振荡器的基本原理

8.2 RC正弦波振荡电路
模拟电子技术第八章
一. RC 串并联网络的选频特性
R1C1 串联阻抗：
+
Z 1=R 1+(1/j C 1)
+
R1
R2C2 并联阻抗：
Z2 = R2 //(1/ jC2 )
=
R2
1+ jR2C2
u
C1
o
+
+
-
R2
+
C
2
u f
-
+
选频特性：
F =Uf = Z2 Uo Z1 +Z2
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Xd 基本放大器
A
Xf
反馈网络 F
模拟电子技术第八章
Xo
A = X0
F = Xf
Xd
X0
Xd=Xf
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
2、相位条件： j A + j F = 2np n是整数
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°
0
0
-90°
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2. 定量分析
模拟电子技术第八章
+
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 C 1 2+R R 1 2)+j (R 1C2-R 1 2C1)
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模拟电子技术第八章
R 2
•
F=
1+jR 2C2
例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才 能起振？振荡频率f0=？
起振条件：
AF=1， F = 1
A=3
3
A = 1+ Rf
R1
R C
RC
Rf=2R1=210=20k
f0
=
1
2pRC
=1592
Hz
Rf
－∞
A +
+
uo
R1
uf
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能自动稳幅的振荡电路
半导体热敏电阻 (负温度系数）
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二.起振条件和稳幅原理
模拟电子技术第八章
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 调节放大电路的增益。
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1.定性分析
（1）当信号的频率很低时。
1
C 1 >>R1
1
C 2 >>R2
其低频等效电路为：
|F|
0 φF
90°
0
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+
+
C1
uo
+
+
-
R2
uf
-
+
+
其频率特性为：
当ω=0时， uf=0，│F│=0
j F =+90°
当ω↑时，
ujf=F↓↑，│F│↑
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（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°
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+
+
R1
u
+
o
+
-
C
2
uf -
+
+
其频率特性为：
当ω=∞时，
uf=0，│F│=0
j F =-90°
当ω↓时，
uf=↑，│F│↑
j F↓ 上页
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模拟电子技术第八章
由以上分析知：一定有一个频率ω0存在，
能自动稳幅的振荡电路
模拟电子技术第八章
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。
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振荡频率的调节： R2
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8.1 正弦波振荡器的基本原理 8.2 RC正弦波振荡电路 8.3 LC正弦波振荡电路 8.4 石英晶体振荡电路 8.5 电压比较器 8.6 非正弦波发生电路
总目录
8.1 正弦波振荡器的基本原理
模拟电子技术第八章
一. 产生自激振荡的条件
Xi +
X d 基本放大器 A
Xo
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模拟电子技术第八章
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
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二.RC桥式振荡器的工作原理
模拟电子技术第八章
因为： jA = 0
R
Rf
在 f0 处 jF =0,
C
－∞
A +
+
uo 满足相位条件：
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
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模拟电子技术第八章
RC桥式正弦波振荡电路
反馈网络构成桥路
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模拟电子技术第八章
–
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。
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Xi +
Xd
+
Xf
基本放大器
Xo
A
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反馈网络
F
如果：X f = X i ,
则去掉 X i , 仍有信号输出。
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。
=
1
R 1+j1C1+1+j R 2 R 2C2 (1+C C 1 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
=
1 RC
可见：当 =0
=1 RC
0
时， │F│最大，且
j
F=0°
│F│max=1/3
10k
10k
Rt
0.1u uf
100k
－A +
∞
+Βιβλιοθήκη Baidu
uo
10k 0.1u 39k
模拟电子技术第八章
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。
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三.正弦波振荡器的一般组成
模拟电子技术第八章
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。
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