《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》(張金華主編)演示文稿wg5

1、了解振蕩電路的自激振蕩過(guò)程；了解振蕩電路的自激振蕩過(guò)程；掌握自激振蕩的條件；掌握自激振蕩的條件； 能畫(huà)出自激振蕩電路的結(jié)構(gòu)框圖。能畫(huà)出自激振蕩電路的結(jié)構(gòu)框圖。5.1.15.1.1自激振蕩的形成自激振蕩的形成一、自激振蕩的現(xiàn)象一、自激振蕩的現(xiàn)象 在報(bào)告會(huì)或演唱會(huì)上，使用擴(kuò)音機(jī)時(shí)往往會(huì)聽(tīng)到揚(yáng)聲器發(fā)出尖銳的嘯在報(bào)告會(huì)或演唱會(huì)上，使用擴(kuò)音機(jī)時(shí)往往會(huì)聽(tīng)到揚(yáng)聲器發(fā)出尖銳的嘯叫聲。如果不馬上處理，可能導(dǎo)致話筒或揚(yáng)聲器的損壞。產(chǎn)生自激振蕩的叫聲。如果不馬上處理，可能導(dǎo)致話筒或揚(yáng)聲器的損壞。產(chǎn)生自激振蕩的示意圖如圖所示。示意圖如圖所示。 放大器的自激振蕩是不允許的，但是，在生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中又需要一種能放大器的自激振

2、蕩是不允許的，但是，在生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中又需要一種能產(chǎn)生一定幅度和一定頻率的正產(chǎn)生一定幅度和一定頻率的正弦波振蕩電路。這種振蕩電路弦波振蕩電路。這種振蕩電路通常是利用放大器自激振蕩的通常是利用放大器自激振蕩的原理制成的，所以要看到自激原理制成的，所以要看到自激振蕩有利的一面，并加以利用。振蕩有利的一面，并加以利用。產(chǎn)生自激振蒎的示意圖產(chǎn)生自激振蒎的示意圖5.1.15.1.1自激振蕩的形成自激振蕩的形成二、正弦波振蕩電路的組成二、正弦波振蕩電路的組成 正弦波振蕩電路由正弦波振蕩電路由放大電路、反饋電路、選頻網(wǎng)絡(luò)放大電路、反饋電路、選頻網(wǎng)絡(luò)和和穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅電路等部分組成，等部分組成，如圖所示。如圖所示。

3、 （1 1）放大電路）放大電路 具有放大信號(hào)的作用，并能將直流電能轉(zhuǎn)換成振蕩的能量。具有放大信號(hào)的作用，并能將直流電能轉(zhuǎn)換成振蕩的能量。 （2 2）反饋電路）反饋電路 將輸出信號(hào)正反饋到放大電路的輸入端，作為輸入信號(hào)，使將輸出信號(hào)正反饋到放大電路的輸入端，作為輸入信號(hào)，使電路產(chǎn)生自激振蕩。電路產(chǎn)生自激振蕩。 （3 3）選頻網(wǎng)絡(luò)）選頻網(wǎng)絡(luò) 其功能是選擇其功能是選擇某一頻率的信號(hào)某一頻率的信號(hào)f f0 0，使電路保證在，使電路保證在這一頻率下產(chǎn)生振蕩。這一頻率下產(chǎn)生振蕩。 （4 4）穩(wěn)幅電路）穩(wěn)幅電路 用于穩(wěn)定輸出用于穩(wěn)定輸出電壓的幅值，改善振蕩波形。電壓的幅值，改善振蕩波形。正弦波振蕩電路組成框

4、圖正弦波振蕩電路組成框圖5.1.15.1.1自激振蕩的形成自激振蕩的形成三、自激振蕩的建立與穩(wěn)幅三、自激振蕩的建立與穩(wěn)幅 ofofoifo)uuuu（off off ouououou 當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，反饋量等于凈輸入量。電路通電的瞬間，電路中的當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，反饋量等于凈輸入量。電路通電的瞬間，電路中的擾動(dòng)信號(hào)中包含一個(gè)叫擾動(dòng)信號(hào)中包含一個(gè)叫 的頻率，而如果電路只對(duì)頻率為的頻率，而如果電路只對(duì)頻率為 的正弦波產(chǎn)生正的正弦波產(chǎn)生正反饋過(guò)程，則輸出信號(hào)反饋過(guò)程，則輸出信號(hào) ，經(jīng)選頻后，電路把，經(jīng)選頻后，電路把 的信號(hào)輸出量衰減為零，而僅放大輸出的信號(hào)輸出量衰減為零，而僅放大輸出 的正弦波。于是

5、的正弦波。于是 越越來(lái)越大，由于管子的非線性特性，當(dāng)來(lái)越大，由于管子的非線性特性，當(dāng) 的振幅增大到一定程度時(shí)，放大倍的振幅增大到一定程度時(shí)，放大倍數(shù)將減?。ǚ€(wěn)幅），因此，數(shù)將減?。ǚ€(wěn)幅），因此， 不會(huì)不會(huì)無(wú)限制地增大，當(dāng)無(wú)限制地增大，當(dāng) 增大一定數(shù)值時(shí)，增大一定數(shù)值時(shí)，電路達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。電路達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。5.1.2 5.1.2 自激振蕩產(chǎn)生的條件自激振蕩產(chǎn)生的條件 自激振蕩電路的任務(wù)是，第一要能夠產(chǎn)生振蕩，第二要能夠維持振蕩自激振蕩電路的任務(wù)是，第一要能夠產(chǎn)生振蕩，第二要能夠維持振蕩持續(xù)不停，持續(xù)不停，即不僅要相位相同，而且要振幅相等即不僅要相位相同，而且要振幅相等。 一、相位平衡條件一、相位

6、平衡條件 由于電路存在電抗元件，放大電路和反饋電路都會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生一定的由于電路存在電抗元件，放大電路和反饋電路都會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生一定的相移。因此，要維持振蕩，電路必須是正反饋，其條件是相移。因此，要維持振蕩，電路必須是正反饋，其條件是0），3210(2nnFA或或 相位平衡條件說(shuō)明，反饋電壓的相位與凈輸入電壓的相位必須相同，相位平衡條件說(shuō)明，反饋電壓的相位與凈輸入電壓的相位必須相同，即反饋回路必須是正反饋。即反饋回路必須是正反饋。 5.1.2 5.1.2 自激振蕩產(chǎn)生的條件自激振蕩產(chǎn)生的條件 二、振幅平衡條件二、振幅平衡條件 由放大器輸出端反饋到放大器輸入端的信號(hào)強(qiáng)度要足夠大，稱為自激由放大器輸出

7、端反饋到放大器輸入端的信號(hào)強(qiáng)度要足夠大，稱為自激振蕩的振幅平衡條件。即振蕩的振幅平衡條件。即 AFAF11 振幅平衡條件說(shuō)明，要維持等幅振蕩，反饋電壓的大小必須等于凈輸振幅平衡條件說(shuō)明，要維持等幅振蕩，反饋電壓的大小必須等于凈輸入電壓的大小，即入電壓的大小，即 。ifuu 能識(shí)別能識(shí)別RCRC、LC LC 和石英晶體振蕩電路；和石英晶體振蕩電路；了解對(duì)了解對(duì)RC RC 和和LC LC 振蕩電路的要要求；振蕩電路的要要求；會(huì)會(huì)用相位平衡條件判斷用相位平衡條件判斷LC LC 振蕩電路是否振蕩；振蕩電路是否振蕩；了解了解LC LC 振蕩電路振蕩頻率的計(jì)算公式；振蕩電路振蕩頻率的計(jì)算公式；通過(guò)實(shí)訓(xùn)掌握

8、通過(guò)實(shí)訓(xùn)掌握RCRC正弦波振蕩電路的電路組成和振蕩條正弦波振蕩電路的電路組成和振蕩條件。件。5.2.1 5.2.1 RC RC 橋式振蕩電路橋式振蕩電路一、一、RC RC 網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)C21oRf RC RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)及其特性曲線如圖所示，當(dāng)輸入信號(hào)的串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)及其特性曲線如圖所示，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率頻率 等于等于RC RC 網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率 時(shí)，時(shí)，輸出電壓輸出電壓 幅度最大，為幅度最大，為 。其輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間其輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的相移的相移 。在其他頻率時(shí)，。在其他頻率時(shí)，輸出電壓幅度輸出電壓幅度衰減衰減很快，并存很快，并存在一定的相移，所以

9、在一定的相移，所以RC RC 串并聯(lián)串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性。網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性。 諧振頻率諧振頻率 取決于選頻網(wǎng)絡(luò)取決于選頻網(wǎng)絡(luò)R R、C C元件的數(shù)值，計(jì)算公為：元件的數(shù)值，計(jì)算公為：fofou3/iU0Fof5.2.1 5.2.1 RC RC 橋式振蕩電路橋式振蕩電路二、二、RC RC 橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路 1. 1. 電路組成電路組成 RC RC 橋式振蕩電路又叫文氏電橋振蕩電路，橋式振蕩電路又叫文氏電橋振蕩電路， 串聯(lián)電路串聯(lián)電路 并聯(lián)電路正好構(gòu)成電橋的四個(gè)橋臂，故稱為并聯(lián)電路正好構(gòu)成電橋的四個(gè)橋臂，故稱為RC RC 橋式振蕩電路。如圖所示。橋式振蕩電路。如圖所示。114

10、3CRRR、22CRRC橋式振蕩電路橋式振蕩電路 （1 1）相位條件）相位條件 同相放大器的輸入與輸出信號(hào)相位差為同相放大器的輸入與輸出信號(hào)相位差為 ，RCRC串并聯(lián)串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的相選頻網(wǎng)絡(luò)的相移移也為也為 ，滿足正弦波振蕩的相位平衡條件。，滿足正弦波振蕩的相位平衡條件。005.2.1 5.2.1 RC RC 橋式振蕩電路橋式振蕩電路二、二、RC RC 橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路 2. 2. 振蕩原理振蕩原理 CCCRRR2121， （3 3）振蕩頻率）振蕩頻率 只要滿足了相位和振幅條件，振蕩電路就可以振蕩輸出信號(hào)。只要滿足了相位和振幅條件，振蕩電路就可以振蕩輸出信號(hào)。RC RC

11、選頻回選頻回路通常情況下選取路通常情況下選取 ，則振蕩頻率為，則振蕩頻率為C210Rf （2 2）振幅條件）振幅條件 因?yàn)橐驗(yàn)?時(shí)，時(shí)， 選頻網(wǎng)絡(luò)發(fā)生諧振，這時(shí)選頻網(wǎng)絡(luò)發(fā)生諧振，這時(shí) 選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)反饋系數(shù)反饋系數(shù)F F =1/3=1/3。同相放大器加入了。同相放大器加入了 支路，放大器的放大倍支路，放大器的放大倍數(shù)數(shù) ，當(dāng)，當(dāng) 的取值的取值滿足滿足 時(shí)，時(shí)，A A 33，振蕩電路就滿，振蕩電路就滿足振蕩的振幅平衡條件足振蕩的振幅平衡條件AF AF 11。0ff 43RR34/1RRARCRC43RR 和4R32R5.2.2 5.2.2 LC LC 振蕩電路振蕩電路一、一、LCLC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的

12、選頻特性并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性 LCLC振蕩電路采用振蕩電路采用LCLC并聯(lián)諧振電路作選頻網(wǎng)絡(luò)，如圖所示，其中并聯(lián)諧振電路作選頻網(wǎng)絡(luò)，如圖所示，其中 表示電表示電感和電容的等效損耗電阻。感和電容的等效損耗電阻。 由于電感、電容對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)呈現(xiàn)由于電感、電容對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)呈現(xiàn)不同的阻抗，在信號(hào)頻率不同的阻抗，在信號(hào)頻率 較低時(shí)，電容的容抗很較低時(shí)，電容的容抗很大，網(wǎng)絡(luò)呈感性；在信號(hào)頻率大，網(wǎng)絡(luò)呈感性；在信號(hào)頻率 較高時(shí)，網(wǎng)絡(luò)呈容較高時(shí)，網(wǎng)絡(luò)呈容性；只有當(dāng)性；只有當(dāng) 時(shí)，網(wǎng)絡(luò)才呈阻性，其阻抗無(wú)窮時(shí)，網(wǎng)絡(luò)才呈阻性，其阻抗無(wú)窮大，相移。大，相移。LCLC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率為并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率

13、為R LCLC并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)ff0ff LCf21005.2.2 5.2.2 LC LC 振蕩電路振蕩電路二、二、變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路1. 1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 電路如圖所示，圖中采用分電路如圖所示，圖中采用分壓式負(fù)反饋偏置的共射極電路。壓式負(fù)反饋偏置的共射極電路。變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路5.2.2 5.2.2 LC LC 振蕩電路振蕩電路二、二、變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路 2. 2. 振蕩原理振蕩原理 （2 2）相位條件相位條件 為了使振蕩電路自激振蕩，必須正確連接反饋繞組為了使振蕩電路自激振蕩，必須正確連接反饋繞組 的的極性，使

14、之符合正反饋的要求，滿足相位平衡條件。極性，使之符合正反饋的要求，滿足相位平衡條件。判斷電路是否滿足相位條件通常采用瞬時(shí)極性法，具體判斷步驟如下。判斷電路是否滿足相位條件通常采用瞬時(shí)極性法，具體判斷步驟如下。 斷開(kāi)反饋支路與放大電路輸入端的連接點(diǎn)；斷開(kāi)反饋支路與放大電路輸入端的連接點(diǎn)； 在斷點(diǎn)處的放大電路輸入端引入信號(hào)在斷點(diǎn)處的放大電路輸入端引入信號(hào) ，并設(shè)其極性對(duì)地為正，然后，并設(shè)其極性對(duì)地為正，然后按照先放大支路，后反饋支路的順序，逐次推斷有關(guān)電路各點(diǎn)的電位極性，按照先放大支路，后反饋支路的順序，逐次推斷有關(guān)電路各點(diǎn)的電位極性，從而確定從而確定 和和 的相位關(guān)系。的相位關(guān)系。 如果如果 和

15、和 同相，則電路滿足相位平衡條件。同相，則電路滿足相位平衡條件。2LiuiufuiufuCL1CLf1021CL1 （3 3）振蕩頻率振蕩頻率 圖中圖中 并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)接在集電極，能選擇振蕩頻率，使網(wǎng)絡(luò)接在集電極，能選擇振蕩頻率，使得電路在諧振頻率處有振蕩電壓輸出。得電路在諧振頻率處有振蕩電壓輸出。其振蕩頻率為其振蕩頻率為 若要求振蕩頻率若要求振蕩頻率f fo o可調(diào)，可將可調(diào)，可將 回回路中的電容采用可變電容，調(diào)節(jié)可變電容路中的電容采用可變電容，調(diào)節(jié)可變電容的電容量也就調(diào)節(jié)了的電容量也就調(diào)節(jié)了 。0f （1 1）振幅條件振幅條件 只要三極管的電流放大倍數(shù)只要三極管的電流放大倍數(shù) 及及

16、的匝數(shù)比合適，的匝數(shù)比合適，一般情況下，幅度平衡條件容易滿足。一般情況下，幅度平衡條件容易滿足。21LL和三、電感三點(diǎn)式振蕩電路三、電感三點(diǎn)式振蕩電路5.2.2 5.2.2 LC LC 振蕩電路振蕩電路1. 1. 電路組成電路組成電感三點(diǎn)式振蕩電路原理圖及簡(jiǎn)化的交流通路，如圖所示。電感三點(diǎn)式振蕩電路原理圖及簡(jiǎn)化的交流通路，如圖所示。三、電感三點(diǎn)式振蕩電路三、電感三點(diǎn)式振蕩電路5.2.2 5.2.2 LC LC 振蕩電路振蕩電路 2. 2. 振蕩原理振蕩原理 與前述相同，采用瞬時(shí)極性法判斷。改變線圈的抽頭，可以調(diào)節(jié)反饋與前述相同，采用瞬時(shí)極性法判斷。改變線圈的抽頭，可以調(diào)節(jié)反饋量的強(qiáng)度，使電路滿

17、足振幅條件，就能振蕩并產(chǎn)生一定頻率的正弦信號(hào)。量的強(qiáng)度，使電路滿足振幅條件，就能振蕩并產(chǎn)生一定頻率的正弦信號(hào)。三、電感三點(diǎn)式振蕩電路三、電感三點(diǎn)式振蕩電路5.2.2 5.2.2 LC LC 振蕩電路振蕩電路3. 3. 振蕩頻率振蕩頻率 電路的振蕩頻率等于電路的振蕩頻率等于LCLC并聯(lián)電路的諧振頻率，即并聯(lián)電路的諧振頻率，即LCf210四、電容三點(diǎn)式振蕩電路四、電容三點(diǎn)式振蕩電路5.2.2 5.2.2 LC LC 振蕩電路振蕩電路1. 1. 電路組成電路組成如圖所示電容三點(diǎn)式振蕩電路的原理圖及交流通路。如圖所示電容三點(diǎn)式振蕩電路的原理圖及交流通路。四、電容三點(diǎn)式振蕩電路四、電容三點(diǎn)式振蕩電路5.

18、2.2 5.2.2 LC LC 振蕩電路振蕩電路 2. 2. 振蕩原理振蕩原理 與前述相同，采用瞬時(shí)極性法判斷。適當(dāng)選擇與前述相同，采用瞬時(shí)極性法判斷。適當(dāng)選擇 的數(shù)值，就能的數(shù)值，就能滿足振幅平衡條件使電路起振。滿足振幅平衡條件使電路起振。 21CC 和四、電容三點(diǎn)式振蕩電路四、電容三點(diǎn)式振蕩電路5.2.2 5.2.2 LC LC 振蕩電路振蕩電路3. 3. 振蕩頻率振蕩頻率 電路的振蕩頻率等于電路的振蕩頻率等于LCLC并聯(lián)電路的諧振頻率，即并聯(lián)電路的諧振頻率，即LCf210一、石英晶體諧振電路的結(jié)構(gòu)一、石英晶體諧振電路的結(jié)構(gòu) 5.2.3 5.2.3 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路 石英諧

19、振電路是從石英諧振電路是從一塊石英晶體上按一定一塊石英晶體上按一定方位角切下的薄片（稱方位角切下的薄片（稱為晶片），再在晶片的為晶片），再在晶片的對(duì)應(yīng)表面鍍上銀，引出對(duì)應(yīng)表面鍍上銀，引出兩個(gè)電極，加上外殼封兩個(gè)電極，加上外殼封裝而成。如圖所示。裝而成。如圖所示。二、石英晶體諧振器的壓電效應(yīng)二、石英晶體諧振器的壓電效應(yīng)5.2.3 5.2.3 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路 如果在石英晶片兩個(gè)極板間加一個(gè)交變電壓（電場(chǎng)），晶片就會(huì)產(chǎn)生如果在石英晶片兩個(gè)極板間加一個(gè)交變電壓（電場(chǎng)），晶片就會(huì)產(chǎn)生與該交變電壓頻率相似的機(jī)械振動(dòng)。而晶片的機(jī)械振動(dòng)，又會(huì)在其兩個(gè)電與該交變電壓頻率相似的機(jī)械振動(dòng)。而晶片的

20、機(jī)械振動(dòng)，又會(huì)在其兩個(gè)電極之間產(chǎn)生一個(gè)交變電場(chǎng)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。在一般情況下，這種極之間產(chǎn)生一個(gè)交變電場(chǎng)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。在一般情況下，這種機(jī)械振動(dòng)和交變電場(chǎng)的振幅是及其微小的，只有在外加交變電壓的頻率與機(jī)械振動(dòng)和交變電場(chǎng)的振幅是及其微小的，只有在外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率相同時(shí)，振幅才會(huì)急劇增大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。石晶片的固有頻率相同時(shí)，振幅才會(huì)急劇增大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。石英晶片的諧振頻率取決于晶片的切割方式、幾何形狀和尺寸。由于晶片的英晶片的諧振頻率取決于晶片的切割方式、幾何形狀和尺寸。由于晶片的物理和化學(xué)性能都十分穩(wěn)定，因而諧振頻率十分穩(wěn)定。物理和化學(xué)性能都十分穩(wěn)定，因而諧振頻率十分穩(wěn)定。5.2.3 5.2.3 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路三、石英晶體諧振器的等效電路三、石英晶體諧振器的等效電路 石英晶體的壓電諧振等石英晶體的壓電諧振等效電路和效電路和LCLC諧振回路十分相諧振回路十分相似，其等效電路及電抗似，其等效電路及電抗- -頻頻率特性曲