现代电子技术基础第八章信号的产生和波形变换.ppt

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1、第 6 章震荡器第第 8章章振振荡荡器器8.1 振荡的基本概念振荡的基本概念8.2 RC振荡器振荡器 8.3 LC振荡电路振荡电路 123第 6 章震荡器8.1 振荡的基本概念振荡的基本概念 8.1.1振荡的基本概念振荡的基本概念放大器在没有输入信号情况下就没有输出信号，而振荡器是在没有输入信号的情况下，仍有一定频率和幅值的输出信号，这种现象称为放大器的自激振荡。这种自激振荡在放大器中是不希望的，它会使放大器不能正常工作。但是在振荡器中恰恰相反，振荡器就是利用自激振荡来进行工作的，这一点就是振荡器与放大器的明显区别。但是振荡器与放大器的共同之处，仍然是输出信号是由输入信号

2、引起的。那么振荡器的输入信号是怎样产生的呢？第 6 章震荡器振荡器在通信、广播、自动控制、仪表测量和超声探伤等方面都具有广泛用途。根据振荡产生的波形不同，分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器。根据电路的组成不同，又可分成RC振荡器、LC振荡器和石英晶体振荡器。第 6 章震荡器 8.1.2振荡条件及振荡电路的组成振荡条件及振荡电路的组成 1. 振荡条件振荡条件振荡电路条件的方框图如图8.1.1所示，是放大电路的电压放大倍数，是反馈电路的反馈参数。由于振荡电路不需要外界输入信号，因此反馈信号就是放大电路的输入信号，就是放大电路的输出信号。且有当第 6 章震荡器图8

4、振荡器、 LC振荡器和晶体振荡器。 2. 振荡电路的组成振荡电路的组成最简单的振荡器如实图8.1.1所示，从以上振荡器看出，振荡器一般由四个部分组成。第 6 章震荡器 1）放大电路放大电路是维持振荡器连续工作的主要环节，没有放大，信号就会逐渐衰减，不可能产生持续的振荡。要求放大器必须有能量供给，结构合理，静态工作点合适，具有放大作用。如实图8.1.1中的三极管V1、V2就是两级放大电路。 2）反馈网络反馈网络的作用是形成反馈，如实图8.1.1中的电阻RP1和R-1C-1、R-2C-2都是反馈电路，它们将输出信号的一部分或者全部反馈到输入端，即三极管V1的基极或发射极，构成

5、反馈，通常把整个反馈系统称为反馈网络。第 6 章震荡器 3）选频网络选频网络的主要作用是产生单一频率的振荡信号，一般情况下这个频率就是振荡器的振荡频率。在很多振荡电路中，选频网络和反馈网络结合在一起，如实图8.1.1中的R-1 C-1、R-2 C-2就构成选频网络。 4）稳幅电路稳幅环节的作用主要是使振荡信号幅值稳定，以达到振荡器所要求的幅值，使振荡器持续工作。如实图6.1中的反馈电阻RP1和V1发射极电阻Re1，以及R-1 C-1、 R-2 C-2构成电桥的四臂，起到稳幅的作用。综上所述，振荡电路必须首先具备两个条件，即相位条件和幅值条件。其次, 电路的组成合理，便

6、可产生振荡。实际应用中正弦波振荡器居多，常用的有RC振荡器和LC振荡器。第 6 章震荡器8.2 RC 震震荡荡器器 8.2.1 RC移相振荡器移相振荡器 1. 电路的组成电路的组成图8.2.1 是采用三级RC超前移相电路组成的RC移相振荡器。 C1和R1、 C2和R2构成两级RC移相网络，C3和V1放大电路的输入电阻ri构成第三级RC移相网络。V2为射极输出器，它的作用是减小负载对振荡电路的影响，在分析振荡频率和条件时，可忽略。在图8.2.1电路中通常选取C1=C2=C3=C，R1=R2=R。为什么要用三级RC电路来移相呢？因为基本放大电路在很宽的频率范围内其A为180，若

7、要求满足振荡相位条件，必须在三级RC移相网络中也移相180第 6 章震荡器图8.2.1第 6 章震荡器但一级RC电路移相在090，不能满足，两级RC移相最大相移可达180，但在接近180时，超前移相RC网络频率很低，并且输出电压接近于零，也不能满足振荡幅值条件，所以实际应用中至少要用三级RC移相电路，三级RC移相电路的相移在0270才能满足振荡条件。 2. 振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件在图8.2.1电路中，若把a点断开，它的交流等效电路如图8.2.2(a)所示，为了计算把图8.2.2（a）画成图8.2.2(b)的等效电压源形式。第 6 章震荡器图8.2.

8、2第 6 章震荡器当rbeRb1Rb2时，要使RC振荡电路产生自激振荡，应满足：以上结果表明，振荡频率主要取决于网络参数RRC移相电路具有结构简单、经济方便等优点。缺点是选频作用较差，频率调节不方便，一般用于振荡频率固定且稳定性要求不高的场合，其频率范围为几赫兹到几十千赫兹。第 6 章震荡器8.2.2 RC桥式振荡器桥式振荡器 1. 电路组成电路组成图8.2.2第 6 章震荡器 RC正弦振荡电路的振荡频率与R、C乘积成反比，如果要求频率较高，则R、C值要小，这样制作比较困难（且电路分布参数影响较大），因此RC振荡器用来产生低频振荡信号，要产生更高频率的信号，则应采

9、用LC正弦波振荡器。第 6 章震荡器8.3 LC 振振荡荡电电路路 8.3.1 变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路图8.3.1是一个变压器反馈式振荡电路，图中并联回路L-1C作为三极管V的集电极负载，是振荡电路的选频网络。变压器反馈式振荡电路由放大电路、变压器反馈电路和LC选频电路三部分组成。图8.3.1电路中，三个线圈作变压器耦合，线圈L1与电容C组成选频电路，L2是反馈线圈，L3线圈与负载相联。由图8.3.1可以看出，集电极输出信号与基极相位差为180，通过变压器的适当连接，使之从L-2两端引回的交流电压又产生180的相移，所以满足相位条件。当产生并联谐振时，谐振

10、频率为第 6 章震荡器图8.3.1第 6 章震荡器分析可得到该电路的起振条件为式中，和rbe分别为三极管的电流放大系数和输入电阻； M为N-1和N-2两个绕组之间的等效互感；R为二次侧绕组的参数折合到一次侧绕组后的等效电阻。当将振荡电路与电源接通时，在集电极选频电路中激起一个很小的电流变化信号，只有与谐振频率f0相同的那部分电流变化信号能通过，其它分量都被阻止，通过的信号经反馈放大再通过选频电路，就可产生振荡。当改变LC电路的参数L或C时，振荡频率也相应地改变。第 6 章震荡器如果没有正反馈电路，反馈信号将很快衰减。形成正反馈电路，线圈L1的极性(即同名端)是关键，不

11、能接错，使用中要特别注意。变压器反馈振荡电路的特点是，电路结构简单，容易起振，改变电容的大小可以方便地调节频率。其缺陷是，由于变压器耦合的漏感等影响，这类振荡器工作频率不太高；输出正弦波形不理想。改进电路常应用电感反馈式振荡电路。第 6 章震荡器 6.3.2电感反馈式振荡电路电感反馈式振荡电路电感反馈式振荡电路如图8.3.2所示。 L1、L2和C组成振荡回路，起选频和反馈作用，实际就是一个具有抽头的电感线圈，类似自耦变压器。电感线圈L1、 L2和三个抽头分别与三极管的三个极连接，故又称电感三点式振荡电路。第 6 章震荡器图8.3.2第 6 章震荡器电感反馈式振荡电

12、路的特点是，振荡电路的L1和L2是自耦变压器，耦合很紧，容易起振，改变抽头位置可获得较好的正弦波振荡，且输出幅度较大；频率的调节可采用可变电容，调节方便。不足之处是，由于反馈电压取自L2，对高次谐波分量的阻抗大，输出波形中含较多的高次谐波，所以波形较差；振荡频率的稳定性较差。一般电感反馈式振荡电路用于收音机的本机振荡以及高频加热器等。第 6 章震荡器 8.3.3电容反馈式振荡电路电容反馈式振荡电路电容反馈式振荡电路与电感反馈式振荡电路比较，只是把LC回路中的电感和电容的位置互换。电路如图8.3.3所示。可以认为，回路电容也有3个连接点，分别接到三极管的3个极，因此也称为电容

13、三点式振荡电路。不足之处是，频率调节不便，调节范围较小。一般只用于高频振荡器中。为了克服调节范围小的缺点，常在L支路中串联一个容量较小的可调电容，用它来调节振荡频率。第 6 章震荡器图8.3.3第 6 章震荡器 8.3.4石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路无线电广播发射机的频率稳定度为10-5，而无线电通信的发射机频率稳定度要求达到10-810-10数量级，前面讨论的电路难以达到这种要求。采用石英晶体代替选频电路，就变成了石英晶体振荡器，可以达到频率稳定度很高的要求。 1. 石英晶体的特性、石英晶体的特性、符号及等效电路符号及等效电路 1）石英晶体的特性、压电效应石英

14、晶体是二氧化硅（SiO2）结晶体，具有各向异性的物理特性。从石英晶体上按一定方位切割下来的薄片叫石英晶片，不同切向的晶片其特性是不同的。第 6 章震荡器晶片常装在支架上，并引出接线。支架有分夹式和焊接式两种。为了保护晶片，把它密封于金属或玻璃壳内。石英晶片之所以能做成谐振器是基于它的压电效应。若在晶片两面施加机械力，沿受力方向将产生电场，晶片两面产生异号电荷，这种效应称正向压电效应；若在晶片处加一电场，晶片将产生机械变形，这种效应称为反向压电效应。事实上，正、反向压电效应同时存在，电场产生机械形变，机械形变产生电场，两者相互限制，最后达到平衡态。在石英谐振器两极板上加交变电压，晶片将随交变电压周期性地机械振动；当交变电压频率与晶片固有谐振频率相等时，振荡交变电流最大，这种现象称压电谐振。第 6 章震荡器 2. 石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器简称晶振，其电路有两种类型。 1）并联型晶振 2）串联型晶振

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