第7章正弦振蕩

1、第 7 章正弦波振蕩電路例題例 71RC 振蕩電路如圖 7.1 所示，圖中R=10k，C=0.1f。（1）求振的振蕩頻率fo?(2)為保證電路起振，對 RfR1 的比值有何要求? (3)試提出穩(wěn)幅措施。解 (1)求振蕩頻率考慮到正反饋網絡有= V&fZ 2F&=V&VZ + Zo12jwRC(1 + w 2 R 2C 2 ) + j3wRC=(1)13 + j( w - wo )wow式中，wo = 1/ RC圖 7.1振的振蕩頻率是由相位平衡條件決定的，由于a0。則要求f0，故有w = wo = 1/ RC12p ´ 0.1´10-6 ´

2、10´103f = f =Hz » 159Hz0(2)對RfR1 比值的要求在振蕩頻率下，由式(1)有FVmax13需要指出的是，如果電路按振幅平衡條件 AF=1 進行設計，振蕩就不能自行建立，只有滿足 AF1 的條件，在電源接通后，由于噪聲或瞬態(tài)擾動(包含有 fo 的頻率成分)，才有可能經 AF 環(huán)路后使fo 的信號由小變大，自行起振。最后因放大器的非線性或穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的作用而使 AF=1，達到AV=1+Rf/R13振蕩。因此，要求或Rf/R12Rf/R 只能大于 2 而接近 2，太大將使輸出波形產生失真。(3)穩(wěn)幅措施要想能穩(wěn)幅，就必須使 AV 隨輸出電壓振幅上升而下降(即

3、負反饋加強)。為此，可將 R1選用具有正溫度系數的電阻(如鎢絲燈泡)，或選用具有負溫度系數的電阻 Rf（如選用熱敏電阻）。當然，也可以采用其他非線性來自動調整反饋的強弱，以維持輸出電壓恒定。1例 72電路如圖 72 所示，試用相位平衡條件哪個電路可能振蕩，哪個不能?請說明。圖 72解 圖 72 (a)電路不能振蕩。放大器從b1 到e2 的相位相差 180°，選頻網絡的相角變化范圍是90°+90°，所以不能滿足相位平衡條件 a+f2n72 (b)電路可能振蕩。放大器的相位相差 180o，選頻網絡的相位差在 0o2700 范圍內，能滿足相位平衡條件 a+f2n。例 7

4、3已知振蕩電路如圖 73(a)和(b)所示，試改電路使其滿足相位平衡振蕩條件。它們能否振蕩，若不能，如何修解三極管電路能否振蕩，首先要電路中三極管是否正常工作，再電路是否滿足相位平衡條件。對三點式 LC 振蕩電路，要求三極管發(fā)射極 e 接相同性質的電抗，基極b、集電極 c 上接的電抗與發(fā)射極e 接的電抗不同。圖 73圖 73 (a)為變壓器反饋式電路，圖中三極管基極電位 VB0V，即三極管處于截止狀態(tài)， 放大電路不能正常工作，應考慮加隔直電容 C；其次，根據變壓器同名端的規(guī)定，將右側線圈同名端改在下方，電路才能滿足相位平衡條件。修改后的電路如圖 74 所示。圖 73 (b)電路屬電容三點式電路

5、，圖中三極管發(fā)射極和集電極極性相同，由電容分壓產生的反饋量至三極管的發(fā)射極，其極性滿足相位平衡條件，但由于發(fā)射極有耦合電容 Ce2反饋量會被短路至地，因此應將Ce 去掉。修改后的電路和如圖 75 所示。圖 74例 74 某石英晶體振蕩電路如圖 76 所示。(1) 分析石英晶體的阻抗頻率特性；(2) 求電路的振蕩頻率。圖 75解 石英晶體振是利用石英晶體固有諧振頻率很的特點的正弦信號振，其頻率度很高。石英晶體等效電路有兩個諧振頻率，通?？稍谑⒕w的兩端并聯(lián)一電容以提高C0 值，而串接一小電容以校正振蕩頻率。石英晶體振基本電路有并聯(lián)圖 76圖 77晶體振和串聯(lián)晶體振兩類。前者石英晶體以并聯(lián)諧振的

6、形式出現，后者則以串聯(lián)諧振的形式出現。本例電路即為并聯(lián)諧振振。(1)石英晶體的等效電路如圖 77 所示。石英晶體的阻抗頻率特性如圖 78 所示。石英晶體有兩個諧振頻率：串聯(lián)諧振頻率fs 和并聯(lián)諧振頻率fp。它們分別為：1串聯(lián)諧振頻率 f s =2pLC1C1并聯(lián)諧振頻率 f=1 +»p2pLC2pLCCo由石英晶體阻抗頻率特性圖可知：3ffs 時，晶體呈容性；當fsffp 時，晶體呈感性；當ffp 時，晶體又呈容性。(2)由圖 76 所示電路可知，若將石英晶體視為感性，則電路本身就是一個電容三點式的 LC 振，a-180，電路振蕩頻率 fo 即為石英晶體并聯(lián)諧振頻率fp。所以，電路的

7、振蕩頻率為1Cf= f=1 +圖 78pp2pLCCo例 75結合圖 79 說明什么叫三點式振?，說明如何相位平衡條件。解 從 LC 回路引出三個端點，分別與三極管的三個電極(或的三個端子)相連的振稱為三點式振、它們常分為電容三點式和電感三點式兩類。電感三點式 LC 振蕩電路如圖 79 所示。它的 LC 并聯(lián)電路的電感線圈有首端、中間抽頭和尾端三個端點。分別與放大器件的集電極、發(fā)射極(地)和基極相連，其反饋信號是取自電感線圈L2 上的電壓，圖 79由電路理論知道，LC 并聯(lián)諧振回路在諧振時，回路電流遠比流入或流出 LC 回路的電流大得多。因此，可近似認為，電感線圈中間抽頭的瞬時電位一定在首、尾

8、兩端點的瞬時電位之間，即：若電感的中間抽頭交流接地，則首端與尾端的信號電壓相位相反；若電感的首端或尾端交流接地，則電感的其他兩個端點的信號電壓相位相同。分析圖 79 振蕩電路的相位條件，還是“斷開回路，引進輸入”，看反饋信號與輸入信號的相位是否同相。設在反饋線的點 b 處斷開，同時輸入 vb 為(+)極性信號，則三極管共發(fā)射極電路的輸出信號為()極性?？紤]到電路中的電感線圈判司抽頭交流接地，因此，3 端與 1 端的極性相反，即 vf 為(+)極性，vf 與vb 同相位，滿足相位平衡條件。例 76三點式振的交流通路如圖 710 所示。試用相位平衡條件哪個能振蕩?哪個不能?并指出能振蕩的電路屬于什

9、么類型的振解 (1) 對于圖 710（a）電容三點式和電感三點式一樣，都具有 LC 并聯(lián)電路。因此，它們的三個端點的相位關系也相似。設將反饋線點 b 處斷開，同時加入 vb 為(+)極性信號。因為電容的尾端接地，則vc1， vc2(即vf)相位相同，(+)極性，即 vb 與vf 相位相反，該電路不能振蕩。4(2)對于圖 710(b)圖 710由瞬時極性，vb 與vf 同相，滿足相位平衡條件，電路可能振蕩，屬電感三點式振蕩器。由于正反饋通過帶有電感線圈抽頭引入，L1 和L2 耦合緊，易振蕩，但振蕩波形較差。（3）對于圖 710(c)由于 vf 與vb 反相，不滿足相位平衡條件，電路不能振蕩。（4）對于圖 710(d)由于 vf 與 vb 同相，滿足相位平衡條件，屬電容三點式，電路可能振蕩。由于正反饋通過電容分壓方式引入，因電容的濾波作用，使諧波分量減小，所以波形較好。例 7.7 圖 7.11 中，已知石英晶體的標稱頻率為 1MHz，試波振蕩，為什么?如能振蕩，它屬于并聯(lián)型還是串聯(lián)型晶體振蕩電路?解 圖 7.11 中CS 對頻率為 l MHz 信號的阻抗， 遠小于從源極向場效應管看進去的輸出電阻，可視為源極接地。接于漏極和地之間的諧振回路，其諧振頻率為該電路是否可能產生正弦1f =02pLC11= 1.36MHz2p 50´10-