模拟电子技术教学课件PPT正弦波振荡电路.ppt

2023年3月6日星期一,模拟电子技术,1,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。,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,2,10-1 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,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,3,10.3 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,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,4,10.4 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,10.4.4 并联型石英晶体振荡器,10.4.3 串联型石英晶体振荡器,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,5,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,附 录,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,6,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）,正弦振荡电路,反馈型,负阻型,RC振荡器,LC振荡器,晶体振荡器,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,7,一、反馈放大器的基本方程,图10.1 反馈放大器,10-1 振荡的基本原理,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,8,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,9,二、起振过程和平衡条件,图10.1 反馈型振荡器组成方框图,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,10,1起振过程及起振条件,相位起振条件,幅度起振条件,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,11,2.平衡条件,振幅平衡条件,相位平衡条件,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,12,(取n=0),令,则,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,13,图10.5 LC并联回路负载相角与频率的关系,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,14,起振,平衡,反馈振荡器的振荡过程,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,15,10.2 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,RC选频振荡器,选频网络采用RC超前或滞后移相网络。,选频网络采用RC串并联谐振网络。,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,16,10.2.1 RC移相振荡器,图10.17 RC串联移相网络,超前移相网络,滞后移相网络,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,17,图10.18 RC串联超前网络的频率特性曲线,截止频率,=RC,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,18,图10.19 RC超前移相网络振荡器,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,19,10.2.2 RC选频振荡器,图10.20 RC串并联网络,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,20,图10.21 RC串并联网络的频率特性曲线,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,21,图10.22 文氏电桥振荡器,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,22,10.3 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,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,23,10.3.1变压器耦合反馈式振荡器,图10.23 三种不同接法的变压器耦合反馈式振荡器,是否满足正反馈判断方法：“射基（集）同名”规则,(CE),(CB),(CB),CE：射基同名；,-,CB：射集同名。,CC：射基同名。,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,24,L,C,2,c,b,e,C,I,C,I,L,U,b,U,f,U,o,10.3.2.电容反馈式振荡电路,图10.24电容反馈式振荡器的交流通路（CE）,1,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,25,10.25电容反馈式振荡器电矢量关系,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,26,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,27,图10.25电容三点式振荡器及其交流通路（CB）,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,28,图10.25电容三点式振荡器及其交流通路（CB）,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,29,10.3.3 电感反馈式振荡电路,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,30,(,b,),U,f,U,b,U,o,I,L,I,C,R,B,R,L,c,L,1,L,2,C,b,e,图10.26电感反馈式振荡电路及其交流通路,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,31,注：L1与L2之间无互感。,(,b,),U,f,U,b,U,o,I,L,I,C,R,B,R,L,c,L,1,L,2,C,b,e,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,32,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,EB,EC:同性质电抗元件;,BE,BC:异性质电抗元件.,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,33,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？,(b),(a),2023年3月6日星期一,模拟电子技术,34,10.4 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,2.频率的稳定性,中波广播发射机：10-5；,电视发射机：10-7,测量值,设计值,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,35,10.4.2 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。,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,36,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)。,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,37,图10.30 石英晶体的等效电路和电抗特性(a)晶体符号；(b)某振动模式的电等效电路,2.石英谐振器的电特性,(a),(b),频率丰富的谐振系统,支架电容,几个pF,亨利,0.001pF,百欧,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,38,图10.30(c)某一频率等效电路；(d)电抗特性,其它支路失谐，近似开路,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,39,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,40,其值约为10-3量级,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,41,10.4.3 串联型石英晶体振荡器,图10.31串联型晶体振荡器,串联型石英晶体振荡器把石英晶体用作选频短路线,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,42,10.4.4 并联型石英晶体振荡器,图10.32 并联型石英晶体振荡器(a)原理电路;(b)交流通路,并联型石英晶体振荡器把石英晶体用作电感元件,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,43,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,44,图10.32 并联型晶体振荡器振荡频率的图解确定,X,e,w,w,p,w,g,1,w,C,1,C,2,C,1,C,2,w,s,+,晶体的标称频率,CL,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,45,文氏电桥振荡电路,A,+,-,R,R,C,C,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,46,A,+,-,R,R,C,C,文氏电桥多用于产生20HZ200kHZ的低频信号发生器中。,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,47,1.振荡频率,因为振荡电路的相位条件为,图中，,所以,2.起振条件,即,3.引入,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。,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,48,A,+,-,R,R,C,C,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,49,LC并联谐振回路的特性,C,r,L,电路图,Z,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,50,令,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,51,一 谐振时回路参数,1.谐振角频率,（固有角频率）,2.品质因数,3.谐振阻抗,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,52,二 LC并联回路的频率特性,并令,则,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,53,|Z|,(b)幅频特性,感性,容性,(c)相频特性,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,54,考察不同的值时频率特性，Q越大，幅频特性越尖锐，说明选频特性越好。,时，,纯阻性,时，,Z显容性，,时，,Z显感性，,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,55,LC正弦波振荡电路分析,一 电感反馈式(电感三点式),+,+,图1 电感反馈式振荡器,2,3,1,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,56,(b)交流电路,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,57,1.相位平衡条件,(LC回路呈纯阻性,即满足该条件),(同名端设置正确),2023年3月6日星期一,模拟电子技术,58,2.起振条件和振荡频率,为折合到L1两端的等效并联总电阻。,其中,为互感。,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,59,3.缺点,波形较差。因为反馈取自电感,越高，反馈越强，反馈和输出信号中含高次谐波。,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,60,二.电容反馈式振荡电路(电容三点式),图10-14 SMB-10示波器中LC振荡器原理图,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,61,(b)交流通路,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,62,优点：波形较好。因为反馈取自电容,反馈和输出信号中谐波分量小。,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,63,一 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。,稳频措施,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,64,二 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 数量级。石英晶体振荡电路频率稳定度可达 左右，甚至。,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,65,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 值.,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,66,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,67,解:(1)该电路为串联型晶体振荡器，晶体等效为短路元件，为反馈电容，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,回路谐振频率 应为10MHz。,求得:,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,68,(3)由图10-19,根据振荡器振幅平衡条件,得到,因此:,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,69,图10.28 晶体的形状及横断面(a)晶体外形；(b)横断面,光轴,电轴,机械轴,六棱柱锥体,对顶点连线,对边法线,2023年3月6日星期一,模拟电子技术,70,图10.29 石英谐振器的内部结构,