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1、6.1正弦波振荡电路的基本概念6.2RC正弦波振荡电路6.3LC正弦波振荡电路6.4石英晶体振荡器第六章第六章 正弦波振荡电路正弦波振荡电路教学目标教学目标1 1、掌握振荡电路和自激振荡电路的振幅平衡条件、相位平衡掌握振荡电路和自激振荡电路的振幅平衡条件、相位平衡条件，熟悉振荡电路的组成和分析方法。会用振荡电路起振条件，熟悉振荡电路的组成和分析方法。会用振荡电路起振条件判断电路是否起振。了解表征频率稳定性的主要参数：条件判断电路是否起振。了解表征频率稳定性的主要参数：频率准确度、相对频率准确度的含义。频率准确度、相对频率准确度的含义。 2、了解、了解RC串并联网络频率特性。熟悉文氏桥式正弦波振
2、荡串并联网络频率特性。熟悉文氏桥式正弦波振荡电路组成。掌握振荡频率估算方法。熟悉起振条件，稳幅措电路组成。掌握振荡频率估算方法。熟悉起振条件，稳幅措施。选学施。选学RC移相式正弦波振荡电路组成、起振条件及频率估移相式正弦波振荡电路组成、起振条件及频率估算方法。算方法。教学目标教学目标3、了解、了解LC并联回路的频率特性，熟悉变压器反馈式、电感并联回路的频率特性，熟悉变压器反馈式、电感三点式、电容点式及其改进型振荡电路组成、起振条件和频三点式、电容点式及其改进型振荡电路组成、起振条件和频率估算方法。率估算方法。4、了解石英晶体结构和晶体压电效应原理，熟悉石英谐振器了解石英晶体结构和晶体压电效应原
3、理，熟悉石英谐振器电路符号和晶体振荡电路组成。电路符号和晶体振荡电路组成。 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.1 6.1 正弦波振荡电路的基本概念正弦波振荡电路的基本概念正弦波振荡器（Sinusoidaloscillator）是一种不需外加激励信号就能将直流能源转换成具有一定频率、一定幅度的正弦波信号的电路。它在测量、通信、无线电技术、自动控制和热加工、音频、视频设备等领域有着广泛的应用。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品
4、的价款或接受服务的费用6.1.1 6.1.1 产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件正弦波振荡电路框图如图6.1.1所示。1原理框图原理框图图6.1.1 正弦波振荡电路的框图其中A是放大电路，F是反馈网络。由图可知，产生振荡的基本条件是反馈信号与输入信号大小相等、相位相同。当 时，必有经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2振荡平衡条件振荡平衡条件(1)振幅平衡条件振幅平衡条件（Amplitudeequilibriumcondition）=1称为振荡电路产生振荡时的振幅平衡条件，即放大倍数与反馈系数乘积的
5、模为1。它表示反馈信号与原输入信号的幅度相等。(2)相位平衡条件相位平衡条件（Phaseequilibriumcondition）(n=0,1,2,3)称为振荡电路产生振荡时的相位平衡条件，即放大电路的相移与反馈网络的相移之和为2n，引入的反馈为正反馈，反馈端信号与输入端信号同相。设，则得得到振荡的两个条件：经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.1.2 6.1.2 振荡电路的起振与稳幅振荡电路的起振与稳幅 1起振条件起振条件 振荡的平衡条件是指振荡电路已进入振荡的稳定状态而言的，为使电路接通直流电源
6、后能自动起振，必须满足振幅起振条件和相位起振条件：(1)振幅起振条件：幅度上，即(2)相位起振条件：反馈电压与输入电压同相，即（n=0,1,2,3）经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2起振稳幅过程起振稳幅过程当振荡电路接通电源时，电路中就会产生微小的不规则的噪声和电源刚接通时的冲击信号，它们包含从低频到甚高频的各种频率的谐波成分，其中必有一种频率信号f0能满足相位平衡条件。若又满足的条件，则振荡电路起振。起振后，振荡幅度迅速增大,使放大器工作于非线性区,致使放大倍数下降，直到,振荡(幅度)进入稳定状
7、态。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.1.3振荡电路的组成与分析方法振荡电路的组成与分析方法一、振荡电路的组成一、振荡电路的组成正弦波振荡电路具有能自行起振且输出稳定的振荡信号的特点，一般必须由以下几部分组成。1放大电路具有信号放大作用，将电源的直流电能转换成交变的振荡能量。2反馈网络形成正反馈以满足振荡平衡条件。3选频网络(Frequency-selectivenework)选择某一频率f0的信号满足振荡条件，形成单一频率的振荡。4稳幅电路(Amblitudestabilitycircuit)
8、使幅度稳定并改善输出波形。常用的有两种稳幅措施，一种是利用振荡管特性的非线性（截止或饱和）实现稳幅，称为内稳幅；另一种是利用外加稳幅电路实现稳幅，称为外稳幅，这时，振荡管工作在线性放大区。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、振荡电路的分析方法二、振荡电路的分析方法对于一个振荡电路，首先要判断它能否产生振荡。对于能振荡的电路，其振荡频率可根据选频网络的参数进行计算。为保证振荡电路的起振，必须根据起振条件来确定电路元器件的参数。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损
9、失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用判断电路能否产生振荡的步骤如下：判断电路能否产生振荡的步骤如下：(1)检查电路的基本环节，一般振荡电路应具有放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅电路等环节，缺一不可。(2)检查放大电路的静态工作是否合适。(3)检查电路是否引入正反馈，即是否满足相位平衡条件，如不能满足，肯定不能产生振荡。(4)判断电路是否满足振幅起振条件,具体方法是：分别求解电路和，然后判断是否大于1。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、振荡器的频率稳定性三、振荡器的频率稳定性
10、 在实际应用中，总希望振荡器频率稳定不变。但由于受环境温度及元件老化等影响，振荡频率或多或少会发生变化。振荡器频率的稳定性指标用频率稳定度和频率准确度来衡量。 频率准确度（Frequencyaccuracy）又称频率精度，可用两种方法表示。1.频率准确度频率准确度（1）绝对频率准确度）绝对频率准确度f f 是指一定条件下，实际振荡频率与标称频率之间的偏差值，即 f=ff0 （2 2）相对频率准确度）相对频率准确度 相对频率准确度指绝对频率差值f与标称频率的比值，即 f/f0=ff0/f0 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商
11、品的价款或接受服务的费用(1)频率稳定度（Frequencystability）是指在一定观测时间内，由于各种因素引起振荡频率相对于标称频率变化的程度。(2)根据观察时间长短，将频率稳定度分为长期（一天以上），短期（观测时间一天以内）和瞬时频率稳定度（秒或毫秒内频率变化）。(3)频率稳定度用10_n来表示，方次绝对值越大，频率稳定度越高。2 2.频率稳定度频率稳定度经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.2RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路6.2.1文氏桥式文氏桥式RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 RC
12、串并联正弦波振荡电路如图6.2.1a所示。图中集成运放A构成同相比例放大电路，反馈网络由RC串并联网络组成，因它与Rf、R3构成电桥形式，如图6.2.1b所示，故称文氏桥式RC振荡电路(WienbridgeRCoscillator)。1电路组成电路组成经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用由瞬时极性法可知，RC串并联网络构成正反馈电路，满足相位平衡条件。Rf、R3将运放接成同相比例放大电路，即电压串联负反馈电路，满足振幅平衡条件。2振荡判断振荡判断图6.2.1RC文氏桥式振荡器（a）电原理图 （b）等效
13、电路 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用为了便于分析，将图6.2.1中的选频网络单独画在图6.2.2上。图中R1=R2=R，C1=C2=C。一、一、RC串并联网络的频率特性串并联网络的频率特性1频率特性分析频率特性分析图6.2.2 RC串联联网络 RC并联电路的阻抗为RC串联电路的阻抗为经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图6.2.3RC串并联网络的频率特性(a)幅频特性(b)相频特性经营者提供商品或者服务
14、有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用当输入端输入正弦波电压时，电路的输出电压为，电路的传输函数（即振荡电路中的反馈系数）为经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用令, 0是电路的谐振角频率。则上式可改写为经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(1)RC串并联选频网络的幅频特性(2) RC串并联选频网络的相频特性为经营者提供商品或者服务有欺诈行为
15、的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、二、RC串并联正弦波振荡电路分析串并联正弦波振荡电路分析当串并联选频网络在f=f0时，Uf最大，相移=0o，因此，采用同相放大器，就能满足相位平衡条件。1.振荡频率计算振荡频率计算 可见，改变R、C的参数值，就可调节振荡频率。为了同时改变图6.2.1中的R1、R2值或C1、C2值，一般采用双联电位器或双联电容器来实现。当R1=R2=R，C1=C2=C时，RC串并联正弦波振荡电路的振荡频率为经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商
16、品的价款或接受服务的费用2.起振条件起振条件 当 f=f0、 F =| |=1/3,根据起振条件| |1，要求图6.2.1所示Rf、R3构成电压串联负反馈电路的电压放大倍数Af=1+Rf/R33。即Rf2R3就能顺利起振。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用例6.2.1 图6.2.1所示电路中，若R1=R2=100，C1=C2=0.22F，R3=10k，求振荡频率以及满足振荡条件的Rf的值。解：由求振荡频率公式可得：要满足起振条件，则Rf2R3，故Rf210k=20k，Rf取大于20k电阻。经营者提供
17、商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3.稳幅措施稳幅措施如图6.2.4所示电路是利用二极管的非线性自动完成稳幅的。在负反馈电路中，二极管VD1、VD2与R4并联，只要有信号输出总有一个二极管导通，放大倍数为：(1)二极管稳幅二极管稳幅式中，rd为二极管VD1、VD2导通时的动态电阻。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图6.2.4利用二极管稳幅RC振荡电路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿
18、其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 振荡电路刚起振时，输出电压较小，二极管正向偏置电压小，二极管正向交流电阻较大，负反馈较弱，使| |大于3，满足起振条件。当输出电压增大时，通过二极管的电流相应增大，导致二极管动态电阻rd减小，负反馈增强，使| |减小，从而达到自动稳定输出幅度的目的。 除二极管外，还可用热敏电阻进行稳幅。为此，把图6.2.1中的负反馈电阻Rf换成负温度系数的热敏电阻，就能达到稳幅的目的。即振荡电压振幅增加时，流过Rf的电流增加，导致Rf中的功率增加而使温度上升，从而使Rf阻值减小，同相放大器增益下降。(2)热敏电阻稳幅经营者提供商品或者服务有欺
19、诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 电路如图6.2.5所示。图中，场效应管V1的漏源电阻RDS和R3串联后代替图6.2.1中的R3，负反馈网络由RP3、RDS、R3组成。 输出电压经二极管VD1整流和R4、C4滤波后，通过R5和RP4为场效应管提供与振荡振幅成比例的负栅压UGS，调整RP4，使场效应管工作在变阻区，它的RDS成为受UGS控制的可变电阻。 当振荡电路输出幅值增大，|UGS|也随之增大（即UGS变负），管子的RDS增大，负反馈增强，放大倍数Au减小。(3)场效应管稳幅经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消
20、费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 图6.2.5 利用场效应稳幅文氏振荡电路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、三、RC串并联正弦波振荡电路特点串并联正弦波振荡电路特点 RC串并联正弦波振荡电路具有电路简单，易于起振的优点，适用于f01MHz的场合。缺点是频率调节不方便，振荡频率不高。四、应用示例四、应用示例附录B中图B.2所示可燃气体报警器中的音频振荡器，是由A3、RP2、R16、R15、C6、R14、C7、R13组成的RC桥式振荡器。把数据代入
21、（6.2.5）式可估算出该电路的振荡频率Hz724Hz经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用在电路调试过程中，要注意电路起振条件。若电位器RP1调整后的阻值为RP1，根据式(6.2.6)可知，当(RP1+R16)2R12时，即RP115K时，电路才能起振。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.2.2RC移相式正弦波振荡电路移相式正弦波振荡电路一、电路组成和振荡条件的实现一、电路组成和振荡条件的实现 RC移相式
22、正弦波振荡电路如图6.2.6a所示。图中三个电阻R和电容C构成选频网络。Rf将集成运放接成反相输入组态，a=180o。若要满足相位平衡条件，则RC反馈网络必须在某一特定频率上提供移相f=180o。因一节RC移相网络可以移相0o90o，要使f=180o，必须有三节或三节以上移相电路，使总移相在0o270o范围内。另外，还要适当调整Rf，以满足幅值平衡条件。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图6.2.6 RC移相正弦波振荡电路 (a) 电原理图 (b)等效电路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照
23、消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 由图6.2.6b可见，它是由反相放大器和三节RC移相网络组成。通过分析求得三节RC移相网络的电压增益为振荡时，上式虚部为零，即振荡频率二、振荡频率的估算及起振条件二、振荡频率的估算及起振条件1估算估算振荡角频率经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用当当时，电路产生振荡，振荡时，电路产生振荡，振荡时的反馈系数为时的反馈系数为经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消
24、费者购买商品的价款或接受服务的费用2电路起振条件电路起振条件达到振荡平衡时|=1，可得达到振荡平衡时反相放大器的电压增益应为。可见，电路的起振条件应为|Af|29,即Rf29R。为了实现稳幅，电路中Rf一般用具有负温度系数的热敏电阻取代。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、三、RC移相式正弦波振荡电路特点移相式正弦波振荡电路特点 RC移相式正弦波振荡电路具有结构简单、使用方便等优点。 缺点是选频作用差导致输出波形失真大，频率调节不容易，振荡频率不够稳定。 它一般适用于振荡频率固定且稳定性要求不高的
25、场合，其频率范围为几HZ至几十kHZ。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.3LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路的选频网络为LC并联回路，它主要用于产生高频正弦波信号。6.3.1LC并联回路的频率特性并联回路的频率特性 LC并联回路如图6.3.1所示。图中R表示电感和电路其它损耗的总等效电阻，IS为幅值不变、频率可变的正弦波电流源信号。图6.3.1LC并联回路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务
26、的费用图6.3.1中LC并联回路总阻抗Z为一般情况下，L R，故上式可简化为一、谐振频率一、谐振频率经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用当虚部为零时即L=1/(c )时，电路发生并联谐振，电路呈纯电阻性，令并联谐振角频率为0，即谐振频率为经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用并联谐振时阻抗Z0为最大，且谐振回路品质因数故 LC并联回路谐振时，阻抗呈纯阻性，且Q值越大，谐振时阻抗Z0越大。二、谐振时的回路阻抗二、
27、谐振时的回路阻抗经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、三、LC并联回路的选频特性并联回路的选频特性引入Q后，将Z改写为 相应的幅频特性和相频特性如图6.3.2所示。1频率特性图频率特性图图6.3.2 LC并联回路的频率特性（a）幅频特性 （b)相频特性经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2选频特性分析选频特性分析由图6.3.2可见，当信号频率f=f0时，Z最大且为纯阻性，=0o。当ff0时，Z减小。当f/f
28、01，即ff0时，Z呈感性，0o。当ff0时，Z呈容性，0。同时Q值越大，谐振阻抗Z0也越大，幅频特性越尖锐，相位随频率变化的程度也越急剧，说明电路选择有用信号（频振频率f0信号）的能力越强，即选频效果越好。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图6.3.3 变压器反馈式LC正弦波振荡器电路6.3.2变压器反馈式变压器反馈式LC正弦波振荡器正弦波振荡器经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（1）放大电路图中由V组
29、成采用分压式偏置的共射电路，耦合电容Cb和发射极旁路电容Ce容量较大，在振荡频率上，交流阻抗小，可视短路。（2）选频网络选频网络由L1和C构成。作为三极管集电极负载。（3）反馈网络变压器二次侧绕组N2作为反馈绕组，将输出的一部分，经Cb反馈到输入端。 变压器二次侧绕组N3接输出负载。一、电路组成一、电路组成变压器反馈式LC正弦波振荡器电路（Transformerfeedbackoscillator）如图6.3.3所示。由下列三部分组成。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.相位平衡条件判断在反馈输入
30、端K处断开，用瞬时极性法进行判断。设V基极上的瞬时极性为正，则集电极为负，即L1的瞬时极性为上正下负。根据同名端的概念，N2上端瞬时极性为正，反馈至K处的瞬时极性为正，为正反馈。满足振荡的相位平衡条件。二、电路能否振荡的判断二、电路能否振荡的判断2.振幅起振条件的判断本电路中，N1、N2同绕在一磁芯上为紧耦合。放大电路为共射电路，放大倍数较大，这种电路是利用三极管的非线性实现内稳幅的。实践中，只要设置合适的静态工作点，增减N2的匝数或改变同一磁棒上N1、N2的相对位置调节反馈系数的大小，使反馈量合适，即可满足起振条件。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失
31、，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用振荡器的振荡频率近似为LC网络的固有谐振频率，可用X下式估算三、振荡频率三、振荡频率f0的估算的估算其中，L为谐振回路总电感量，C为谐振回路总电容量。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1 1电路特点电路特点四、电路特点与实用电路分析示例四、电路特点与实用电路分析示例 变压器耦合LC振荡电路易于起振，用可变电容器可使输出正弦波信号的频率连续可调。但振荡频率不太高，一般为几兆赫至十几兆赫。2 2实用电路分析实用电路分析 超外差收音机变频级中的本机振荡
32、电路如图6.3.4所示。电路中V兼作变频器，L1、L2、C1、C2组成变频器的输入回路，C8、L5、L6组成变频器的输出中频回路，它们在振荡频率上因回路严重失谐而均可看作短路，故本机振荡电路的简化电路如图6.3.5所示。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图6.3.4 超外差收音机变频级电路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图6.3.5 变频级中本机振荡简化电路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消
33、费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图6.3.5中，R1/是偏流电阻，C6/为振荡回路谐振电容，由C5、C6和C7等效而成，且本电路是一个谐振线圈带抽头的变压器反馈式LC振荡电路。L4和C6/为并联谐振回路，决定振荡频率f0,三极管V组成共基极放大电路，C3为基极旁路电路。L3为集电极负载，输出电压通过耦合反馈到L4、C6/耦合回路，经C4加到V的发射极上，由于三极管的射极输入电阻很低，必须采用抽头式以减小三极管低输入电阻对LC回路的影响，以保证回路有高Q值，并满足起振条件。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的
34、损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.3.3 6.3.3 电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路又称哈脱莱（Hartley）振荡电路，电路如图6.3.6所示。一、电路组成一、电路组成 图6.3.6 电感三点式振荡电路 (a)电路图 (b)交流通路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 （1）放大电路）放大电路本电路采用分压式偏置，Cb为基极旁路电容，由于容量足够大，对交流可视为短路。画出电路的交流通路如6.3.6b所示。基极是交流接地端，所以是共基极放大电路（2）
35、选频网络）选频网络选频网络由L1、L2和C并联而成。（3）反反馈馈网网络络L2上的反馈电压经Ce送至三极管的输入端发射极。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、电路能否振荡的判断二、电路能否振荡的判断 在图6.3.6b中，断开反馈输入端K，设三极管输入端发射极的输入信号 对地瞬时极性为正，共基放大电路集电极电压与射极同相，瞬时极性也为正，电感L2的反馈信号 对地瞬时极性也为正，即 与 同相，满足相位平衡条件。1 1相位起振条件判断相位起振条件判断经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要
36、求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用电感三点式振荡器的L1、L2由同一电感线圈中间抽头组成，耦合紧密，易于起振，其起振条件为：其中，（L2+M）/（L1+M）=Fu为反馈系数的模。2 2振幅起振条件判断振幅起振条件判断经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用电感三点式振荡电路的振荡频率近似等于LC并联回路的谐振频率，即其中，M是电感L1与L2间的互感。电感三点式振荡电路简单，易于起振，但由于反馈信号取自感L1，电感对高次谐波的感抗大，因而输出振荡电压的谐波分量增大，
37、波形较差。常用于对波形要求不高的设备中，其振荡频率通常在几十兆赫以下。三、谐振频率三、谐振频率f0估算估算四、电路特点四、电路特点经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.3.4电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路一、电容三点式振荡电路一、电容三点式振荡电路 电容三点式振荡电路又称考毕兹（Colpittsoscillator）电路，电原理图如图6.3.7a所示。三极管V接成共射电路，Cb为耦合电容，Ce为旁路电容。该电路的交流通路如图6.3.7b所示。用瞬时极性法在图b中标出各点瞬时极性，由图可知，反馈
38、信号与输入端信号同相，满足相位平衡条件。1 1相位起振条件判断相位起振条件判断经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图6.3.7 电容三点式振荡电路(a)电原理图 (b)交流通路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用该电路的振荡频率为该电路起振的条件为3振幅起振条件振幅起振条件2f0估算估算经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务
39、的费用该电路的反馈电压为电容器C2的两端电压，反馈电压中的高次谐波分量小，输出波形较好。但三极管的极间电容Cbc、Cce与C2、C1并联，极间电容随温度变化，影响振荡频率的稳定性。该电路的振荡频率可达100MHz以上。4电路特点电路特点经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用为提高电容三点式振荡（考毕兹）电路的频率稳定性，可采用改进型电路。1.克拉波（克拉波（Clapp）电路）电路二、电容三点式改进型振荡电路二、电容三点式改进型振荡电路 (1) (1)电路与交流通路电路与交流通路在电容三点式电路的回路中多
40、加一个与C1、C2相串接的电容C3即可构成克拉波电路，如图6.3.8a所示，交流通路如图b所示。图6.3.8 克拉波振荡电路（a)电原理图（b)交流通路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(2)(2)起振条件分析起振条件分析一般情况下，C3取值较小，满足C3C1， C3C2，回路总电容值C主要取决于C3。而影响振荡频率稳定性的是三极管的极间电容Cce、Cbc、Ccb,它们都直接并接在C1、C2上，不影响C3值，故减小了不稳定的极间电容对振荡频率的影响，且C3越小，影响就越小，频率稳定也就越高。但是C3
41、过小，有可能不满足起振条件而停振。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(3) (3) 克拉波电路特点及适用场合克拉波电路特点及适用场合 克拉波电路的频率稳定度比电容三点式电路高一个数量级，达10-410-5。克拉波振荡器的起振条件对振荡管的值要求高，它与f03成正比。但输出电压幅值与f03成反比，故f0升高，会使输出电压幅值迅速下降而停振。因此，克拉波振荡器在波段内输出幅值不均匀，波段覆盖系数小，只适于固定频率振荡器。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔
42、偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(4)f0估算估算克拉波振荡电路的频率为经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.西勒（西勒（Seiler）电路）电路在克拉波电路的电感L两端并联一个电容C4即为西勒电路，原理图和交流通路如图6.3.9所示。(1)(1)电路图与交流通路电路图与交流通路 图6.3.9 西勒电路(a)电原理图 (b)交流通路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用当C1 C3、C2 C3的
43、情况下，总电容CC4+C3,振荡频率为(2)f0的估算的估算西勒电路的总电容C值为C1、C2、C3串联后再与C4并联，即 由此可知 ，西勒电路的振荡频率主要由L和C3+C4决定，而与C1、C2的大小基本无关，因此，西勒电路也具有频率稳定度高的优点。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 分析表明，它的输出电压幅值与f0成正比，因此西勒电路可用作可变频率振荡器。(3)(3)适用场合适用场合经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接
44、受服务的费用 LC振荡因LC回路的Q值不高（仅在200以下），频率的稳定度很难突破10-5数量级，而用石英晶体（Quartzcrystal）作为振荡回路，组成晶体振荡器（Crystaloscllator）的Q值高达104以上，可将频率稳定度提高几个数量级，最高稳定度可达10-10数量级。它在各类电子设备中得到广泛应用。6.4 6.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英晶体是从石英晶体柱上按一定方位角切割下来的薄片（称之为晶片，可为圆形、正方形或矩形等），在表面上涂敷上银层作为电极，加上引线后封装而成。外壳可为金属，也可为玻璃。它的结构示意图如图6.4.1所示。6.4.1 6.4.1 石英晶体谐振
45、器石英晶体谐振器一、石英晶体的结构一、石英晶体的结构经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图6.4.1 某石英晶体结构示意图经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、晶体的压电效应二、晶体的压电效应当在晶片上施加外力，使之产生机械形变，则会在两电极上产生极性相反、数值相等的电荷；反之，若在两极间施加电压，晶片会产生由电压极性决定的机械形变，这种现象称之为压电效应（Piezoelectriceffect）。1 1压
46、电效应与压电谐振压电效应与压电谐振改变交变电压频率，晶片的振动幅度和流过晶片回路的交变电流都会随之改变。当外加交变电压的频率与晶片的固有振动频率（由晶片尺寸决定）相等时，晶片机械振动的幅度将急剧增加，振动最强，通过晶体的交变电流最大，这时称为压电谐振，故石英晶体又称之为石英谐振器。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用石英晶体的振动具有多谐性，除基频振动外，还有奇次谐波的泛音振动。石英谐振器若利用其基频振动的，称之为基频（Fundamentalfrenquency）晶体。若利用其泛音振动的，称之为泛音（
47、Overtones）晶体。泛音晶体一般利用三次和五次的泛音振动，而很少利用九次以上的泛音振动。2 2基频（基频（Fundamental frenquencyFundamental frenquency）晶体）晶体与泛音（与泛音（OvertonesOvertones）晶体）晶体经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用石英谐振器图形符号如图6.4.2a所示。它的基频等效电路如图6.4.2b所示。图中C0表示石英晶片的静态电容和支架、引线等分布电容之和。Lq用来模拟晶片振动时的惯性，Cq模拟晶片的弹性；晶片振动
48、时的摩擦损耗用电阻rq来等效。三、石英谐振器图形符号及其性能参数三、石英谐振器图形符号及其性能参数1 1图形符号与基频等效电路图形符号与基频等效电路石英谐振器的Lq很大（几十毫亨），Cq很小（10-2PF以下），品质因数Qq很高(104106)，且它们的数值极其稳定。另外C0远大于Cq，故频率稳定度高。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图6.4.2 石英谐振器的符号、等效电路及其电抗频率特性(a)电路符号 (b)基频等效电路 (c)电抗频率特性经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求
49、增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(1)串串 联联 谐谐 振振 角角 频频 率率 s（ Series resonant angularfrequency）当L、C、R支路发生串联谐振时，XLq=XCq，X=0，串联谐振角频率为由图6.4.2c可见，石英谐振器有两个谐振角频率。2 2谐振角频率谐振角频率此时，C0忽略不计。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用当频率高于s时，晶体Lq、Cq串联支路呈电感性，电路发生并联谐振，并联谐振的角频率为在实际振荡电路中，晶体两
50、端往往并接有负载电容CL，如图6.4.3所示。此时，并接的总电容为(C0+CL)，相应的并联谐振频率由fp减小到fN,fN值为(2)并联谐振角频率并联谐振角频率(Antiresonantangularfrequency) 3 3负载电容负载电容经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 CL越大，fN值就越接近fs。一般情况下，基频晶体的负载电容为30pF或50pF，在晶体外壳上的振荡频率（晶体标称频率）就是并接CL后的fN值。图6.4.3 并联CL晶体等效电路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消
51、费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用根据晶体在振荡电路中的作用不同，晶体振荡电路可分为并联型晶体振荡电路（Parallel-modecrystaloscillators）和串联型晶体振荡电路（Series-modecrystaloscillators）。使晶体工作在略高于fs呈感性的频段内，用来代替三点式电路中的回路电感，相应构成的振荡电路称为并联型晶体振荡电路。使晶体工作在fs上，等效为串联谐振电路，用作高选择性的短路元件，相应构成的振荡电路称为串联型晶体振荡电路。晶体只能工作在上述两种方式，决不能工作在低于fs和高于fp呈容性的频段内，否则，
52、频率稳定度将明显下降。6.4.2 6.4.2 晶体振荡电路晶体振荡电路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一、串联型石英晶体振荡电路一、串联型石英晶体振荡电路 串联型石英振荡电路如图6.4.4所示。图中V1组成共基极放大器，V2组成共集极电路。设V1发射极瞬时极性为（+），集电极亦为（+），V2发射极为（+），经石英晶体反馈到V1发射极瞬时极性为（+），石英晶体构成正反馈电路， ，满足相位起振条件。1 1电路组成及相位起振条件电路组成及相位起振条件2 2振幅起振条件振幅起振条件 图中可变电阻R5，用以
53、改变正反馈信号的幅度，使之满足振幅起振条件，使电路起振。R5不能过小，否则，振荡波形会产生失真。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图6.4.4串联型石英晶体振荡电路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 二、并联型石英晶体振荡电路二、并联型石英晶体振荡电路目前应用最广的并联型晶体振荡器是类似电容三点式的皮尔斯（Pirese）电路，如图6.4.5a所示。其中，Cb为旁路电容，Cc为耦合电容，Lc为高频扼流圈。三
54、极管接成分压式偏置的共基极电路，以稳定直流工作点图6.4.5(a)中C1、C2串接后与石英晶体并联，为晶体的负载电容，若它们的等效电容值等于晶体规定的负载电容值，那么振荡电路的振荡频率就是晶体的标称频率。但实际上，由于种种原因，振荡器的频率往往与标称频率略有偏差。故工程上采用微调电容的晶体振荡电路如图6.4.5(b)所示。1 1电路组成电路组成 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 图6.4.5 并联型晶体振荡电路(a)皮尔斯晶体振荡电路 (b)采用微调电容晶体振荡电路经营者提供商品或者服务有欺诈行为
55、的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图6.4.5b中，CT为微调电容，用来改变并接在晶体上的负载电容，从而改变振荡频率。CT和C3并联与石英晶体串接，以减弱振荡管与晶体的耦合，从而进一步减小三极管参量变化对回路的影响。但CT的频率调节范围很小，故在实际电路中，还可采用微调电感或同时采用微调电容和微调电感。2 2频率微调方法频率微调方法(1)在频率稳定度要求很高的场合，为克服温度变化对频率的影响，将晶体或整个振荡器设置于恒温槽内。采用恒温措施可将频率稳定度提高到10-10数量级。(2)在使用过程中，石英晶体的激励功率不能过大，否则会使
56、频率稳定性、老化特性、寄生频率特性等变差，甚至可能使晶片振毁。 3.晶振电路应用注意事项晶振电路应用注意事项经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用随着MOS集成工艺的发展，出现了一种低功耗的CMOS晶体振荡器。所谓CMOS电路是指NMOS管和PMOS管构成的互补对称的MOS电路，它具有静态功耗低、抗干扰能力强、工作稳定性、开关速度高等优点。CMOS晶体振荡器非常适合在功耗要求小的电子设备中使用，如电子表中的时间基准振荡器等，当电源电压VDD=1.5V时，其功耗仅为微瓦量级。三、三、CMOS晶体振荡器晶体
57、振荡器经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用CMOS微功耗晶体振荡器如图6.4.6所示。图中V1、V2为组成互补倒相的N沟道和P沟道场效应管，在振荡过程中，V1、V2轮流导通对环路电容充电、放电。V3为N沟道MOS管，工作于可变电阻区，给V1、V2提供电流通路。C2用于微调振荡频率。为减小芯片面积，石英谐振器、C1、C2都为外接元件。图6.4.6CMOS微功耗晶体振荡器经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用本本
58、章章 小小 结结1.要使正弦波振荡电路产生振荡，既要使电路满足幅度平衡条件又要满足相位平衡条件。2.正弦波振荡器一般由放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节组成。正弦波振荡电路按选频网络不同，主要分为LC振荡（含石英晶体振荡器）和RC振荡电路两大类，改变选频网络的电参数，可以改变电路的振荡频率。3.RC振荡电路的振荡频率不高，通常在1MHz以下，用作低频和中频正弦波发生电路（1Hz1MHz）。桥式文氏RC振荡电路的振荡频率为常用在频带较宽且要求连续可调的场合； 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用RC移相式正弦波振荡电路的振荡频率为(三节RC) 其频率范围为几赫到几十千赫，一般用于频率固定且稳定性要求不高的场合。 4.LC振荡电路有变压器反馈式、电感三点式、电容三点式三种。电容三点式改进型电路频率稳定性高。它们的振荡频率0愈大，所需L、C值愈小，因此常用作几十千赫以上高频信号源。5.石英晶体振荡器是利用石英谐振器的压电效应来选频。它与LC振荡电路相比，Q值要高得多，主要用于要求频率稳定度高的场合。
