第0506章振蕩電路與高頻電路

1、第一節(jié)第一節(jié)RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第二節(jié)第二節(jié) LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第三節(jié)第三節(jié) 石英晶體石英晶體正弦波振蕩器正弦波振蕩器第四節(jié)第四節(jié) 非非正弦波振蕩器正弦波振蕩器第一節(jié)第一節(jié) RCRC正弦波振蕩器正弦波振蕩器一、一、自激振蕩的基本原理自激振蕩的基本原理二、二、 RC串并聯(lián)選頻電路串并聯(lián)選頻電路三、三、文氏橋式文氏橋式RC振蕩器振蕩器振蕩的基本概念與原理振蕩的基本概念與原理自激振蕩：自激振蕩：在電子線路中，不加輸入信號(hào)就有信號(hào)在電子線路中，不加輸入信號(hào)就有信號(hào)輸出，這種現(xiàn)象稱為自激振蕩。輸出，這種現(xiàn)象稱為自激振蕩。振蕩器：振蕩器：實(shí)現(xiàn)振蕩的電路稱為振蕩器。實(shí)現(xiàn)振蕩的電路稱為振蕩器

2、。振蕩器應(yīng)用：振蕩器應(yīng)用：超聲波診斷儀、各種電療機(jī)等都應(yīng)用超聲波診斷儀、各種電療機(jī)等都應(yīng)用了振蕩器。利用振蕩可以產(chǎn)生不同波形和不同頻率了振蕩器。利用振蕩可以產(chǎn)生不同波形和不同頻率的交變電壓的交變電壓.振蕩器分類：振蕩器分類：正弦波振蕩器，非正弦波振蕩器正弦波振蕩器，非正弦波振蕩器擴(kuò)音機(jī)揚(yáng)聲器話筒 自激振蕩現(xiàn)象：自激振蕩現(xiàn)象：擴(kuò)音系統(tǒng)擴(kuò)音系統(tǒng)在使用中有時(shí)會(huì)發(fā)出刺耳的嘯在使用中有時(shí)會(huì)發(fā)出刺耳的嘯叫聲。叫聲。自激振蕩自激振蕩fidXXX-=改成正反饋改成正反饋只有正反饋電路才能產(chǎn)生只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。自激振蕩。基本放大基本放大電路電路A反饋電路反饋電路FiX+ dXoXfX一、一、正弦波

3、振蕩器的基本原理正弦波振蕩器的基本原理+Ui Uo Uf Ui= Uf如果：如果：,ifXX則去掉則去掉,iX仍有信號(hào)輸出。仍有信號(hào)輸出?；痉糯蠡痉糯箅娐冯娐稟反饋電路反饋電路FdXoXfX反饋信號(hào)代替了放大反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)。電路的輸入信號(hào)?；痉糯蠡痉糯箅娐冯娐稟反饋電路反饋電路FiX+ +dXoXfXXd=Xf), 3 , 2 , 1 , 0(=n(1)(1)相位相位平衡平衡條件：反饋信號(hào)條件：反饋信號(hào)uf與輸入信號(hào)與輸入信號(hào)ui同相同相位，即位，即uf與與ui的相位差的相位差 應(yīng)為應(yīng)為 2n= (2)(2)幅度平衡條件：反饋信號(hào)幅度平衡條件：反饋信號(hào)uf應(yīng)大于或等于

4、輸入應(yīng)大于或等于輸入信號(hào)信號(hào)ui , ,即即因?yàn)橐驗(yàn)閷⒃撌酱肷鲜降脤⒃撌酱肷鲜降胦fFuu =iuouAu =iuofuFAFuu=1uFAfuiu，而，而，要產(chǎn)生自激振蕩，必須具備兩個(gè)基本條件：要產(chǎn)生自激振蕩，必須具備兩個(gè)基本條件：電路器件內(nèi)部噪聲。電路器件內(nèi)部噪聲。 振蕩電路中的選頻網(wǎng)絡(luò)，只使噪聲中某一頻率振蕩電路中的選頻網(wǎng)絡(luò)，只使噪聲中某一頻率 0 滿足相位平衡條件，形成正反饋，成為振蕩電路滿足相位平衡條件，形成正反饋，成為振蕩電路的輸出信號(hào)；而其它頻率的信號(hào)，則不滿足相位平的輸出信號(hào)；而其它頻率的信號(hào)，則不滿足相位平衡條件，逐漸被抑制掉。衡條件，逐漸被抑制掉。2.2.正弦波振蕩器的

5、基本組成正弦波振蕩器的基本組成 正弦波振蕩器一般由三個(gè)基本部分組成正弦波振蕩器一般由三個(gè)基本部分組成: : 基本放大器、正反饋電路、選頻和穩(wěn)幅電路基本放大器、正反饋電路、選頻和穩(wěn)幅電路。 選頻電路選頻電路（frequency selective circuit）: 為了獲得單一頻率的正弦波，振蕩電路還必須為了獲得單一頻率的正弦波，振蕩電路還必須具有選頻作用的電路。具有選頻作用的電路。RC正弦波振蕩器、正弦波振蕩器、LC正弦波振蕩器、正弦波振蕩器、石英晶體正弦波振蕩器。石英晶體正弦波振蕩器。依據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)，正弦波振蕩器可劃分為：依據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)，正弦波振蕩器可劃分為：3. 3. 振蕩的建立和穩(wěn)定振蕩的

6、建立和穩(wěn)定 振蕩電路是一個(gè)閉合的正反饋系統(tǒng)，正反饋振蕩電路是一個(gè)閉合的正反饋系統(tǒng)，正反饋使整個(gè)電路的信號(hào)振幅不斷增長(zhǎng)，而放大器的非使整個(gè)電路的信號(hào)振幅不斷增長(zhǎng)，而放大器的非線性則使信號(hào)振幅減小，信號(hào)最后達(dá)到一個(gè)相對(duì)線性則使信號(hào)振幅減小，信號(hào)最后達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的幅度，從而形成一定幅度的穩(wěn)定振蕩。穩(wěn)定的幅度，從而形成一定幅度的穩(wěn)定振蕩。起振起振穩(wěn)幅穩(wěn)幅二、二、RC串并聯(lián)選頻電路串并聯(lián)選頻電路 圖圖(c)(c)是是uo與與 ui的相位差的相位差 隨頻率變化的曲隨頻率變化的曲線，稱為相頻特性。由圖可知：在一個(gè)適當(dāng)?shù)木€，稱為相頻特性。由圖可知：在一個(gè)適當(dāng)?shù)闹虚g頻率中間頻率f0處，輸出電壓與輸入電壓同相

7、位處，輸出電壓與輸入電壓同相位。 圖圖(b)(b)是是電壓傳輸系數(shù)電壓傳輸系數(shù) Tf隨頻率變化隨頻率變化的曲線，稱為的曲線，稱為幅頻特性。幅頻特性。 RC串并聯(lián)選頻電路由一個(gè)串并聯(lián)選頻電路由一個(gè)R1C1串聯(lián)電路與串聯(lián)電路與一個(gè)一個(gè)R2C2并聯(lián)電路構(gòu)成。并聯(lián)電路構(gòu)成。 R1C1 串聯(lián)阻抗：串聯(lián)阻抗：R2C2 并聯(lián)阻抗：并聯(lián)阻抗：R1C1R2C2uiuo111j1CRZ=22222222j1j1j1CRRCRCRZ=選頻特性：選頻特性：RC串并聯(lián)電路的電壓傳輸系數(shù)為串并聯(lián)電路的電壓傳輸系數(shù)為: :在在 、 的條件下，上式變?yōu)榈臈l件下，上式變?yōu)?時(shí)，相移為時(shí)，相移為0 0。此時(shí)。此時(shí), ,當(dāng)當(dāng)振蕩頻

8、率振蕩頻率: : 22211222212iofj1j1j1CRRCRCRRZZZUUT=)1( j31fRCRCT-=RCRC001=RCf=21031f=TRRR=21CCC=21F310f0fFf0f09090RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性 當(dāng)當(dāng) f f= =f f0 0時(shí)時(shí), , 電壓傳輸系數(shù)最大電壓傳輸系數(shù)最大, , 其值為其值為: : T Tf f=1/3=1/3, , 相角為零相角為零, , 即即F F=0=0。 此時(shí)此時(shí), , 輸出輸出 電壓與輸入電壓同相位。電壓與輸入電壓同相位。 當(dāng)當(dāng)f ff f0 0時(shí)時(shí), , T Tf f1/32R2R1 1, , 使使A3,A3,易起振。易起振

9、。當(dāng)當(dāng)u uo o幅度自激增長(zhǎng)幅度自激增長(zhǎng)達(dá)某一值時(shí)，達(dá)某一值時(shí)， R RT T=2R=2R1 1，A=3A=3。當(dāng)當(dāng)u uo o進(jìn)一步增大時(shí)，進(jìn)一步增大時(shí)， R RT T2R2R1 1 , ,使使A3A3。因此因此u uo o幅度自動(dòng)穩(wěn)幅度自動(dòng)穩(wěn)定于某一幅值定于某一幅值。_+ + RTRCRCR1T uo11ioTRuuRR=電子琴的振蕩電路：電子琴的振蕩電路：_+ + RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R22112CRR=0f2121RRF=12345176功率放功率放大器大器可調(diào)可調(diào)第二節(jié)第二節(jié)LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器二、電感三點(diǎn)式振

10、蕩器二、電感三點(diǎn)式振蕩器一、變壓器反饋式振蕩器一、變壓器反饋式振蕩器三、電容三點(diǎn)式振蕩器三、電容三點(diǎn)式振蕩器一、變壓器反饋式振蕩器一、變壓器反饋式振蕩器 電感線圈電感線圈L與電容與電容C組成并聯(lián)諧振回路，作為組成并聯(lián)諧振回路，作為晶體三極管的集電極負(fù)載，起選頻作用。晶體三極管的集電極負(fù)載，起選頻作用。 滿足相位平衡條件：滿足相位平衡條件：三極管共射放大器三極管共射放大器: :利用互感線圈同名端：利用互感線圈同名端：0A180= 0F180= 0FA360= 振蕩頻率振蕩頻率: :LCf=210適用于頻率約為幾十適用于頻率約為幾十kHz到幾到幾MHz的情況。的情況。 二、電感三點(diǎn)式振蕩器二、電感

11、三點(diǎn)式振蕩器 并聯(lián)諧振回路的電感線圈的三個(gè)端點(diǎn)分別并聯(lián)諧振回路的電感線圈的三個(gè)端點(diǎn)分別與三極管的三個(gè)電極相連，所以稱為電感三點(diǎn)式振與三極管的三個(gè)電極相連，所以稱為電感三點(diǎn)式振蕩器。反饋信號(hào)蕩器。反饋信號(hào)uf 來(lái)自線圈來(lái)自線圈L2上的電壓，故又稱為上的電壓，故又稱為電感反饋式振蕩器。電感反饋式振蕩器。 LC滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件: :C+UCCTRERB1RB2CECBL1L2C1123振蕩頻率振蕩頻率: :CMLLf)2(21210式中式中 M 是線圈是線圈 L1和和 L2之間的互感系數(shù)。之間的互感系數(shù)。該電路振蕩頻率中等，一般可達(dá)到幾十該電路振蕩頻率中等，一般可達(dá)到幾十MHz。 L

12、C并聯(lián)諧振回路的電容的三個(gè)端點(diǎn)分別與三極并聯(lián)諧振回路的電容的三個(gè)端點(diǎn)分別與三極管的三個(gè)電極相連，所以稱為電容三點(diǎn)式振蕩器。管的三個(gè)電極相連，所以稱為電容三點(diǎn)式振蕩器。反饋信號(hào)反饋信號(hào)uf來(lái)自電容來(lái)自電容C2 的電壓，故又稱為電容反饋的電壓，故又稱為電容反饋式振蕩器。式振蕩器。 三、電容三點(diǎn)式振蕩器三、電容三點(diǎn)式振蕩器+UCCTRERB1RB2CECBLC1C2123滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件: :)(212121210CCCCLLCf=振蕩頻率振蕩頻率: :這種電路振蕩頻率較高，一般可達(dá)到這種電路振蕩頻率較高，一般可達(dá)到100100MHz以上。以上。 三、串聯(lián)型晶體振蕩器三、串聯(lián)型晶體振

13、蕩器第三節(jié)石英晶體正弦波振蕩器第三節(jié)石英晶體正弦波振蕩器一、石英晶體的結(jié)構(gòu)和電特性一、石英晶體的結(jié)構(gòu)和電特性二、并聯(lián)型晶體振蕩器二、并聯(lián)型晶體振蕩器化學(xué)成分：化學(xué)成分：SiO2石英晶體結(jié)構(gòu)石英晶體結(jié)構(gòu): :晶片晶片涂銀層涂銀層焊點(diǎn)焊點(diǎn)符號(hào)符號(hào): :一、石英晶體的結(jié)構(gòu)和電特性一、石英晶體的結(jié)構(gòu)和電特性極板間加電場(chǎng)極板間加電場(chǎng)極板間加機(jī)械力極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場(chǎng)晶體產(chǎn)生電場(chǎng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)：交變電壓交變電壓機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)交變電壓交變電壓機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高。機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高。當(dāng)交變電壓頻率當(dāng)交變電壓頻率 = 固有頻率時(shí)，

14、振幅最大固有頻率時(shí)，振幅最大 壓電諧振壓電諧振基本特性基本特性: :石英晶體的壓電諧振：石英晶體的壓電諧振： 石英晶體利用壓電效應(yīng)產(chǎn)生壓電諧振，即當(dāng)石英晶體利用壓電效應(yīng)產(chǎn)生壓電諧振，即當(dāng)外加交變電場(chǎng)的頻率與石英晶體機(jī)械振動(dòng)的固有外加交變電場(chǎng)的頻率與石英晶體機(jī)械振動(dòng)的固有頻率相同時(shí)，石英晶體機(jī)械振動(dòng)的幅度達(dá)到最大。頻率相同時(shí)，石英晶體機(jī)械振動(dòng)的幅度達(dá)到最大。這種現(xiàn)象與這種現(xiàn)象與LC 回路的諧振十分相似。石英諧振回回路的諧振十分相似。石英諧振回路的路的Q值很大，因此，石英晶體組成振蕩器時(shí)可值很大，因此，石英晶體組成振蕩器時(shí)可獲得很高的頻率穩(wěn)定性。獲得很高的頻率穩(wěn)定性。石英晶體的電特性：石英晶體的電

15、特性： 石英晶體的電特性用圖石英晶體的電特性用圖(b)(b)所示的等效電路表示。所示的等效電路表示。圖中圖中C0是晶片與金屬極板之間構(gòu)成的靜電容，是晶片與金屬極板之間構(gòu)成的靜電容，L為石為石英諧振器的等效電感，英諧振器的等效電感，C為石英諧振器的等效電容，為石英諧振器的等效電容，R為表示晶體振動(dòng)時(shí)因磨擦損耗造成的電阻。為表示晶體振動(dòng)時(shí)因磨擦損耗造成的電阻。圖圖(c)是石英晶體的電抗頻率特性曲線：是石英晶體的電抗頻率特性曲線： 兩個(gè)諧振頻率兩個(gè)諧振頻率f1和和f2將電抗頻率特性分為三個(gè)區(qū)域：將電抗頻率特性分為三個(gè)區(qū)域：（1 1）當(dāng)外加頻率）當(dāng)外加頻率 f f1 時(shí)，電路電抗表現(xiàn)為電容性。時(shí)，電路

16、電抗表現(xiàn)為電容性。（2 2）當(dāng)）當(dāng) f1 f f2 時(shí)，電路電抗又表現(xiàn)為電容性。時(shí)，電路電抗又表現(xiàn)為電容性。晶體串聯(lián)諧振的頻率晶體串聯(lián)諧振的頻率f1為為: :晶體并聯(lián)諧振頻率晶體并聯(lián)諧振頻率f2為為: :LCf=211)(21002CCCCLf=兩個(gè)諧振頻率兩個(gè)諧振頻率越接近，石英晶體呈感性的區(qū)域越接近，石英晶體呈感性的區(qū)域（ f1 f2 ）就越窄，其選擇性就越好。就越窄，其選擇性就越好。二、并聯(lián)型晶體振蕩器二、并聯(lián)型晶體振蕩器 石英晶體以電感石英晶體以電感 L （注意：它并不是晶體的（注意：它并不是晶體的等效電感等效電感L）的形式與）的形式與C1、C2構(gòu)成構(gòu)成LC 并聯(lián)諧振回并聯(lián)諧振回路，其

17、振蕩頻率在很窄的頻率范圍內(nèi)路，其振蕩頻率在很窄的頻率范圍內(nèi) f1 f2 ，此時(shí)，此時(shí)晶體振蕩器表現(xiàn)為電感性。晶體振蕩器表現(xiàn)為電感性。三、串聯(lián)型晶體振蕩器三、串聯(lián)型晶體振蕩器 石英晶體連接在石英晶體連接在共基共基放大器放大器T1的射極與的射極與T2的射的射極跟隨器的射極之間作為極跟隨器的射極之間作為正反饋電路，工作在串聯(lián)正反饋電路，工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)，其振蕩頻率為諧振狀態(tài)，其振蕩頻率為 f1，此時(shí)晶體振蕩器表現(xiàn)，此時(shí)晶體振蕩器表現(xiàn)為電阻性。為電阻性。第一節(jié)第一節(jié) 小信號(hào)調(diào)諧放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器第四節(jié)第四節(jié) 調(diào)頻與鑒頻調(diào)頻與鑒頻第二節(jié)第二節(jié) 高頻功率放大器高頻功率放大器第三節(jié)第三節(jié) 調(diào)幅與檢波調(diào)

18、幅與檢波一、調(diào)幅的基本概念一、調(diào)幅的基本概念第三節(jié)第三節(jié) 調(diào)幅與檢波調(diào)幅與檢波二、高電平調(diào)幅電路二、高電平調(diào)幅電路三、二極管包絡(luò)檢波電路三、二極管包絡(luò)檢波電路 調(diào)幅波中各個(gè)波的峰點(diǎn)連調(diào)幅波中各個(gè)波的峰點(diǎn)連線（正弦虛線）稱包絡(luò)線，其線（正弦虛線）稱包絡(luò)線，其形狀和頻率與調(diào)制信號(hào)相同。形狀和頻率與調(diào)制信號(hào)相同。一、一、調(diào)幅的基本概念調(diào)幅的基本概念(a)(a)為低頻正弦調(diào)制信號(hào)；為低頻正弦調(diào)制信號(hào)；(b)(b)為高頻載波信號(hào)；為高頻載波信號(hào)；(c)(c)為為“攜帶攜帶”低頻調(diào)制信號(hào)的低頻調(diào)制信號(hào)的調(diào)幅波。調(diào)幅波。 超聲診斷儀中的超聲回超聲診斷儀中的超聲回波調(diào)幅信號(hào)，其載波為波調(diào)幅信號(hào)，其載波為2.52.57.5MHz7.5MHz的高頻正弦波，而調(diào)制的高頻正弦波，而調(diào)制信號(hào)是反映界面位置的脈沖。信號(hào)是反映界面位置的脈沖。 阻抗血流儀中的高頻調(diào)幅波，其載波為阻抗血流儀中的高頻調(diào)幅波，其載波為3050kHz3050kHz的正弦波或矩形波，而調(diào)制信號(hào)則為隨的正弦波或矩形波，而調(diào)制信號(hào)則為隨血流搏動(dòng)的血管容積變化的阻抗電信號(hào)。血流搏動(dòng)的血管容積變化的阻抗電信號(hào)。 二、二極管包絡(luò)檢波電路1.檢波檢波 從調(diào)幅波中取出其包絡(luò)。從調(diào)幅波中取出其包絡(luò)。2.電路組成電路組成 高頻輸入電路、非線性元件、高頻濾波電路。高頻輸入電路、非線性元件、高頻濾波電路。三、鑒頻電路三、鑒頻電路第四節(jié)第四節(jié) 調(diào)頻與鑒頻調(diào)頻與