2014《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第四版 中國勞動(dòng)與社會(huì)保障出版社 ）教案：第四章

1、41 正弦波振蕩電路的根本原理來看一個(gè)在卡拉OK中常見的現(xiàn)象嘯叫 聲音經(jīng)話筒拾音、功放擴(kuò)音后從音箱發(fā)出，再經(jīng)空間傳播重新進(jìn)入話筒、再被放大從音箱出來、再次進(jìn)入話筒形成循環(huán)。 類似于嘯叫現(xiàn)象：當(dāng)開關(guān)轉(zhuǎn)接到2時(shí)就構(gòu)成了振蕩電路一. 自激振蕩電路的基本組成要形成振蕩, 電路中必須包含以下組成部分: 放大器; 正反饋網(wǎng)絡(luò); 選頻網(wǎng)絡(luò)。基本放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)這包含著兩層含義: （） 反饋信號(hào)與輸入信號(hào)大小相等, 表示 即: （） 反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相位相同, 表示輸入信號(hào)經(jīng)過放大 電路產(chǎn)生的相移A和反饋網(wǎng)絡(luò)的相移F之和為0, 2, 4, , 2n, 即 A+F=2n(n=0, 1, 2, 3, ) 由此可

2、見, 自激振蕩形成的基本條件是反饋信號(hào)與輸入信號(hào)大小相等、相位相同, 即 , 而 可得:.1=FA.Uf iU.=.振幅平衡條件相位平衡條件 . 正弦波振蕩的形成過程 放大電路在接通電源的瞬間, 隨著電源電壓由零開始的突然增大, 電路受到擾動(dòng), 在放大器的輸入端產(chǎn)生一個(gè)微弱的擾動(dòng)電壓ui, 經(jīng)放大器放大、 正反響, 再放大、再反響, 如此反復(fù)循環(huán), 輸出信號(hào)的幅度很快增加。這個(gè)擾動(dòng)電壓包括從低頻到甚高頻的各種頻率的諧波成分。為了能得到我們所需要頻率的正弦波信號(hào), 必須增加選頻網(wǎng)絡(luò), 只有在選頻網(wǎng)絡(luò)中心頻率上的信號(hào)能通過, 其他頻率的信號(hào)被抑制, 在輸出端就會(huì)得到如圖的ab段所示的起振波形。 那

3、么, 振蕩電路在起振以后, 振蕩幅度會(huì)不會(huì)無休止地增長(zhǎng)下去了呢？這就需要增加穩(wěn)幅環(huán)節(jié), 當(dāng)振蕩電路的輸出到達(dá)一定幅度后, 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)就會(huì)使輸出減小, 維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的穩(wěn)幅振蕩, 如圖的bc段所示。 也就是說, 在振蕩建立的初期, 必須使反響信號(hào)大于原輸入信號(hào), 反響信號(hào)一次比一次大, 才能使振蕩幅度逐漸增大; 當(dāng)振蕩建立后, 還必須使反響信號(hào)等于原輸入信號(hào), 才能使建立的振蕩得以維持下去。42 LC 正弦波振蕩電路先看看是否為正反響變壓器反響式LC 振蕩電路 電路如圖選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)是正反響看看是否滿足條件1 相位平衡條件。 為了滿足相位平衡條件, 變壓器初次級(jí)之間的同名端必須正確連接，電路振

4、蕩時(shí), f=f0, LC回路的諧振阻抗是純電阻性, 由圖中L1及L2同名端可知, 反響信號(hào)與輸出電壓極性相反, 即F=180。 于是A+F=360,保證了電路的正反響, 滿足振蕩的相位平衡條件。 對(duì)頻率ff0的信號(hào), LC回路的阻抗不是純阻抗, 而是感性或容性阻抗。此時(shí),LC 回路對(duì)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生附加相 移, 造成F180, 那A+F360, 不能滿足相位平衡條件, 電路也不可能產(chǎn)生 振蕩。 由此可見, LC振蕩電路只有在f=f0 這個(gè)頻率上, 才有可能振蕩。（2） 幅度條件。 為了滿足幅度條件AF1, 對(duì)晶體管的值有一定要求。一般只要值較大, 就能滿足振幅平衡條件。反饋線圈匝數(shù)越多, 耦合越強(qiáng),

5、 電路越容易起振。 電路優(yōu)缺點(diǎn) (1) 易起振, 輸出電壓較大。 由于采用變壓器耦合, 易滿 足阻抗匹配的要求。 (2) 調(diào)頻方便。 一般在LC回路中采用接入可變電容器的方 法來實(shí)現(xiàn), 調(diào)頻范圍較寬, 工作頻率通常在幾兆赫左右 (3) 輸出波形不理想。 由于反響電壓取自電感兩端, 它對(duì)高 次諧波的阻抗大, 反響也強(qiáng), 因此在輸出波形中含有較 多高次諧波成分。 RC正弦波振蕩電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 性能可靠, 用來產(chǎn)生幾兆赫茲以下的低頻信號(hào), 常用的RC振蕩電路有RC橋式振蕩電路和移相式振蕩電路。 1. RC橋式振蕩電路43 RC振蕩電路二、 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)由R2和C2并聯(lián)后與

6、R1和C1串聯(lián)組成, 如下圖。 當(dāng)f=f0時(shí),電壓傳輸系數(shù)最大,其值為: F=1/3, 相角為零, 即F=0。此時(shí), 輸出電壓與輸入電壓同相位。當(dāng)ff0時(shí), F1/3, 且F0, 此時(shí)輸出電壓的相位滯后或超前于輸入電壓。由以上分析可知: RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)只在 f=f0=1/2RC 時(shí), 輸出幅度最大, 而且輸出電壓與輸入電壓同相, 即相位移為零。所以, RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性。 44 石英晶體振蕩電路一、 石英晶體的特點(diǎn) 石英晶體諧振器是晶振電路的核心元件, 其結(jié)構(gòu)和外形如圖所示。一、 石英晶體的特點(diǎn) 石英晶體諧振 器是從一塊石英晶體上按確定的方位角切下的薄片, 這種晶片可以是正方形、矩形或

7、圓形、 音叉形的, 然后將晶片的兩個(gè)對(duì)應(yīng)表面上涂敷銀層, 并裝上一對(duì)金屬板, 接出引線, 封裝于金屬殼內(nèi)。 為什么石英晶體能作為一個(gè)諧振回路, 而且具有極高的頻率穩(wěn)定度呢？這要從石英晶體的固有特性來進(jìn)行分析。 物理學(xué)的研究說明, 當(dāng)石英晶體受到交變電場(chǎng)作用時(shí), 即在兩極板上加以交流電壓, 石英晶體便會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。 反過來, 假設(shè)對(duì)石英晶體施加周期性機(jī)械力, 使其發(fā)生振動(dòng), 那么又會(huì)在晶體外表出現(xiàn)相應(yīng)的交變電場(chǎng)和電荷, 即在極板上有交變電壓。當(dāng)外加電場(chǎng)的頻率等于晶體的固有頻率時(shí), 便會(huì)產(chǎn)生“機(jī)電共振, 振幅明顯加大, 這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。 它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。 二、石英晶體振蕩電路 石英晶體振蕩器可以歸結(jié)為兩類, 一類稱為并聯(lián)型, 另一類稱為串聯(lián)型。前者的振蕩頻率接近于fp, 后者的