《《模拟电子技术基础》教学课件第7章--正弦振荡器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《模拟电子技术基础》教学课件第7章--正弦振荡器（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、应用型高等教育规划教材模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础第第 1 章：章：半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管 第第 2 章：章：基本放大电路基本放大电路 第第 3 章：章：功率放大器功率放大器 第第 4 章：章：直流放大器和集成运算放大器直流放大器和集成运算放大器第第 5 章：章：负反馈放大器负反馈放大器 第第 6 章：章：直流稳压电源直流稳压电源第第 7 章：章：正弦振荡器正弦振荡器 第第 8 章：章：常用电子仪器的操作及使用常用电子仪器的操作及使用第第 9 章：章：模拟电子电路综合设计模拟电子电路综合设计 YYJ制作制作7-1 正弦振荡器的基本原理正弦振
2、荡器的基本原理 7-2 RC振荡器振荡器 7-3 LC振荡器振荡器7-4 振荡器的稳定和晶体振荡器振荡器的稳定和晶体振荡器7-5 应用实例应用实例 第第7章章 正弦振荡器正弦振荡器YYJ制作制作知识目标知识目标1.熟悉正弦振荡电路的组成及其分析方法；掌握熟悉正弦振荡电路的组成及其分析方法；掌握振荡器自激的起振条件和平衡条件；熟悉决定振荡器自激的起振条件和平衡条件；熟悉决定振荡器工作频率的条件和稳定振幅的措施；振荡器工作频率的条件和稳定振幅的措施；2.熟悉熟悉RC、LC振荡电路的组成及其频率特性；振荡电路的组成及其频率特性；掌握改变掌握改变RC、LC振荡器参数对振荡回路振荡器参数对振荡回路Q值值
3、的影响；的影响；3熟悉石英晶体振荡器的基本特性及其基本电路。熟悉石英晶体振荡器的基本特性及其基本电路。航航导导学学教教能力目标能力目标1.通过学习，具备根据正弦振荡电路画出相应等通过学习，具备根据正弦振荡电路画出相应等效电路，并计算振荡器的振荡频率的能力；效电路，并计算振荡器的振荡频率的能力；2.通过学习，具备分析通过学习，具备分析RC、LC振荡电路振幅和振荡电路振幅和频率的稳定问题的能力。频率的稳定问题的能力。YYJ制作制作学习重点学习重点1.本章学习重点之一为振荡器自激的起振条本章学习重点之一为振荡器自激的起振条件和平衡条件；件和平衡条件；2.本章学习重点之二为本章学习重点之二为RC、LC
4、振荡电路频振荡电路频率特性的分析。率特性的分析。学习难点学习难点 本章学习难点在于振荡器自激的起振本章学习难点在于振荡器自激的起振条件和平衡条件的相关计算。条件和平衡条件的相关计算。7.1 正弦振荡器的基本原理正弦振荡器的基本原理不需外加信号激励而将直流电能转变为交流电能输出的电子不需外加信号激励而将直流电能转变为交流电能输出的电子线路称为线路称为振荡器振荡器。从能量的观点来看，振荡器是一种换能器。从能量的观点来看，振荡器是一种换能器。振荡器分为正弦振荡器和非正弦振荡器两大类。振荡器分为正弦振荡器和非正弦振荡器两大类。7.1.1振荡振荡器的器的基本基本组成组成振荡器是由振荡器是由放大器放大器和
5、和反馈网络反馈网络两个部分组成的。两个部分组成的。自激自激放大器放大器放大器部分的输入信号放大器部分的输入信号不是取自振荡器之外，不是取自振荡器之外，而是通过反馈网络从放而是通过反馈网络从放大器的输出端反馈回来大器的输出端反馈回来。振荡器须采用振荡器须采用正反馈正反馈，反馈网络具有反馈网络具有选频特性选频特性。若开关若开关K接接“1”端，电路按放大器方式工端，电路按放大器方式工作，外加信号作，外加信号 作为放大器的输入信号作为放大器的输入信号 激励放大器中的有源器件。设放大器输出电激励放大器中的有源器件。设放大器输出电压为压为 ，如适当选择反馈网络的电路形式和，如适当选择反馈网络的电路形式和元
6、件参数，使其反馈电压元件参数，使其反馈电压 ，与放大器输，与放大器输入电压入电压 的相位相同、大小相等，即的相位相同、大小相等，即 =。在此条件下，用。在此条件下，用 取代取代 ，应不改变，应不改变电路的输出电压。显然，如电路的输出电压。显然，如K从从“1”迅速迅速换接到换接到“2”，换接前、后电路的输出电压，换接前、后电路的输出电压应该是相同的。但从电路的功能来看，换接应该是相同的。但从电路的功能来看，换接之前只是一个放大器，换接之后电路已经变之前只是一个放大器，换接之后电路已经变成一个振荡器了，这时无需外加信号成一个振荡器了，这时无需外加信号 的的激励也能维持原有的输出电压。激励也能维持原
7、有的输出电压。7.1 正弦振荡器的基本原理正弦振荡器的基本原理7.1.2振荡振荡器的器的自激自激条件条件振荡器的自激条件包括起振条件和平衡条件。起振振荡器的自激条件包括起振条件和平衡条件。起振是指振是指振荡的建立阶段，这时振荡的幅度由很小而不断增大。使振荡的建立阶段，这时振荡的幅度由很小而不断增大。使振荡幅度不断增大所需要的条件称为荡幅度不断增大所需要的条件称为起振条件起振条件。平衡条件平衡条件则则是指振荡建立后，维持其等嗝振荡所需具备的条件。是指振荡建立后，维持其等嗝振荡所需具备的条件。因因放大器输入信号放大器输入信号 、外加信号、外加信号 、反馈信号、反馈信号 三者之间满足三者之间满足因此
8、，闭环电压放大倍数为因此，闭环电压放大倍数为式中式中 为放大器本身的放大倍数，为放大器本身的放大倍数，为反馈系数。为反馈系数。一个实际的振荡器无需外来激励信号（一个实际的振荡器无需外来激励信号（=0）即可向负载输出交流功率（）即可向负载输出交流功率（0）。）。由上式可知，当闭环放大倍数由上式可知，当闭环放大倍数 时，表示环路已经自激，因此振荡器的平衡条时，表示环路已经自激，因此振荡器的平衡条件可表示为件可表示为7.1 正弦振荡器的基本原理正弦振荡器的基本原理7.1.2振荡振荡器的器的自激自激条件条件设设 和和 的相角分别为的相角分别为A和和F，则上式可改写为，则上式可改写为将复数的相角与模分开
9、表示，则将复数的相角与模分开表示，则 A+F=2n （n=0，1，2，）相位平衡条件相位平衡条件 振幅平衡条件振幅平衡条件对于振荡器，图中的外加信号对于振荡器，图中的外加信号 实际上是不存在的，为此实际上是不存在的，为此设想在图中的设想在图中的K点将反馈环路断开，并令点将反馈环路断开，并令 为环路的电压传输系数，相角为环路的电压传输系数，相角的值表示的值表示 超前于超前于 的相位角。所以，振荡器的平的相位角。所以，振荡器的平衡条件衡条件 =1可表示为可表示为7.1 正弦振荡器的基本原理正弦振荡器的基本原理7.1.2振荡振荡器的器的自激自激条件条件即即 与与 的相位相同（的相位相同（=2n），（
10、），（n=0，1，2，），且两者的），且两者的幅度相等（幅度相等（=）。显然，这里假定事前已经起振，讨论的只是维持）。显然，这里假定事前已经起振，讨论的只是维持等幅振荡所需具备的条件。等幅振荡所需具备的条件。在激发振荡（接通电源的一瞬间）初期，放大器输入端总会有微小在激发振荡（接通电源的一瞬间）初期，放大器输入端总会有微小的噪声电压或由其它因素引起的电压扰动，这时电路中的的噪声电压或由其它因素引起的电压扰动，这时电路中的 、和和 都都很小，如果满足条件很小，如果满足条件=0和和 ，将发生，将发生“放大放大反馈反馈再放大再放大再反馈再反馈”的过程，如此循环下去，振荡就会建立起来。因此，振荡器的的
11、过程，如此循环下去，振荡就会建立起来。因此，振荡器的起振条件应该是起振条件应该是=0和和 ，将相位条件和振幅条件合并起来表示，将相位条件和振幅条件合并起来表示，振荡器的起振条件应为振荡器的起振条件应为7.1 正弦振荡器的基本原理正弦振荡器的基本原理7.1.3振荡振荡频率频率和和振幅振幅环节环节 相位平衡条件和起振时所需满足的相位条件是相同的，即相位平衡条件和起振时所需满足的相位条件是相同的，即=A A+F F=0=0 或或 与与 同相。由于通常的反馈网络都由选频电路同相。由于通常的反馈网络都由选频电路组成，一旦电路的参数选定，能满足相位条件的频率也就随之确组成，一旦电路的参数选定，能满足相位条
12、件的频率也就随之确定了。如果起振的振幅条件（定了。如果起振的振幅条件（或或 ）也同时满足，）也同时满足，电路就会在这一频率上激发振荡。由此可见，振荡器的工作频率电路就会在这一频率上激发振荡。由此可见，振荡器的工作频率是由相位条件决定的，如需判断某一电路能否产生振荡，应首先是由相位条件决定的，如需判断某一电路能否产生振荡，应首先检查相位条件是否满足，即是否符合正反馈的要求。检查相位条件是否满足，即是否符合正反馈的要求。在起振过程中，因在起振过程中，因=0=0且且 ，振荡幅度将不断增，振荡幅度将不断增大，为使振荡强度能最终稳定在某一幅度上，振荡电路必须含有大，为使振荡强度能最终稳定在某一幅度上，振
13、荡电路必须含有稳幅的环节，通常振荡器的稳幅作用是由晶体管本身的非线性或稳幅的环节，通常振荡器的稳幅作用是由晶体管本身的非线性或外接非线性元件来完成的。外接非线性元件来完成的。用自激放大器的观点分析了正弦振荡器的基本原理，归纳起来有如下几个要点：用自激放大器的观点分析了正弦振荡器的基本原理，归纳起来有如下几个要点：1正弦振荡器的电路由正弦振荡器的电路由放大电路和反馈网络放大电路和反馈网络两个部分组成，为了使电路在某一频两个部分组成，为了使电路在某一频率建立正弦振荡，其反馈网络一般都采用有率建立正弦振荡，其反馈网络一般都采用有选频特性和稳幅环节选频特性和稳幅环节的电路。的电路。2振荡器的起振条件是
14、振荡器的起振条件是 1；振荡的平衡条件是；振荡的平衡条件是 =1，两者的相位条件是相，两者的相位条件是相同的，即同的，即=A+F=2n（n=0，1，2，）；起振的振幅条件是）；起振的振幅条件是 1，平，平衡的振幅条件是衡的振幅条件是 =1。3振荡器的工作频率由相位条件决定。如果在某一特定频率相位差为振荡器的工作频率由相位条件决定。如果在某一特定频率相位差为2n（n=0，1，2，），则电路满足相位平衡条件。），则电路满足相位平衡条件。7.2 RCRC振荡器振荡器7.2.1RC移相移相式振式振荡器荡器图示是图示是RCRC移相式振荡器的典型电路，晶体管移相式振荡器的典型电路，晶体管VTVT2 2接成
15、射极跟随器，接成射极跟随器，它作为一个缓冲放大级，在分析振荡器工作原理时，可以忽略它作为一个缓冲放大级，在分析振荡器工作原理时，可以忽略VTVT2对振荡电路的影响。振荡电路包括放大器（对振荡电路的影响。振荡电路包括放大器（VTVT1）和由三节）和由三节RCRC移相移相电路所组成的反馈网络。电路所组成的反馈网络。1.电路的组成电路的组成因为晶体管因为晶体管VT1以电阻以电阻Rc作为集电极负载，所以放作为集电极负载，所以放大器的输出电压对输入电压的相位移大器的输出电压对输入电压的相位移A在很宽的频在很宽的频率范围内都是率范围内都是180。为使相位条件对某一频率满足，。为使相位条件对某一频率满足，反
16、馈网络对此频率应再移相反馈网络对此频率应再移相180，即，即F=180。RC移相电路如图所示，图（移相电路如图所示，图（a）的输出电压超前于输）的输出电压超前于输入电压入电压。图（。图（b）则恰巧相反，即输出电压滞后于）则恰巧相反，即输出电压滞后于输入电压。如果输入电压。如果RC参数已经确定，对于不同的频率，参数已经确定，对于不同的频率，相移相移F也不相同。因为每节电路移相不超过也不相同。因为每节电路移相不超过90，所，所以图示的反馈网络采用了三节超前移相电路，其中以图示的反馈网络采用了三节超前移相电路，其中第三节电路由第三节电路由Cs和放大器输入电阻（和放大器输入电阻（Ri=Rb1Rb2rbe）组成。）组成。7.2 RCRC振荡器振荡器7.2.1RC移相移相式振式振荡器荡器 2.振荡频率和起振的振幅条件振荡频率和起振的振幅条件在在K K点处断开，并将放大器输入电阻点处断开，并将放大器输入电阻R Ri i接至接至b b2与地之间，即断开反馈环路的同时与地之间，即断开反馈环路的同时又考虑又考虑R Ri在移相电路中所起的作用。在此条件下，我们来分析在移相电路中所起的作用。在此条件下，我们来
