勞動(dòng)版電子課件-《電子技術(shù)基礎(chǔ)(第六版)》第四章-正弦波振蕩電路完整

第四章正弦波振蕩電路§4-1§4-2§4-3§4-4正弦波振蕩電路的基本概念LC正弦波振蕩電路RC正弦波振蕩電路石英晶體振蕩電路第四章正弦波振蕩電路§4-1正弦波振蕩電路的基本概念學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解自激振蕩電路的基本組成，熟悉各組成部分的作用。2.理解自激振蕩電路能夠起振并維持振蕩的相位條件和幅度條件。第四章正弦波振蕩電路一、自激振蕩電路的基本組成和作用1.基本組成正弦波振蕩電路的基本組成一個(gè)正弦波振蕩電路應(yīng)當(dāng)包括基本放大電路、正反饋電路、選頻電路和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個(gè)基本組成部分，它依靠電路內(nèi)部的自激振蕩產(chǎn)生正弦波輸出電壓。第四章正弦波振蕩電路2.各部分的作用（1）基本放大電路：保證電路有足夠的放大倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)能量控制。（2）正反饋電路：引入正反饋信號(hào)作為輸入信號(hào)，使電路產(chǎn)生自激振蕩。（3）選頻電路：確定電路的振蕩頻率，使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩。（4）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：使輸出信號(hào)的幅度穩(wěn)定。第四章正弦波振蕩電路二、自激振蕩產(chǎn)生的條件由上圖可以看出，振蕩電路在沒(méi)有外加輸入信號(hào)的情況下就有輸出信號(hào)，是因?yàn)樗梅答佇盘?hào)作為基本放大電路的輸入信號(hào)。1.幅度條件2.相位條件第四章正弦波振蕩電路三、自激振蕩的建立及穩(wěn)幅前面在討論振蕩電路的基本結(jié)構(gòu)時(shí)，是將放大電路的輸出信號(hào)通過(guò)反饋電路送到輸入端作為輸入信號(hào)才能實(shí)現(xiàn)振蕩。那么，原始的輸入信號(hào)是從哪里來(lái)的呢？其實(shí)，當(dāng)振蕩電路剛接通電源的瞬間，電路中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電沖擊，這個(gè)電沖擊激起的信號(hào)包含多種頻率成分的諧波信號(hào)，該信號(hào)可分解為多種頻率的正弦波信號(hào)，但其中只有一種頻率的信號(hào)滿足相位平衡條件，通過(guò)放大→正反饋→放大，這樣周而復(fù)始，形成循環(huán)，輸出信號(hào)逐漸由小變大，振蕩電路自行起振，而其他頻率的信號(hào)因不滿足相位平衡條件而被衰減掉。第四章正弦波振蕩電路§4-2LC正弦波振蕩電路學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解LC并聯(lián)諧振電路的選頻特性，會(huì)計(jì)算諧振頻率。2.認(rèn)識(shí)變壓器反饋式與LC三點(diǎn)式正弦波振蕩電路，判斷其是否滿足幅度條件和相位條件。3.能分析三種LC正弦波振蕩電路的工作原理。4.了解三種LC正弦波振蕩電路的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合。第四章正弦波振蕩電路一、LC并聯(lián)諧振電路的選頻特性LC并聯(lián)諧振電路如圖所示。LC并聯(lián)諧振電路第四章正弦波振蕩電路二、變壓器反饋式LC振蕩電路圖所示電路用變壓器的二次繞組N2作為反饋元件，將輸出電壓的一部分反饋到輸入端，因此稱為變壓器反饋式LC振蕩電路。變壓器反饋式LC振蕩電路第四章正弦波振蕩電路1.相位條件2.振蕩頻率從選頻放大電路的相頻特性可知，只有頻率等于LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率f0時(shí)，集電極負(fù)載才呈現(xiàn)純電阻的性質(zhì)，電路才滿足振蕩的相位平衡條件。第四章正弦波振蕩電路3.電路特點(diǎn)變壓器反饋式LC振蕩電路的特點(diǎn)如下：（1）電路起振容易。只要變壓器同名端接線正確，就容易起振。（2）頻率調(diào)節(jié)方便。采用可變電容器，可獲得一個(gè)較寬的頻率調(diào)節(jié)范圍。（3）振蕩頻率不高。由于變壓器分布參數(shù)的限制，振蕩頻率不能太高，一般小于幾十兆赫茲。（4）由于電感對(duì)高次諧波呈現(xiàn)較大的阻抗，反饋信號(hào)中高頻成分較大，使得輸出波形中高次諧波成分較多，所以輸出波形不好，頻率穩(wěn)定度也不高。第四章正弦波振蕩電路三、電感三點(diǎn)式振蕩電路圖所示為電感三點(diǎn)式振蕩電路，圖所示為其簡(jiǎn)化交流等效電路。由電感引出三個(gè)端點(diǎn)，并分別與三極管的三個(gè)電極相連，所以稱為電感三點(diǎn)式振蕩電路。由圖所示電路可以看出，R1、R2和R3為電路提供穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)，使三極管處于放大狀態(tài)，L1、L2與C構(gòu)成振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)。由圖4-7可以看出，反饋線圈用帶中間抽頭的自耦變壓器，反饋電壓取自L2兩端。在圖所示電路中，三極管工作于選頻放大狀態(tài)，只要放大電路的工作點(diǎn)合適，抽頭的位置適當(dāng)，幅度條件就能滿足。第四章正弦波振蕩電路電感三點(diǎn)式振蕩電路簡(jiǎn)化交流等效電路第四章正弦波振蕩電路1.相位條件用瞬時(shí)極性法，設(shè)基極加一個(gè)瞬時(shí)為正的信號(hào)，則集電極輸出的信號(hào)為負(fù)，LC回路諧振時(shí)另一端瞬時(shí)為正，反饋回基極的瞬時(shí)極性為正，如上圖所示。電路滿足相位條件，所以電路能夠起振。2.振蕩頻率電路的振蕩頻率等于LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率，即式中，L為電路的總電感。第四章正弦波振蕩電路3.電路特點(diǎn)電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)如下：（1）由于線圈L1與L2之間耦合很緊，因此比較容易起振。改變電感抽頭的位置，可以獲得滿意的正弦波輸出，且振蕩幅度較大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通常可以選擇反饋線圈L2的圈數(shù)為整個(gè)線圈的1/8～1/4。第四章正弦波振蕩電路四、電容三點(diǎn)式振蕩電路圖所示為電容三點(diǎn)式振蕩電路，圖所示為其簡(jiǎn)化交流等效電路。電容三點(diǎn)式振蕩電路簡(jiǎn)化交流等效電路第四章正弦波振蕩電路1.相位條件用瞬時(shí)極性法，設(shè)基極加一瞬時(shí)為正的信號(hào)，集電極輸出為負(fù)，LC回路諧振時(shí)另一端瞬時(shí)為正，反饋回基極的瞬時(shí)極性為正，與原假設(shè)信號(hào)相位相同，電路滿足相位平衡條件，所以電路能夠起振。2.振蕩頻率電路的振蕩頻率等于LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率，即式中，第四章正弦波振蕩電路3.電路特點(diǎn)電容三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)如下：（1）由于反饋電壓取自電容C2兩端，電容對(duì)高次諧波阻抗很小，反饋電壓中的高次諧波分量很小，所以輸出波形較好，頻率穩(wěn)定度較高。（2）因?yàn)殡娙軨1、C2的容量可以選擇較小，若將放大管的極間電容也計(jì)算進(jìn)去，則振蕩頻率較高，一般可以達(dá)到100MHz以上。（3）調(diào)節(jié)電容可以改變振蕩頻率，但同時(shí)會(huì)影響起振條件，故頻率調(diào)節(jié)范圍較小，因此這種電路適用于產(chǎn)生固定頻率的振蕩電路。第四章正弦波振蕩電路§4-3RC正弦波振蕩電路學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解RC串并聯(lián)電路的選頻特性，會(huì)計(jì)算諧振頻率。2.認(rèn)識(shí)RC正弦波振蕩電路，判斷其是否滿足幅度條件和相位條件。3.會(huì)分析RC正弦波振蕩電路的工作原理，會(huì)計(jì)算電路的諧振頻率。4.了解RC正弦波振蕩電路的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合。第四章正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路一般用來(lái)產(chǎn)生頻率為幾百千赫到幾百兆赫的信號(hào)。如果要產(chǎn)生幾千赫或更低頻率的信號(hào)，則L和C取值就相當(dāng)大，而大電感、大電容的制作比較困難，且成本高。下面介紹的RC正弦波振蕩電路，則顯得方便而經(jīng)濟(jì)。RC正弦波振蕩電路是利用電阻和電容組成選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路，一般用來(lái)產(chǎn)生頻率在200kHz以下的低頻正弦波信號(hào)。由于RC橋式正弦波振蕩電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，所以常被采用。下面首先介紹具有選頻特性的RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。第四章正弦波振蕩電路一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效電路第四章正弦波振蕩電路二、RC橋式振蕩電路的組成圖所示為RC橋式振蕩電路。其中，放大電路由集成運(yùn)算放大器組成（也可由分立元件所構(gòu)成的兩級(jí)放大電路組成）；R3和R4構(gòu)成負(fù)反饋電路；R1、C1和R2、C2組成串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成正反饋電路。上述兩個(gè)反饋電路正好形成電橋的四個(gè)橋臂，故稱為RC振蕩電橋。第四章正弦波振蕩電路RC橋式振蕩電路第四章正弦波振蕩電路三、振蕩頻率和起振條件1.振蕩頻率2.起振條件第四章正弦波振蕩電路四、穩(wěn)幅措施在圖上所示的RC橋式振蕩電路中，R3與R4構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，其中R3通常為具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，用以改善振蕩波形、穩(wěn)定振蕩幅度。由以上分析可見(jiàn)，負(fù)反饋電路中采用熱敏電阻后不但使RC橋式振蕩電路的起振容易，振蕩波形改善，同時(shí)還具有很好的穩(wěn)幅特性，所以，實(shí)用RC橋式振蕩電路中熱敏電阻的選擇是很重要的。第四章正弦波振蕩電路§4-4石英晶體振蕩電路學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解石英晶片的壓電效應(yīng)。2.了解石英晶體諧振器的頻率特性，掌握石英晶體諧振器的兩個(gè)諧振頻率的含義及計(jì)算方法。3.認(rèn)識(shí)石英晶體振蕩電路的兩種基本電路形式，掌握其工作原理。第四章正弦波振蕩電路一、石英晶體諧振器1.石英晶片石英是一種天然的二氧化硅晶體。經(jīng)正確切割后的石英晶片，當(dāng)在其兩側(cè)施加壓力時(shí)，晶片的兩側(cè)平面上會(huì)出現(xiàn)數(shù)量相等的正、負(fù)電荷；當(dāng)在其兩側(cè)施加拉力時(shí)，其兩側(cè)的平面上也會(huì)出現(xiàn)數(shù)量相等的正、負(fù)電荷，只是方向正好與施加壓力時(shí)相反。如果給石英晶片兩側(cè)加上直流電壓，晶片會(huì)產(chǎn)生形變，如縮??；如果改變所加直流電壓的方向，晶片也會(huì)產(chǎn)生形變，不過(guò)這時(shí)晶片將膨脹。這就是石英晶片的壓電效應(yīng)。第四章正弦波振蕩電路當(dāng)給石英晶片兩側(cè)加上交變電壓時(shí)，石英晶片會(huì)產(chǎn)生與所加交變電壓相同頻率的機(jī)械振動(dòng)，但是這種振動(dòng)的幅度一般很小；但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，石英