复习第7章正弦波振荡器

u
（2）. 石英晶体的符号和等效电路 符号（a）等 效 电 路 （ b ） 频率特性（c） 石英晶体 a、串联谐振
u
C Co L R
u
图7.3.1a图 晶体等效纯阻且阻值≈0
LC
fs
1 2
u
X
图7.3.1b图
感性
fs fp
f
b、并联谐振
fp 1 2 LC
C 0
C fs 1 C0
C C 1 2 振荡频率 C C1 C 2
C C0 C
图7.3.3并联型石英晶体振荡电路
（2）.串联型石英晶体振荡电路 当振荡频率等于 fS 时， 晶体阻抗最小，且为纯电阻， 此时正反馈最强，相移为零， 电路满足自激振荡条件。 振荡频率
图 7.3.4
串联型石英晶体振荡电路
B A B B B C A A
1.各种正弦波振荡器的特点与频率计算 2.正弦波振荡器的条件及振荡电路能否振荡判断
［本章难点］
振荡电路能否振荡判断
2018/12/13
二、本章知识点 （一）概 述
正弦波振荡器——就是自动地将直流能量转换为具有一定频率和 幅度的正弦波形参数的交流振荡信号的装置。和放大器一样也是 能量转换器。它与放大器的区别在于，不需要外加信号的激励， 其输出信号的频率，幅度和波形仅仅由电路本身的参数决定。 1、与功放比较(从能量角度) （1）．功率放大器 将直流电源提供的直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。 特点：被动地，需输入信号控制 （2）．正弦波振荡器(Sinewave Oscillator)
Cb Rb1 C
(+) (+)
+Vcc
L1
(+) (+) (-)
L2 Uo －
Uf
Rb2 －
Re
+UCC
C Au + RB1 L RL
C1 RB2
ib CE RE
ui
+ uf F Li
8.3.2 三点式LC振荡电路 仍然由LC并联谐振电路构成选频网络
uf
电感三点式：
L1 L2
C uf
L1 L2
调节 R 可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。
图 7.3.5
串联型石英晶体振荡电路
本章小节
1. 2. 3. 一般来说，正弦波振荡电路由四部分组成： 放大电 注意幅度平衡条件和相位平衡条件。 RC振荡电路的选频网络由电阻R和电容C组成，其 路、反馈网络、选频网络和稳幅环节。
振荡频率与RC成反比，这种振荡器可产生几赫至几百千 赫的低频信号。

-
-


（2）.振荡频率
振荡频率
图 7.2.3
1 f0 2 LC
1 C1C 2 2 L C1 C 2
例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平 Rf 衡条件。
R1
（ -） （ -）
－ +
A
∞
+
（ +）
uo
V
答：满足
R
C1 C2
（ -）
L
电容反馈式改进型振荡电路
振荡频率
选择 C << C1， C << C2， 则： f 0 2
的固有频率，频率稳定度可达10-6～10-8的数量级。
7、正弦波振荡器是一种非线性电路。反馈式正弦波振荡器由放大
器、反馈网络、选频网络和稳幅环节组成。要得到一个较稳定的
正弦振荡信号，振荡器在直流偏置合理的前提下，还必须满足产
生振荡的振幅平衡条件和相位平衡条件。 电感三点式和电容三点式三种基本形式。在回路Q值很高时，LC 振荡器的振荡频率 。 f 0 1/ 2 LC 9、石英晶体振荡器利用石英谐振器的压电效应来选频，和LC振荡 回路比较，其Q值要高得多，主要用于对频率稳定度要求很高的场 合。石英晶体振荡器有串联型和并联型两种电路。
图 7.1.6
则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波 信号。反馈电阻 RF采用负温度系数的热敏电阻，
R 采用正温度系数的热敏电阻，均可实现自动稳幅。
1、变压器反馈式振荡电路 L1 （1）.工作原理 电路组态：共射 其Av大 U N Uf L1 2 = = F= UL N1 Uo 调N1和N2的大小，可改变F,很容 图7.2.1 a）变压器反馈式振荡器 易满足AvF≥1即幅度平衡条件。 用瞬时极性判断为正反馈，所 以满足自激振荡的相位平衡条件。 （2）.振荡频率 1 f0 振荡频率 2 LC
(三) LC 振荡电路
2、电感反馈式振荡电路 （1）.工作原理 用瞬时极性法判断 为正反馈，所以满足自 激振荡的相位平衡条件。
（2）.振荡频率
1 1 振荡频率 f 0 2 LC 2 ( L1 L2 2 M )C
图 7.2.2
3、电容反馈式振荡电路 （1）.电路组成 用瞬 时 极性 法 判断 为 正反馈 ， 所以 满 足自 激振荡的相位平衡条件。
（2）LC三点式振荡器相位平衡条件的判断准则
名称
电路 形式
变压器反馈式
各种 LC 振荡电路的比较 电感反馈式 电容反 2 LC
一般
1 f0 2 ( L1 L2 2M )C
同左 频率可调范围小 同左
频率调节 频率可调范围宽 范围
振荡波形
频率稳定 度
4 、自激振荡的条件： 振幅（幅度）平衡条件为：AVF≥1
相位平衡条件为： = A F 2n (n 0,1,2) 起振条件 AvF > 1
A F 2n (n 0,1,2)
AvF = 1
稳幅条件 2n (n 0,1,2) A F
例：在图7..1.5所示文氏桥振荡电路中， 已知R1=10 kΩ ，R和C的可调范围分别为 1~100 kΩ 、0.001~1μ F。 （1）振荡频率的可调范围是多少？ （2）RF的下限值为多少？ 解：（1）振荡频率 1 = 2π × 100 kΩ × 1μ F ≈ =1.6HZ~160kHZ （2）RF≥2R1=2×10 kΩ=20 kΩ
将直流能量转换为频率和振幅特定的正弦交变能量。
特点：自动地，无需输入信号控制。
2、正弦波振荡器的应用 （1）．作信号源 载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机； 正弦波信号源：电子测量仪器；时钟信号：数字系统。 要求：振荡频率和振幅的准确性和稳定性。 （ 2）．正弦交变能源 用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。 要求：功率足够大，高效。
+VCC

– +
–
C1
反相
C2
L
+
正反馈
（四）石英晶体振荡器
石英晶体谐振器，简称石英晶体，具有非常稳定的固有频率。
1、石英晶体的特点 （1）.压电效应和压电振荡 压电效应：在石英晶片的两极加一电场，晶片将 产生机械变形；若在晶片上施加机械压力，在晶片相 应的方向上会产生一定的电场。 压电谐振：晶片上外加交变电压的频率为某一特 定频率时，振幅突然增加。
较差
10-4 同左 同左
好
较高，可达 10-4 ~10-5 几兆赫 ~ 一百兆 赫
好
高，可达 10-5 同左
不高，可达
适用频率 几千赫 ~ 几十兆赫
判断是否是满足相位条件——正反馈 断开反馈到放大器的 输入端点，假设在输入端 加入一正极性的信号，用 瞬时极性法判定反馈信号 的极性。若反馈信号与输 入信号同相，则满足相位 条件；否则不满足。
8、反馈式LC振荡器可产生频率很高的正弦波，它有变压器反馈式、
1 LC
图 7.2.4
减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于产生 高频振荡。
若要求电容反馈式振荡电路的振荡频率高达100MHz，怎么办？ 采用共基放大电路
如何分析？
注意：（1）电感三点式与电容三点式振荡电路的比较 电容三点式 电感三点式 波形 频率 频率稳定度 起振、调节 较好 较高 较好 较难 射同集基反。 这是用来判断三点式振荡器 有没有可能振荡的基本原则 较差 较低 较差 较易
_
+
图 7..1.5


A+
1 2π × 1 kΩ ×0.001μ F
4、振荡电路中的负反馈(稳幅环节) 引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善 振荡电路的输出波形，提高带负载能力。 _ R F + 负反馈系数 A RF R +
改变 RF ，可改变反馈深度。增 加负反馈深度，并且满足AV≥3
3、正弦波振荡电路的组成及分类 组成： 放大电路：集成运放
选频网络：确定电路的振荡频率
反馈网络：引入正反馈 稳幅环节：非线性环节，使输出信号幅值稳定
分类： RC正弦波振荡电路，输出功率小，频率较低，在1MHz以下。
LC正弦波振荡电路，输出功率大，频率较高，在1MHz以上。 石英晶体振荡电路，频率较高，振荡频率非常稳定。


_

A A + +
RC选频正 稳幅 同相比例 反馈网络 环节 运算电路 图 7..1.2

2、RC 串并联选频网络
F
1/3 0 图 7.1.3 RC 串并联电路的幅频特性和 相频特性为右图： 1 当 0 时， 即 RC 1 最大 Fm= ，F = 0。 3
F
+90º
C
uo
电容三点式：
uf
uf与uo反相
C1 C2 L
uo
uf与uo同相
C1 C2 L
uf uo
uo
uf与uo反相
uf与uo同相
电感三点式振荡电路
C1
+VCC – + +
L1
反相
C
1 f0 2π (L1 L2 2M)C
–
L2
– +
正反馈
电容三点式振荡电路
f0 2π 1 C1C2 L C1 C1 C2
电子技术 模拟电路部分
第七章
正弦波振荡器
2018/12/13
一、概述 ［考点要求］ 正弦波振荡器基 正弦波振荡器的组成 本知识 自激振荡的过程与条件 RC串并联选频网络 RC振荡器 RC桥式振荡器 变压器耦合LC振荡器的种类与频率计算 LC振荡器 三点式LC振荡器的种类 石英晶体谐振器的特点 石英晶体振荡器 石英晶体振荡器的种类 ［本章重点］
图 7..1.1起振过程
相位平衡条件意味着振荡电路必须是正反馈；
振幅平衡条件可以通过调整放大电路的放大倍数和反馈元件的 位置达到。
5、判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤
（1）. 检查电路是否具备放大电路、正反馈网络、选频网络 和稳幅环节等组成部分； （2）. 判断是否满足振幅平衡条件。检查放大电路的静态 工作点是否能保证放大电路正常工作；判断有无反馈信号。
C 1 C0 0
通常 C
所以 fs 与 fp 很接近
容性
图7.3.1c图
2、石英晶体正弦波振荡电路
（1）.并联型石英晶体正弦波振荡电路
交流等效电路
图7.3.2a图
图7.3.2b图
石英晶体工作在fs与fp之间，相当一个大电感，与C1、C2组成 电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上， 所以电路可以获得很高的振荡频率稳定性。
4.
LC振荡电路的选频网络由电感L和电容C组成，其
振荡频率通常f0可达一百兆赫以上。
5.
频率稳定度是振荡器非常重要的技术指标之一。
频率稳定度按时间间隔分为长期、短期和瞬时频率稳 定度。
6.
石英晶体振荡器相当于一个高Q值的LC电路。
当要求正弦波振荡电路具有很高的频率稳定性时，可
以采用石英晶体振荡器，其振荡频率决定于石英晶体
0 -90º
0

0

图 7..1.4
3、RC桥式振荡器的工作原理
R C Rf
在 f0 处 A 0 F 0 ,
∞ － A + +
C
uo
R
uf
R1
满足相位条件： A F 0
输出正弦波频率：
振幅条件： AvF≥1 1 Av≥3 Fm 3 Rf ≥ 引入负反馈： A 1 R1 3 Rf ≥ 2R1
（3）. 分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件
判断相位平衡条件即正反馈的方法是：瞬时极性法。
（4）.能振荡则估算振荡频率
㈡、RC 正弦波振荡电路 RC桥式正弦波振荡电路或称文氏电桥振荡电路 1.电路组成： 放大电路— 集成运放 A V大；
选频与正反馈网络 —— R、C 串并联电路；
稳幅环节 —— RF 与 R 组成的 负反馈电路。