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1、第7章 正弦波振荡器,7.2 LC振荡器,7.1 正弦波振荡器的基本知识,7.3 石英晶体振荡器,7.4 RC正弦波振荡电路,学习目标,1.了解正弦波振荡器常用的电路类型,2. 理解正弦波振荡器电路的基本结构,7.1 正弦波振荡器的基本知识,正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出正弦信号的自激振荡电路。,图7-1 收音机振荡电路的实验测试板,由于正弦波振荡器所产生的信号是某一特定频率的信号，所以，必须有元件进行频率选定。利用在不同频率的输入信号下呈现不同电抗的元件电感L或电容C可以实现选频率的选定。,根据选频网络所采用的元件不同，正弦波振荡器又分为LC振荡电路、RC振荡电路和石英晶体振荡
2、器。,1. LC并联谐振回路,图7-2 LC并联电路,LC回路如图7-2所示。只有信号频率为某一个数值(频率f=fo)时，,，网络呈电阻性且总的阻抗值最大Z=L/（rC），其中r是谐振回路的损耗电阻。频率fo即是LC并联网络的谐振频率。,2自激振荡电路的结构,图 7-3 自激振荡器结构框图,自激振荡器的结构如图7-3所示，由放大电路、选频网络、稳幅电路和反馈电路构成，作用如下： (1)放大电路：具有信号放大作用，通过电源供给振荡电路所需的能量。 (2)反馈网络：作用是形成正反馈。 (3)选频网络：选择满足振荡条件的某一个频率，形成单一频率的正弦波振荡。 (4)稳幅电路：使振幅稳定，改善波形。,
3、自激振荡器能够振荡的相位条件是： =A+F =2n （n=0，1，2，3） 其中A为放大器的增益，F反馈电路的相移。上式说明反馈回路必须是正反馈。,由于振荡时，输出信号的幅度必须不断地上升，所以有,，这称为起振的幅度条件。其中 A是放大器的,电压增益，F是反馈电路的反馈系数。,同时，由于信号的幅度不可能无穷无尽地增大，信号放大到 一定时，放大电路进入行非线性区，稳幅电路使放大器的放 大倍数A下降，最终与反馈系数F的乘积,，从而使信号的输出幅度稳定不再上升增长，电路进入正 常振荡工作状态。,称为幅度平衡条件。,3. 正弦波振荡电路的判断,判断电路能否产生正弦波振荡的步骤如下： (1)检查电路的基
4、本组成，一般应包含放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节等。 (2)检查放大电路是否工作在放大状态。 (3)检查电路是否满足振荡产生的条件。一般情况下，幅度平衡条件容易满足，重点检查是否满足相位条件和起振条件。,判断电路是否满足相位条件采用瞬时极性法，沿着放大电路和反馈电路判断反馈的性质。如果是正反馈则满足相位条件，否则不满足相位条件。具体判断步骤如下。 a.断开反馈支路与放大电路输入端的连接点。 b.在断点处的放大电路输入端加信号ui，并设其极性为正(对地)，然后，按照先放大支路，后反馈支路的顺序，逐次推断电路有关各点的电位极性，从而确定ui和uf的相位关系。 c.如果ui和uf在某一频率下
5、同相，电路满足相位平衡条件。否则，不满足相位平衡条件。,例7.1： 判断图7-4所示电路能否产生自激振荡。,解： (1) 图7.4(a)中，VT基极偏置电阻RB2被反馈线圈Lf短路接地，使VT处于截止状态，不能进行放大，所以电路不能产生自激振荡。 (2) 相位条件：采用瞬时极性法，设VT基极电位为“正”，根据共射电路的倒相作用，可知集电极电位为“负”，于是L同名端为“正”，根据同名端的定义得知，Lf同名端也为“正”，则反馈电压极性为“负”。显然，电路不能自激振荡。 在图7-4(a)所示的电路中接入隔直电容Cb，如图7-4（b）所示。因隔直电容Cb避免了RB2被反馈线圈Lf短路，同时反馈电压极性
6、为“正”，电路满足振幅平衡和相位平衡条件，所以电路能产生自激振荡。,7.2 LC振荡器,LC振荡器可分为变压器耦合式振荡器和三点式振荡器。,7.2.1 变压器耦合式LC振荡器,1 电路结构,电路特点是：用变压器耦合方式把反馈信号送到输入端。,2 工作原理,设VT基极瞬间电压极性为正，则集电极极性应为负， 根据同名端的定义，基极所接反馈线圈极性上为正，下 负，与原信号极性相同，为正反馈，满足相位条件。选择 合适的参数，使电路具有足够大的放大倍数，电路就能振 荡，调节Rp可改变输出幅度。,变压器耦合振荡电路的振荡频率为,若调节L、C，可改变振荡频率。,【例7.2】调试图7-5(a)所示电路时，如果
7、出现下列现象，请予以解释。 （1）对调反馈线圈的两个接头后就能起振； （2）调R1、R2或R3阻值后就能起振； （3）改用较大的晶体管后就能起振； （4）适当增加反馈线圈的匝数后就能起振； （5）适当增大L值或减小C值后就能起振； （6）调整R1、R2或R3的阻值后可使波形变好； （7）减小负载电阻时，输出波形产生失真，有时甚至不能起振。,解：（1）对调反馈线圈的两个接头后就能起振，说明原电路中反馈线圈极性接反了，形成了负反馈而不能起振。 （2）调节R1、R2或R3阻值可改变电路的静态工作点。调R1、R2或R3阻值后就能起振，说明原电路的工作点偏低，电压放大倍数偏小；而调整工作点后电压放大倍数
8、提高，故能起振。 （3）原电路中的太小，使电压放大倍数不满足自激振荡的幅度条件。改用较大的晶体管可使电压放大倍数提高，易于振荡。 （4）原电路中的反馈强度不够（反馈系数F太小），不能起振。增加反馈线圈的匝数可增大反馈值，使电路易于起振。 （5）适当增大L值或减小C值，可使谐振阻抗增大，从而增大电路的电压放大倍数，使电路易于起振。 （6）调整R1、R2或R3的阻值可使静态工作点合适，放大器工作在靠近线性区时稳定振荡，所以波形变好。 （7）负载RL过小，折算到变压器原边的等值阻抗下降，晶体管的交流负载线变陡，容易产生截止失真，故波形不好；同时使输出电压下降，电压放大倍数减小，故有时不能起振。,3万
9、用表测量LC振荡电路是否起振。,要判断电路是否起振，最好的方法是用示波器测量输出端是否有振荡信号信号。同时，可以通过检测放大管在静态和动态时管子的基射极之间的电压uBE 来判断电路是否起振。 方法： （1）先用一根导线将振荡电路的线圈两端短路，使振荡器停振，测出此时的uBE，电压在0.60.7 V之间。 （2）将导线拆除，再测出此时的uBE，如振荡器起振，则测得的uBE 比没起振时的uBE小得越多。 将两种情况下测得的uBE 进行比较，即可确定该电路是否起振。在检修图7-1的收音机振荡电路时，常用这种方法判断收音机的振荡电路是否起振。,7.2.2 三点式LC振荡电路,1电感三点式振荡器,相位条
10、件：当线圈1端电位为“”时，3端电位为“”，此时2端电位低于1端而高于3端，即uf与uo反相，经倒相放大后，形成正反馈，即满足相位条件。,电路振荡频率为,式中M是1与2之间的互感系数。,2. 电感三点式振荡器的电路特点,(1)由于线圈L1和L2之间耦合很紧，因此比较容易起振。改变电感抽头的位置，可以获得满意的正弦波输出，且振荡幅度较大。根据经验，通常可以选择反馈线圈L2的匝数为整个线圈匝数的1/81/4。 (2)调节频率方便。采用可变电容，可获得个较宽的频率调节范围。该电路的工作频率一般可达几十千赫至几十兆赫。 (3)由于电感反馈支路对高次谐波呈现较大的阻抗，所以输出滤形中含有高次谐波的成分较
11、多，波形较差，且频率稳定度也不高。通常，该电路用于对频率稳定度和波形要求不高的电子设备中。,3. 电容三点式振荡器,相位条件：当线圈1端电位为“”时，3端电位为“”。此电压经1、2分压后，2端电位低于1端而高于3端，即uf与uo反相，经V倒相放大后，使1端获“”电位，形成正反馈，满足相位条件。 振幅条件：适当的选择1、2的数值，使电路具有足够大的放大倍数，电路可产生振荡。 电路振荡频率为,4. 电容三点式振荡电路的特点,(1)由于反馈电压取自电容C2上的电压，电容对于高次谐波阻抗很小，反馈电压中的谐波分量很小，所以输出波形较好。 (2)因为电容器C1，C2的电容值可以选得较小，并将放大管的极间
12、电容也计算到C1，C2中去，因此，振荡频率较高，一般可以达到100MHz以上。 (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，这种电路适用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。,【例7.3】试判断图7-8(a)所示电路是否有可能产生振荡。若不可能产生振荡，请指出电路中的错误。然后由读者画出一种正确的电路，写出电路振荡频率表达式，计算电路的振荡频率。,解：(1)图7-8（a）电路中的选频网络由电容C1、C2和电感L组成。电路存在的问题是：三极管VT是放大元件，但直流偏置不合适；电容C1两端电压可作为反馈信号，但放大电路的输出信号（三极管集电极信号）
13、没有传递到选频网络。所以，该电路不可能产生振荡。 (2)修改后的电路见图7-8（b），通常CE和CB的容量比较大，对交流可看作短路，则其相位满足“射同基反”的原则，在各元件参数合适的情况下，电路可产生振荡。参与选频的元件是L、C1和C2，振荡频率表达式由读者自行写出。,图 7-9 调频发射机电路图,7.3 石英晶体振荡器,7.3.1 石英晶体的基本特性及其等效电路,（a）石英晶体谐振器 (b)石英晶体谐振器用于电视机电路 图7-10石英晶体谐振器实物图与应用电路,石英晶体谐振器习称晶振。电视机中由于需要某些固定频率的振荡信号，采用了晶振。,1符号和等效电路,石英晶体的精度高而稳定。所以，采用石
14、英晶体谐振 器组成振荡电路，可获得很高的频率稳定度。,图7-11 石英晶体谐振器,当外加交变电压的频率等于晶体串联谐振频率fs时，回路发生串联谐振；当外加交变电压的频率等于晶体并联谐振频率fp时，回路发生并联谐振。产生谐振时的振荡频率称晶体谐振器的振荡频率。,石英晶体振荡电路的形式是多种多样的，但其基本电路只有两类，即并联晶体振荡电路和串联晶体振荡电路。在并联晶体振荡电路中，石英晶体工作在fs与fp之间，利用晶体作为一个电感来组成振荡电路；而在串联晶体振荡电路中，石英晶体工作在串联谐振频率fs处，利用阻抗最小的特性来组成振荡电路。,2有源晶体振荡器,（a）有源晶振实物图,（b）4引脚有源晶振管
15、脚图 （c）有源晶振的使用电路 图 7-12 有源晶体振荡器,只有两个引脚的晶振有些场合又称为无源晶振，需要外加放大电路等才能产生振荡信号。,有源晶体振荡器习称有源晶振，它是一个完整的振荡器， 即里面除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件。只要加上 电源，就可以直接输出振荡信号。,7.3.2 石英晶体振荡电路,1并联型晶体振荡电路,图7-13 并联型晶体振荡电路,振荡回路由C1、C2和晶振体组成。其中，晶振起电感L的作用，交流等效电路如图7-9(b)所示。即振荡频率振荡频率基本上取决于晶体的固有频率f s，故其频率稳定度高。,2串联型晶体振荡电路,图7-14 串联型晶体振荡电路,晶体和电阻R串联
16、构成正反馈电路。当振荡频率等于晶体的固有频率fs时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，电路满足自激振荡条件而振荡，其振荡频率为fo = fs。否则不能振荡。调节电阻R可获得波形良好的正弦波输出。,7.4 RC正弦波振荡电路,7.4.1 RC网络的频率响应,图7-15 RC串并联网络,谐振频率f0：,7.4.2 RC桥式正弦波振荡电路,图7-16 RC桥式正弦波振荡器,由于R和C并联回路反馈回运算放大器同相端的反馈系数为：,为满足振荡的幅度条件,所以A3。加入R1R2支路， 构成串联电压负反馈，要求：,只要满足了该幅度条件，该振荡器就可以振荡输出信号， 振荡频率为：,RC振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R2实现的。R2是 正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R2上所加的电压升高， 温度升高，R2的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降，从 而实现稳幅作用。,例7.4： 图7-17所示电路是没有画完整的正弦波振荡器。 （1）完成各节点的连
