正弦波振荡电路.ppt

1,第四章正弦波振荡电路,电子技术,第四节 石英晶体正弦波振荡电路,第二节 RC正弦波振荡电路,第三节 LC正弦波振荡电路,第一节 自激振荡,第四章 正弦波振荡电路,第一节 自激振荡,一、自激振荡平衡条件,二、振荡的建立与稳定,三、正弦波振荡电路的基本组成部分,4,正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅度的正弦交流信号的电子电路。,广泛应用：在无线电技术、测量、控制技术、工业生产和日常生活中,用作高频信号源、加工设备中的高频能源，如高频加热炉、超声波压焊机等。,分类：,电容三点式,三点式,电感三点式,变压器反馈式,LC正弦波振荡电路,RC正弦波振荡电路：RC桥式振荡电路,石英晶体正弦波振荡电路,概述,第一节 自激振荡,5,第一节 自激振荡,自激振荡不需外加输入信号，本身就能产生交流信号的电路。,uF,将反馈信号代替外加信号,6,第一节 自激振荡,UO与Ui的相位差,UF与UO的相位差,UF与Ui的相位差,一、自激振荡平衡条件,7,第一节 自激振荡,2.相位平衡条件：,即:UF与Ui 同相,1.幅度平衡条件：,即：UF=Ui,UF与Ui的相位差,结论：对于任何类型的振荡器，只有这两个条件同时满足，振荡才能维持。,8,第一节 自激振荡,1.初始信号由来：接通电源瞬间，有一个电冲击，激起微弱的信号,包含丰富的频率成分。,2.起振：选频放大。,二、振荡的建立与稳定,为保证单一频率的正弦波，振荡器要具有选频特性。只有某一特定频率f0的信号满足自激振荡条件,从初始信号中挑选出来。,起振条件：,即：UFUi,f0的信号放大输出反馈放大,9,第一节 自激振荡,3.稳幅：当信号幅度增大到一定幅度时，进入三极管的非线性区，电压放大倍数A降低，振荡幅度自动稳定在某一值上。,起振,增幅,稳幅,10,第一节 自激振荡,2.反馈网络：,形成正反馈，满足相位条件。,保证产生单一频率的正弦波。,1.放大电路：,3.选频电路：,供能源，放大，设置合适的Q点。,三、正弦波振荡电路的基本组成部分,RC振荡电路：振荡频率低，1MHz以下,按选频网络类型分：,石英晶体振荡电路：振荡频率稳定,LC振荡电路:振荡频率高，1MHz以上,第二节 RC正弦波振荡电路,一、RC串并联选频电路的选频特性,二、RC桥式振荡电路,三、应用举例,12,第二节 RC正弦波振荡电路,种类:RC桥式振荡电路。,选频电路:RC串并联选频电路。,若频率过低，所需的L和C值很大，这将使振荡电路结构不合理、经济不合算，而且性能变坏。,LC振荡频率：,概述,13,幅频特性,相频特性,一、RC串并联选频电路的选频特性,结论：,在频率f0处，U2 最大,=0，只有f=f0一个频率满足振荡条件。,第二节 RC正弦波振荡电路,14,(R1=R2=R，C1=C2=C),RC串并联选频电路的谐振频率,谐振时：,第二节 RC正弦波振荡电路,15,二、RC桥式振荡电路,1.电路构成,分立元件电路构成,第二节 RC正弦波振荡电路,16,RC串并联电路 同相比例放大电路,集成运放电路构成,第二节 RC正弦波振荡电路,17,组成电桥,正反馈支路,负反馈支路,第二节 RC正弦波振荡电路,18,同相 0,移相 0,同相 0,2.相位条件,同相比例电路,RC串并联电路,第二节 RC正弦波振荡电路,19,3.幅值条件,因为AF=1，F=1/3，则A=3。,所以取Rf 2R1。,4.估算振荡频率,为RC串并联网络的f0。,对于同相比例运放：,第二节 RC正弦波振荡电路,20,5.自动稳幅措施,反馈电阻RF采用热敏电阻。,Rf 功耗大,Ta,Rf,Auf,热敏电阻,第二节 RC正弦波振荡电路,21,三、应用举例,XB18型信号发生器中的音频振荡电路,第二节 RC正弦波振荡电路,22,XB18型信号发生器中的音频振荡电路方框图,第二节 RC正弦波振荡电路,23,（一）组成,属于桥式RC振荡电路。,共发射极放大级T1，其输出电压相移为1800。,1.振荡器的放大部分：T1T4。,2.T5射极输出器：减小负载对振荡器的影响。,3.负反馈电路中采用热敏电阻。提高了振荡器的稳定性。,无变压器推挽输出级T3、T4。,倒相管T2。,T2的输入与T3、T4的输出相位差为1800。,4.T1采用自举电路：提高了输入阻抗，减少了输入阻抗对选频网络的影响。,第二节 RC正弦波振荡电路,24,（三）调整：,满足自激振荡条件：T1T4组成的多级放大器中，输入与输出的总相位移为3600。经过RC串并联选频网络反馈到输入端为正反馈，满足自激振荡条件，产生振荡。,（二）工作情况,振荡器的频率为20Hz20kHz，分成3个波段。用波段开关切换电容进行粗调；每个波段用一个双连电位器连续进行细调。,第二节 RC正弦波振荡电路,25,实验十 RC桥式正弦波振荡电路,EDA实验,链接EDA10,实验目的：RC桥式正弦波振荡电路的输出波形。,实验步骤：用示波器观察输出波形。,建立电路：1.组成RC桥式正弦波振荡器。2.采用二极管稳幅电路。3.无输入信号。,第二节 RC正弦波振荡电路,26,EDA实验,RC桥式正弦波振荡器,第二节 RC正弦波振荡电路,27,EDA实验,实验数据：,结 论:自行产生正弦波。,第二节 RC正弦波振荡电路,第三节 LC正弦波振荡电路,一、变压器反馈式振荡电路,二、三点式振荡电路,三、应用举例,29,第三节 LC正弦波振荡电路,1.选频电路：LC并谐回路。,概述,3.应用：振荡频率高，一般可达100MHz以上。常用来产生高频正弦信号，一般在数百kHz以上，例如收音机和电视机中所需要的本机振荡。,30,1.电路组成,一、变压器反馈式振荡电路,(a)分立元件构成的振荡回路,uO,f0,LC选频回路,LF反馈线圈,C1隔直电容，防止L1将直流be短路。,什么是同名端?,(b)振荡回路线圈的接法,第三节 LC正弦波振荡电路,31,2.选频网络的作用,f0,f,LC并谐回路,回路的谐振频率为:,当外加信号频率f=f0时，产生并联谐振。,此时回路的等效阻抗为纯阻性质，且阻抗最大。,固有振荡频率,外加信号频率,振荡频率：,第三节 LC正弦波振荡电路,32,并联谐振频率：,品质因数：,回路损耗,Q值愈大，选频特性愈好。,第三节 LC正弦波振荡电路,33,3.振荡的建立与稳定,初始信号,选频放大,反馈电压,等幅正弦波振荡,第三节 LC正弦波振荡电路,34,二、三点式振荡电路,电路演变,自耦变压器,第三节 LC正弦波振荡电路,35,（1）电路组成,反馈电压取自L2,1.电感三点式（哈特莱）,L1、L2、C选频回路。,L2反馈线圈。,C1隔直电容，防止L2将be短路。,C2隔直电容，防止L1将Ce短路。,第三节 LC正弦波振荡电路,36,方法一：瞬时极性法；,（3）振荡频率,方法二：简易判别法。,（2）相位条件,T,L2、L1是同性电抗，又流过同一电流，所以电压相位相同,第三节 LC正弦波振荡电路,37,2.电容三点式(考尔毕兹),反馈电压取自C2,L、C1、C2选频回路。,C2反馈电容。,C3隔直电容，防止L将Ce短路。,（1）电路组成,C3作用？,第三节 LC正弦波振荡电路,38,（2）相位条件,方法一：瞬时极性法；,方法二：简易判别法。,C2、C1是同性电抗，又流过同一电流，所以，电压相位相同,第三节 LC正弦波振荡电路,39,（4）优点：电容上取反馈电压，对于高次谐波的容抗小，反馈小，输出波形好。,（3）振荡频率,第三节 LC正弦波振荡电路,40,T,电容三点式振荡电路,C,b,e,作业讨论,反馈电容,方法一：瞬时极性法；,方法二：简易判别法。,第三节 LC正弦波振荡电路,41,3.改进型电容三点式振荡器(克拉泼),（1）问题的提出,分布电容Ci、CO与C1、C2并联做为总C的一部分影响f0。,易受Ta等影响，影响了频率稳定度。,（2）改进方法,L支路串一小电容。,第三节 LC正弦波振荡电路,42,C总为COC1，CiC2与C三者串联，,令C C1CO，C CiC2，,所以f0取决于C与L，消除了Ci、CO对f0影响，提高了频率稳定度。,第三节 LC正弦波振荡电路,43,uO,由运放组成的克拉泼振荡电路,正反馈支路,负反馈支路,调节频率,反馈电容,第三节 LC正弦波振荡电路,44,它与运动的被测金属体接近到一定距离时（不需直接接触）就能发出动作信号。,三、应用举例,感应头,接线端,第三节 LC正弦波振荡电路,（一）晶体管接近开关电路,45,放大电路T1,1.组成,线圈L1、L2、L3绕在同一磁芯上，组成感应头。,输出线圈L3,选频电路L2、C2,反馈线圈L1,变压器反馈式LC振荡电路,反馈线圈,输出线圈,振荡线圈,感应头,第三节 LC正弦波振荡电路,46,当金属体逐渐接近感应头时，金属体因进入高频磁场而产生涡流，金属体内有能量消耗。当金属体接近到某一位置时，使振荡电路无法补偿金属体中的涡流损耗而被迫停振，L3上没有高频交流电压输出，T2就截止，此时UCE212V，耦合至T3的基极，T3饱和导通，继电器线圈KA通电动作。,2.工作情况,当金属体远离感应头时，振荡电路维持振荡，L3上输出高频正弦波电压，经二极管D整流后，在R3上获得一直流电压,使T2饱和导通，T2的UCE20，耦合至T3的基极，使T3截止。因此，射极输出器无输出电压，接在输出端的继电器KA的线圈不通电，不动作。,第三节 LC正弦波振荡电路,47,可调,第三节 LC正弦波振荡电路,（二）电子琴电路,第四节 石英晶体正弦波振荡电路,49,第四节 石英晶体正弦波振荡电路,要求较高的场合均采用石英晶体振荡器。,（一）基本知识,2.石英晶体振荡器的结构,二氧化硅SiO2晶体切片敷金属膜并引出电极装上外壳,1.频率相对偏移率/0：衡量频率稳定的程度。,频率偏移量，0 振荡频率。,50,第四节 石英晶体正弦波振荡电路,结构示意图,3.符号：,注意：石英晶体振荡器的标称频率是指接入规定的外接电容CL(负载电容)后的谐振频率。使用中需微调CL。,51,第四节 石英晶体正弦波振荡电路,4.石英晶体的主要特性压电效应,两个电极上加交变电压机械振动产生交变电场在电极上出现交变电压,当外加交变电压的频率与晶片本身固有振动频率相等时，机械振动的振幅和它产生的交流电压的幅值都会大幅度增加。,晶片振动频率仅决定于晶片的外形、尺寸和切割方式,因此,频率稳定度高。,52,第四节 石英晶体正弦波振荡电路,1.并联晶体振荡电路。,（二）石英晶体正弦波振荡电路的构成,振荡频率由C1、C2、CL及晶体的等效电感L决定，但因C1、C2电容量比CL大得多，故主要取决于CL和晶体的振荡频率。,将石英晶体等效为一个电感，与外电容构成电容三点式振荡器。,53,第四节 石英晶体正弦波振荡电路,2.串联晶体振荡电路,LC振荡电路：L、C1、C2、C3、C4组成。,由于C1、C2C3、C4，故0主要由L、C3、C4决定。,正反馈：由C1、C2分压并经晶体选频后送入集成运放的同相输入端。,选频,石英晶体发生串联谐振，呈纯电阻特点。,第四章 正弦波振荡电路,小 结,55,一、工作原理,一个过程振荡建立和稳定过程。,两个条件,平衡条件：,起振条件：,四个电路 放大、反馈、选频、稳幅。,振幅条件 AF1,振幅条件 AF1,相位条件,相位条件,56,二、类型,RC桥式振荡器：RC串并联网络同相比例运放,LC振荡器：,变压器反馈式：反馈线圈取自变压器次级,电容三点式：振荡回路中有三个点,改进型电容三点式：L支路串小C,石英晶体振荡器：,串联型：fs 串谐,并联型：fs f fp 呈感性，在三点式中做L,电感三点式：振荡回路中有三个点,57,三、相位条件判断,RC振荡器：RC串并联网络移相00，放大器移相3600。,变压器反馈式：三极管的b极、c极分别接变压器初、次级线圈的异名端上。,三点式：振荡回路中与e极对应的一点到另两点分别接同性电抗。,方法一：瞬时极性法；,方法二：简易判别法。,素材库,附件,59,为了方便各位老师根据不同的教学风格修改课件，这里将一部分自行制作的素材库附上。,说 明,素材库包括：元器件、电路符号、各种变量、波形、圆点标记等。,60,+UCC,C1,RB,UBB,RE,RS,RL,UO1,+UDD,+UGG,IDQ,T2,RC2,RB2,uO,+,-,i充,b,c,e,附件：素材库,c,e,链接EDA9,