L2
L
（a）振荡电路
（b）交流通路
图7.15 电容三点式振荡电路及其交流通路
1.组成
2.相位条件及振荡频率
1
f0 2
LC 2
3.电路特点
1 L C1C2
C1 C2
Rb1 (+) Cb
Ui Rb2
R1
(+) N2
C
N1 (-)
(+) T
Re
N3 UO Ce
(1)调节频率方便。采用可变电容，可获得较宽的频率调节范围。 (2)一般用于产生几十兆赫以下的频率。 (3) 输出波形中含有较大的高次谐波，波形较差。
通常用于对输出波形要求不高的设备中，例如高频加热器等。
四．电容反馈式振荡器
(+) (+)
I
IC
C
IL
IL L
R
二．变压器反馈式振荡电路
(+) (+)
(+)
N2
1. 组成
+VCC
N3UO RL 2. 相位条件及
R2 C Cb Uf Ui
N1
(-)
T
R1
Re
Ce
振荡频率 1
f0 2 LC
3.幅度起振条件
图7.12 变压器反馈式振荡器
三．电感反馈式振荡器（哈特莱振荡器）
(+)
+VCC
(+)
RE2
1 CE 2 3.14 8.2103 0.2106
97Hz
2.若电路接线无误且Q正常，但不能振荡，原因？如何调整？ Af太小！Rf调大。
3.输出波形严重失真，原因？如何调整？
Af太大！Rf调小。
6.1.3 LC正弦振荡电路
RC 振荡器用于低频（ 1 Hz ～ 1 MHz ）。 振荡频率高于1 MHz时，用 LC 并联回路作为 选频网络—— LC 正弦波振荡器。
第六章 信号产生电路
6.1 正弦波振荡电路 6.2 非正弦信号发生器
6.1.1 正弦振荡电路的基本工作原理
一．组成 正反馈放大器＋选频网络（RC、LC、晶体） 二．产生正弦波振荡的条件
+ Ui’
A
Uf
+
Uo
F
AFXO XO
振荡条件： A F 1
必要条件：相位 a f 2n（n 0， 1， 2，）
4）要改变振荡频率，可在L两端并联一个可调电容。但由于固定电容C1 ， C2的存在，频率调节范围较窄。
三点式振荡电路组成法则: 首端
中间端
L1 C
1. 谐振回路的三个引出端与三极管
L2
的三个电极相连接；
尾端
电感三点式
2. 发射极接两个同性质电抗；
首端
3. 集电极与基极接异性质电抗。
C1
满足法则必满足相位平衡条件。 中间端
C
IL
L
R
一、LC并联谐振回路的特性 何时谐振？
1.谐振频率
Y
jC
1
R jL
R2
R
(L)2
jC
R2
L
(L)2
设ω=ω0时，产生并联0 谐振 ，R0L1令2虚 1部 为L10C，解得：
谐振回路的品质因素：Q 0 L
R
当Q>>1时
0
1 LC
U i
I
C
IL
L R
1
f0 2 LC
2. 选频特性
必要条件：相位 a f 2n（n 0， 1， 2，）
充分条件：幅值 A F AF 1
正反馈
通过调节A得到
三、起振与稳幅
问题1：如何起振？
Uo 是振荡器的电压输出幅度。起振时Uo=0，达 到稳定振荡时Uo=所需幅值B。
放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分 解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。
例：R=10k，C=0.1F，则 ：
1
1
f0 2RC 2 104 107
159Hz
R
R C
C
(+) (+)
R2
(+) _
+ uo +
R1
3. 幅度起振条件
A F 1
因为： A 1 R2
R1
谐振时， F 1 3
R
R2 2R1
R2
R C
_ + uo
+
C
R1
4. 稳幅环节
能自行启动的电路
– C2
C1 +
+
C
uL1 L1
uC
uL2 L2
+
D
正反馈
频率由C 、 L1 、 L2谐振网络决定。
例3：
+VCC
B+
+ A–
C1
– C2
C
–
–E
正反馈
频率由 L 、 C1 、 C2 组成的谐振网络决定。
RC
1
RC
＝0，0＝
1 RC
谐振频率
f
＝
0
1
2RC
谐振时，特点：
幅值： 相位：
F
f
Fmax＝
0o
1 3
谐振时，电路呈电阻性。
U f R2
R1 C1 Uo
C2
F
f
+90 –90
1 3
fo
ω
f0 0 ω
二、文氏电桥振荡器
（一）运放构成之文氏电桥振荡器
1.组成
2.相位条件及振荡频率
谐振频率
：f0
1
2RC
(+)
Re
Rc (-) T
Ce
+VCC
C1 L
C2
பைடு நூலகம்(+)
1） 由于反馈取自输出电容，能较好滤除高次谐波，故输出波形较好。
2） 由于C1，C2可选的较小，故振荡频率较高，一般可以达到100MHz以上。
3） 由于调节C1 ，C2改变振荡频率同时会影响起振条件，而电感调节较为 困难，故这种电路适合用于产生固定频率的场合。
起振并能稳定振荡的条件：
Uo B时，AF 1 Uo B时，AF 1 Uo B时，AF 1
四．正弦波振荡
+
A
器的分析方法 +
1. 组成
F
基本环节——放大电路、正反馈网络和选频网络。
另外，为稳定输出幅度一般还需加上稳幅环节。
分类：据选频网络的不同，分为 RC、LC和石英晶体振荡器。
2. 分析方法
选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰 减掉。这时，只要：
|AF|>1，且A+ F =2n，即可起振。
三、起振与稳幅
问题2：如何稳幅？
起振后， Uo↑，若不采取稳幅（|AF|>1)， 则输出将会饱和失真。
达到需要的幅值后，调整AF=1，即可稳幅。
内稳幅——利用放大电路自身的非线性稳幅。 外稳幅——外接非线性元件组成稳幅电路。
C N2
+
Uf
R2 Cb
N1
(-) –
T
N3 UO
Ui
–
R1
Re
Ce
+
+
Uc T
L1
Ui
– – Uf+
L2
C
（a）振荡电路
（b）交流通路
图7.14 电感三点式振荡器及其交流通路
1.组成 2.相位条件及振 荡频率
1
f0 2 (L1 L2 2M )C
1
2 LC
3.幅度起振条件 4.电路特点
R2 Cb Uf (+) Ui
1
Z1 R1 jC1
Z2
R2 //
1
jC 2
F
U f U o
Z2 Z1 Z2
1
Z2
(1
R1 R2
C2 C1
)
j(R1C2
1 )
R2C1
Z1 U f R2
取：R1=R2=R，C1=C2=C，则：
F
1
3 j(RC
1
)
RC
R1 C1 U o
C2
F
1
3 j(RC
1
)
RC
虚部为0时，电路达到谐振。
充分条件：幅值 A F AF 1
正反馈
通过调节A得到
6.1.1 正弦振荡电路的基本工作原理
(1) 正反馈足够强,输入信号为 0 时仍有信号输 出，这就是产生了自激振荡。
(2) 要获得非正弦自激振荡,反馈回路中必须有 RC积分电路。例如：方波发生器、三角波 发生器、锯齿波发生器等。
(3) 要获得正弦自激振荡，反馈回路中必须有 选频电路。
(1) 检查电路是否包含放大电路、正反馈网络和选频网络。
(2) 检查电路是否满足相位平衡条件，估算电路振荡频率。
(3)分析幅度起振条件。
(4)分析稳幅环节。
6.1.2 RC正弦振荡电路
用RC 电路构成选频
R2
网络的正弦波振荡电
路—— RC正弦波振
R
_
荡电路。
C
+
uo
++
R C u_f R1
一、RC串并联选频电路