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第十章正弦波振荡电路
第十章 正弦波振荡电路（1）掌握正弦波振荡电路的组成和振荡原理。 （2）掌握RC桥式正弦波振荡电路的组成、工作原理。 （3）了解LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡 电路的组成、工作原理和性能特点。日星期日模拟电子技术110-1 振荡的基本原理 一、反馈放大器的基本方程 二、起振过程和平衡条件 10.2 RC正弦波振荡器 10.2.1 RC移相振荡器 10.2.2 RC选频振荡器日星期日 模拟电子技术 210.3 LC正弦波振荡器 10.3.1 变压器耦合反馈式振荡器 10.3.2 电容反馈式振荡电路10.3.3 电感反馈式振荡电路日星期日模拟电子技术310.4 石英晶体振荡器 10.4.1关于振荡频率的几个指标 10.4.2 石英晶体的物理特性和电特性10.4.3 串联型石英晶体振荡器10.4.4 并联型石英晶体振荡器日星期日模拟电子技术4附录文氏电桥振荡电路 LC并联谐振回路的特性 LC正弦波振荡电路分析 稳频措施串联晶体振荡器举例振荡频率的确定日星期日 模拟电子技术 5振荡电路是指在没有 输入信号的条件下, 能够自 行产生一定幅度、一定频率的输出信号的电路。张弛振荡电路（产生方波、锯齿波形等）负阻型正弦振荡电路 反馈型 RC振荡器LC振荡器 晶体振荡器日星期日模拟电子技术610-1 振荡的基本原理一、反馈放大器的基本方程??图10.1 反馈放大器日星期日 模拟电子技术 7?Xf?XiX i'??XoAF???Af ?? ??Xo Xi??当 A F ? 1时, A f ? ?, X i ? 0,称振荡或自激。日星期日 模拟电子技术 8?Xf?XiX i'??XoAFA 1? A F???? ?二、起振过程和平衡条件Ui???A?UoUfF?图10.1‘ 反馈型振荡器组成方框图日星期日模拟电子技术91．起振过程及起振条件Ui??Au Fu ? 1U f ?Ui? ???A?Uo?UfF?Au Fu ? Au eAu Fu ? 1??j? AFu ej? F? Au Fu ej (? A ?? F )幅度起振条件相位起振条件? A ? ?F ? ?2n? n ? 0,1,2?日星期日 模拟电子技术102.平衡条件Au Fu ? 1???Ui?A?Uo?U f ?Ui??UfFj? A?Au Fu ? Au e??Fu ej? F? Au Fu ej (? A ?? F )Au Fu ? 1 振幅平衡条件? A ? ?F ? ?2n? n ? 0,1,2? 相位平衡条件日星期日 模拟电子技术 11Au Fu ? 1起振??Au Fu ? 1平衡??反馈振荡器的振荡过程日星期日 模拟电子技术 1210.2 RC正弦波振荡器RC 电路作为选频网络的振荡器。振荡频率较低，一般在几十kHz以下。RC移相振荡器 选频网络采用RC超前或滞后移相网络。RC选频振荡器 选频网络采用RC串并联谐振网络。日星期日模拟电子技术1310.2.1 RC移相振荡器?＋IC ＋ ＋I?R＋超前移相网络? Ui滞后移相网络R Uo? ? UiCUo?－ (a )－－ (b )－图10.17 RC串联移相网络日星期日 模拟电子技术 14H(?) 1 0 .7? U ? ? o H ? U i截止频率? C＝ ?10???(?)＋9 0° ＋4 5° 0τ= RC?C模拟电子技术?图10.18 RC串联超前网络的频率特性曲线日星期日 15Rf R1 ＋? Ui－ ＋ R －? UoC RC RC ＋ Uf －?－＋?g ?日星期日1 6 RC模拟电子技术Rf R1? 29图10.19 RC超前移相网络振荡器1610.2.2 RC选频振荡器＋ R Uo C － R?1 3C ＋ Uf －模拟电子技术 17?图10.20 (RC a ) 串并联网络日星期日?0H(?? 1 3? U f ? H? ? U??(??＋9 0°o＋Uf 1 1 ＝R 0 ?? ? C o RC (b )??0 ?－9 0° (c)?－图10.21 RC串并联网络的频率特性曲线日星期日 模拟电子技术 18＋＋ A － t° ＋ R? UoR Rf － A C＋Ui?R1 －t°RfC R ＋ ? Uf － (b ) R1 R CC － (a )1 ?g ? RC日星期日R f ? 2 R1模拟电子技术 19图10.22 文氏电桥振荡器10.3 LC正弦波振荡器采用LC谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器称为LC正弦波振荡器。可以产生几十兆赫以上的正弦波 信号。 变压器耦合反馈式电感或电容反馈式日星期日 模拟电子技术 2010.3.1变压器耦合反馈式振荡器(CE)＋ ＋? Ui －? Uo(CB)Tr ＋? Uf(CB)Tr ＋? Uf＋ ? Ui＋ －? UoTr ＋ ? Uf － (c)＋ ? Ui －＋ Uo －?－ (a )－－ (b )－是否满足正反馈判断方法：“射基（集）同名”规则 CE：射基同名； CB：射集同名。 CC：射基同名。图10.23 三种不同接法的变压器耦合反馈式振荡器日星期日 模拟电子技术 2110.3.2. 电容反馈式振荡电路． IL L ． Uo b C ． ． U b Uf e C 1 ． ICc2图10.24电容反馈式振荡器的交流通路（CE）日星期日 模拟电子技术 22c L ． Uo b ． ． Ub Uf e． IL． IC． I CC1C2． Uf． IL． Uo10.25电容反馈式振荡器电矢量关系日星期日 模拟电子技术 23c L ． Uo b ． ． Ub Uf e． IL． IC?g ?C1C2?1 C1C2 L C1 ? C2?1 IL ? Uf C1 j?C2 F? ? ? ? ?? 1 C2 Uo IC j?C1日星期日模拟电子技术24EC (＋1 5 V) R* B1 1 .3 ?H L 0 .0 3 3 ?F CC 1 00 0 p F CB 0 .0 3 3 ?F RB2 2 k? RE 7 00? C1 C2 2 00 0 p F RL(a )图10.25电容三点式振荡器及其交流通路（CB）日星期日 模拟电子技术 25+ Ui _?+ RE Uo _ ( b)?C1L+ C2 ? Uf _RL图10.25电容三点式振荡器及其交流通路（CB）日星期日 模拟电子技术 2610.3.3 电感反馈式振荡电路+EC RB1 LC + CB RB2? UiC1 C L1 CE L2C2 RL+? UfRE__ (a)日星期日 模拟电子技术 27cUo R L．．I LI．CC 1 L 2RBU．bLbUf．e(b )图10.26电感反馈式振荡电路及其交流通路日星期日 模拟电子技术 28c Uo RB Ub．．IL．I C C?g ?1 L1C '?1 C ( L1 ? L2 )注：L1与L2之间无互感。Uf． RLL1 L2 e (b)b．L2 F? ? ? ? ?? L1 U o I L j?L1?Uf?I c j?L2?日星期日模拟电子技术29电感或电容反馈式振荡器是否满足 正反馈判断方法“射同基反”规则 E?B,E?C:同性质电抗元件;B?E,B?C:异性质电抗元件.日星期日模拟电子技术30例1 在振幅条件已满足的前提下，用相位条件去判断 如下振荡器是否能震荡？C LC2 L1 C3 C1(a)a(b)日星期日模拟电子技术3110.4 石英晶体振荡器10.4.1关于振荡频率的几个指标 1. 频率的准确性 测量值??? 0 ? ?i ? ?i ?i??设计值2. 频率的稳定性? ? ?0 ? ?0 ?0模拟电子技术 32中波广播发射机：10-5； 电视发射机：10-7日星期日10.4.2 石英晶体的物理特性和电特性1. 石英谐振器的物理特性 1) 正压电效应 正压电效应：把机械能转化成电能。2）反压电效应 反压电效应：把电能转化成机械能。日星期日 模拟电子技术 33交变电场机械形变振动.通常机械振动振幅和外加交变电场的振幅都非常微小。只有在外加交变电压的频率为某一 特定频 率时，振幅才突然增加，机械振动最强，电路里 高频电流最大，此现象称为压电谐振。通常说石 英晶体就是指石英谐振器。 谐振在晶体的基音(Fundamental) 或奇次泛音(Overtone)(3、5、7次泛音) 。日星期日 模拟电子技术 342. 石英谐振器的电特性频率丰富的谐振系统Lq 1 晶体支架电容 几个pF亨利Lq 3 Cq 3 rq 3 …C0Cq 1 rq 10.001pF 百欧(a)(b) 图10.30 石英晶体的等效电路和电抗特性 (a晶体符号； ) (b ) (a) (b)某振动模式的电等效电路日星期日模拟电子技术35Xe Lq3 C0 Z(j?) Cq rq 0?s?p ?其它支路失谐，近似开路 (c )(d )图10.30 (c)某一频率等效电路； (d)电抗特性日星期日 模拟电子技术 36Xe Lq3 C0 Z(j?) Cq rq 0?s?p ?(c )(d )?s ?1 Lq C q?p ?Lq模拟电子技术1 C 0C q C0 ? Cq37日星期日Xe Lq3 C0 Z(j?) Cq rq 0?s?p ?(c )(d )?? ? ? p ? ? s ? ? s ( 1 ?Cq C0? 1)???s日星期日?Cq 2C0其值约为10-3量级模拟电子技术 3810.4.3 串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器把石英晶体用作选频短路线+V CC R3R1T1T2晶体R5C uoR2R4R6图10.31串联型晶体振荡器日星期日 模拟电子技术 3910.4.4 并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器把石英晶体用作电感元件EC RB1 LC CCCq 晶体C1 CB RB2 RL RE C2RELq rq LeC1 C0 RL C2(a )(b )图10.32 并联型石英晶体振荡器 (a)原理电路; (b)交流通路日星期日 模拟电子技术 40晶体 Cq RE Lq rq Le C0 RL C2C1C1C 2 ? CL C1 ? C 2(b )?g ?Lq1' C0 Cq ' C0 ? CqC1C 2 其中C ? C0 ? C1 ? C 2' 0日星期日模拟电子技术41Xe?s?g?p?1晶体的标称频率2?C1 C 2 C 1+ CCL模拟电子技术图10.32 并联型晶体振荡器振荡频率的图解确定日星期日 42作业题 10.1 10.9 10.5 10.11 10.6日星期日模拟电子技术43文氏电桥振荡电路RCRC+ A R1UoFu日星期日AuRf模拟电子技术44RfR RCR1C+ A -文氏电桥多用于产生20HZ~200kHZ的低频信号发 生器中。日星期日 模拟电子技术 451. 振荡频率 fo sc ?1 2?RC因为振荡电路的相位条件为图中， ?A 2. 起振条件? A?? F ? 0,? 0 所以 ? F ? 0Au Fu ? 11 1 即 Au ? ? 3 ( Fu ? ) Fu 3 3.引入 R f 、R1 构成的串联电压负反馈电路，能起到稳定输出幅度的作用。提高了输入电阻，减小了输出电阻。日星期日 模拟电子技术 46Au ?R1 ? R f R1? 1?Rf R1?3R f ? 2 R1R C RC+ A R1UoFu日星期日AuRf47模拟电子技术LC并联谐振回路的特性 L C ZIsrUo电路图日星期日模拟电子技术481 L ( r ? j?L) j?C C Z ? ? 1 1 r ? j?L ? r ? j (?L ? ) j?C ?C L rC 1 ? 2 令 ?0 ? ?0 ?L LC 1? j (1 ? ) 2 r ?L rC ? ?L (? ? ?0 )(? ? ?0 ) 1? j ( ) 2 r ?模拟电子技术日星期日49一 谐振时回路参数（固有角频率） 1.谐振角频率? ?01 LC2.品质因数Q?3.谐振阻抗?0 Lr1 ? ?0C rL Q Z0 ? ? Cr ?0 C模拟电子技术 50日星期日二 LC并联回路的频率特性考虑 ? 0 附近情况，则可认为 ? ?? 0 ；?Lr??0 Lr? Q;? ?? ?2?00并令?? ?? ??0 则 LrC ?L (? ? ?0 )(? ? ?0 ) 1? j ( ) 2 r ?Z0 1 ? jQ ? 2??Z ???0模拟电子技术 51日星期日Z0 Z? 1?(Q? 2?? )2? Z ? ?tg Q ??12????00|Z|Z0Q1 ? Q2感性?z容性Q2?0Q1Q2??0(b)幅频特性日星期日Q1?模拟电子技术(c)相频特性52考察不同的Ｑ值时频率特性，Q越大，幅频特性 越尖锐，说明选频特性越好。? ?? ? ?? ? ??时， 纯阻性 Z ? Z ， 0 0?Z ? 0 Z显容性， 时， 0时， ?Z ? 0 Z显感性，0日星期日模拟电子技术53LC正弦波振荡电路分析一 电感反馈式(电感三点式)RB1CRL1 2 3+VC CCBRB 2RE+ CE图1 电感反馈式振荡器日星期日 模拟电子技术 54C312(b)交流电路日星期日模拟电子技术551.相位平衡条件?? A ? ?( LC回路呈纯阻性,即满足该条件 )?F ? ?( 同名端设置正确 )?? A ? ? F ? 2?日星期日模拟电子技术56r L ? M 1 2.起振条件和振荡频率 ? ? ? be' L2 ? M RR? 为折合到L1两端的等效并联总电阻。L2 ? M ? ?R' , Au ? ， Fu ? ? L1 ? M rbe1 1 fo ? ? 2? ( L1 ? L2 ? 2M )C 2? LC其中 L?L1 ? L2 ?2MM 为互感。日星期日模拟电子技术573.缺点波形较差。因为反馈取自电感j? (L2 ?M )I? 越高，反馈越强，反馈和输出信号中含高次谐波。日星期日模拟电子技术58二.电容反馈式振荡电路(电容三点式)50? F 0.047? F50mH?12VC16.8k?0.01? FC20.01? F3AX1310? FUo0.15? F10k?(10kHz)4.7k?图10-14 SMB-10示波器中LC振荡器－原理图日星期日 模拟电子技术 59C1VcbLC2 V f(b)交流通路日星期日模拟电子技术60f osc ? f o ?1 2? C1C2 L C1 ? C2?1 2? LCC 1C 2 C? C1 ? C2优点：波形较好。因为反馈取自电容 C21 ?I j? C 2反馈和输出信号中谐波分量小。日星期日 模拟电子技术 61稳频措施一 影响频率稳定度的主要因素1.电源电压或温度变化，使振荡管的工作点变化，导致谐振回路等效电阻值变化，另外使管子的发射结和集电结等效电容改变，它们都引起振荡频率的变化。 2.回路L、C元件的老化，引起振荡频率的变化。 3.负载变化引起振荡频率的变化。日星期日模拟电子技术62二 稳频措施1.采用稳定电源，稳定直流工作点，以减小极间电容变化。 2.在负载和振荡电路间加缓冲级，隔离负载对振荡的影响。 3.对决定振荡频率的元件要保证其精确度和稳定性。 4.采用高Q值 LC振荡电路，Q越高，选频特性越好。实际LC回路的Q值最高仅达数百，频率稳定度很难突破10达 10?6?5数量级。石英晶体振荡电路频率稳定度可?8~ 10左右，甚至 10模拟电子技术?10~ 10?11。日星期日63[例题] 对图10-19晶体振荡器，已知晶体串联谐振频率为10MHz. (1) 说明该电路属于哪种形式的晶体振荡电路。(2) 求所需L值. (3) 求等幅振荡时的 R2 值.日星期日模拟电子技术64R110k? 10MHzR2??A100 pFC1C3 7 pFR3C2300 pF2 pF C4L图 10-19 晶振电路日星期日模拟电子技术65解:(1) 该电路为串联型晶体振荡器，晶体等效为短 路元件， C2 为反馈电容， C2 两端反馈电压与运放 输出端电压相同，在晶体串联谐振频率满足正反馈条件。(2).由于C3 ??C1 , C3 ?? C2 回路谐振频率 10MHz。f 0 应为f0 ?1 2? L(C3 ?C4 )求得:1 1 L? ? ? 28?H 2 2 2 14 ?12 4? f 0 (C3 ? C4 ) 4? ?10 ? (2 ? 7) ?10日星期日 模拟电子技术 66(3) 由图10-19R2 Au ? 1 ? R1C1 Fu ? C1 ? C21 根据振荡器振幅平衡条件 Au ? Fu得到R2 C2 1? ?1? ?4, R1 C1因此:日星期日R2 ?3R1 ?30k?模拟电子技术 67光轴Z X Y对顶点连线X六棱柱锥体电轴X′ X Y XY对边法线(b )Y机械轴Z′(a )图10.28 晶体的形状及横断面 (a)晶体外形；(b)横断面日星期日 模拟电子技术 68石英片 电极管座图10.29 石英谐振器的内部结构日星期日模拟电子技术69Au Fu ? Au eAu ?Fu ????j? A?Fu ej? F? Au Fu ej?Yj (? A ?? F )?1?Uo Ui?? ???I c ZL Ui??? g meZ Lej? Z? Au ej? AUf Uo? Fu ej? F? A ? ?F ? ?Y ? ?Z ? ?F ? 0令(取n=0)?Y ? ?F ? ?E则?Z ? ?? E70日星期日模拟电子技术①?Z ?0 ?gA?－?E图10.5 LC并联回路负载相角与频率的关系日星期日 模拟电子技术 71
第十章(数模与模数转换电路) 10.1 已知图 P10.1(a)所示方框图各点的波形如图(b)所示,填写各电路的名称。 电路 1 为正弦波振荡电路,电路 2 为同相输入过...高频电子技术第十章§ 10.1 概述 角度调制与解调 1.调频相关概念 利用高频振荡...图 10.4.2(P417)变容二极管调频电路 虚线左边是正弦波振荡器,右边是变容...10.20 改变电阻 R 就是改变了 RC 振荡电路的时间常数,改变了电容两端电压 Uc...12.1 主动部分电枢由鼠笼式异步电动机带动, 12.10 正弦波和三角波相交得到一...第七章 正弦波振荡器 高频电子技术第七章§7.1 概述 正弦波振荡器 振荡器:是不需要外信号激励,自身可将直流电能转换为交流电能的装置。 应用:发射机的主振荡器...第十章周期信号发生器电路 10-1 根据相位平衡条件判断如题图 10.1 所示电路是否可能产生正弦波振荡?简述理由. +Vcc +Vcc RC2 R RB1 C VT1 Rf R C RE1 ...届通信工程专业课程设计报告 LC 正弦震荡设计学生:** 指导教师:*** 电气信息工程学院 通信工程专业 1 课程设计的任务与要求 1.1 课程设计的任务 正弦波振荡器...第十章 脉冲产生和整形电路 1 : 石英晶体多谐振荡器的突出优点是( ) A:速度...器可作( ) A:产生正弦波 B:延时 C:构成 D 触发器 D:构成 JK 触发器 您...2 文氏电桥正弦波振荡系统方案制定 2.1 方案论证第2页 **师范学院电气信息工程...世纪八十年代后期推出的电路仿 真软件 EWB(Electronics Workbench),后来,EWB 将...第九章 功率放大电路 第十章 直流电源1/2 相关文档推荐 第八章_波形发生电路...振荡器可产生正弦波 信号和非正弦波信号。 本章主要内容: 8.1 正弦波信号发生...第十章 放大电路与集成运算放大器_电子/电路_工程科技_专业资料。第十章 放大...求: (1) A(2)如果 ?1 11.LC 正弦波振荡器有三种类型: 四、简述、...
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