ch61 正弦波振荡电路
正弦波振荡器PPT课件
正弦波振荡器的调谐范围较宽，可以通过 调整电路参数实现不同频率和幅度的输出 ，满足多种应用需求。
输出纯净
易于集成
正弦波振荡器产生的波形失真小，噪声低 ，适用于对信号质量要求高的应用。
正弦波振荡器可以采用集成电路形式实现 ，减小了体积和重量，便于携带和集成到 其他系统中。
缺点
功耗较大
正弦波振荡器需要一定的功耗才 能维持稳定工作，相对于其他类
正弦波振荡器的原理和结构
总结词
正弦波振荡器是一种能够产生正弦波信号的电子装置， 其原理基于自激振荡。为了实现自激振荡，正弦波振荡 器需要满足一定的条件，包括放大倍数大于1、反馈系 数大于0且小于等于1、相位移动大于等于π弧度等。常 见的正弦波振荡器结构有RC电路、LC电路和石英晶体 振荡器等。
详细描述
LC振荡器通过调节电感器和电容器的 大小，可以产生不同频率的正弦波。 其优点是频率稳定性高，适用于产生 高频信号。
晶体振荡器
晶体振荡器利用石英晶体（一种特殊的电介质）的压电效应 产生正弦波。
晶体振荡器的振荡频率由石英晶体的固有频率决定，具有极 高的稳定性和精度。广泛应用于高精度测量和通信领域。
04 正弦波振荡器的应用领域
振荡条件的稳定性分析
• 总结词：稳定性是正弦波振荡器的关键性能指标之一，它决定了输出信号的频 率和幅度的稳定性。为了使正弦波振荡器稳定工作，需要满足一定的条件，包 括放大倍数稳定、相位移动稳定和频率稳定等。这些条件可以通过理论分析和 实验测试来验证和优化。
• 详细描述：稳定性是正弦波振荡器的关键性能指标之一，它决定了输出信号的 频率和幅度的稳定性。在实际应用中，由于受到环境因素、电路参数变化和噪 声干扰等多种因素的影响，正弦波振荡器的输出信号可能会发生频率漂移、幅 度波动等现象，影响其性能表现。因此，为了使正弦波振荡器稳定工作，需要 满足一定的条件，包括放大倍数稳定、相位移动稳定和频率稳定等。这些条件 可以通过理论分析和实验测试来验证和优化，以确保正弦波振荡器在实际应用 中的性能表现达到预期要求。
正弦波振荡电路基本原理.ppt
f02π
1 LC1C2 (C1+C2)
若C C1且C C2，则
f0
2π
1 LC
电路特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频
率固定的场合。 用LC并联回路担任选频网络的ＬＣ正弦波振器。其 振荡频率一般在１MHz以上，甚至可高达 1000MHz。
9.2.3 石英晶体振荡器 1.石英晶体的基本特点 SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。 压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系 固有频率取决于其几何尺寸，故非常稳定。
多谐电路
工作波形
输出信号周期：
T = T 1+ T 2= 0 .7 (R 1+ 2 R 2 )C
振荡频率和占空比分别为 ：
1 1.43
f
= T
R1
+2R2C
q=T1 R1 +R2 T R1 +2R2
（2）施密特触发器：
施密特触发器
工作波形
【施密特触发器的应用】 （1）将正弦波（或三角波）变换成矩形波； （2）波形的整形； （3）幅度鉴别。
33 2020/11/14
矩形波发生器
（3）延迟环节：使得两个状态均维持一定的时 间，决定振荡频率。利用RC电路实现。
电容上的波形
输出波形
35 2020/11/14
3.原理分析 （1）电容初始电压为零，设电源接通瞬间电压比较 器输出高电平 +U（Z 第一暂态），电压比较器同相 输入端的电位为
u+
fp
fs与fp值非接近。
28 2020/11/14
3.石英晶体振荡器电路类型 （1）串联型石英晶体振荡器：当石英晶体发生 串联谐振，即 f = fs
模拟电子技术课件：第23讲 正弦波振荡电路
4. 电容反馈式（电容三点式）电路
作用？
f0 2π
1 L C1C2 (C1 C2 )
若C C1且C C2，则
U i
U f
1 f0 2π LC
C
与放大电路参数无关
若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当电容减 小到一定程度时，晶体管的极间电容将并联在C1和C2上，影 响振荡频率。 特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。
清华大学 华成英 hchya@
路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。
在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：
Xo
X
' i
Xo
由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最
终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。。
1. 正弦波振荡的条件
一旦产生稳定的振荡，则 电路的输出量自维持，即
X o A FX o
A F
1
A F
1
A F 2nπ
不符合相位条件 不符合幅度条件
1)是否可用共射放大电路？ 2)是否可用共集放大电路？ 3)是否可用共基放大电路？ 4)是否可用两级共射放大电路？
输入电阻小、输出 电阻大，影响f0
可引入电压串联负反馈，使 电压放大倍数大于3，且Ri大、 Ro小，对f0影响小
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。
3. 电感反馈式电路
特点：耦合紧密，易振，振 幅大，C 用可调电容可获得 较宽范围的振荡频率。波形 较差，常含有高次谐波。
因为放大电路的输入电 阻就是它自身的负载， 故A 与F 具有相关性；若增大 N1，则 A 增大，F 减小。
由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高 次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。
正弦波振荡电路ppt课件
具有很好的选择性和频稳度。
2. 石英晶体谐振器的符号、等效电路和电抗特性
Co — 静态电容，较大
Lq — 晶体振动时的动态电感 ，很大
Cq —晶体振动时的动态电容，很小
rq — 等效摩擦损耗电阻，很小
串联谐振频率 并联谐振频率
1 fs 2 LqCq
1
fP 2
起振时，热敏电阻处于冷态，RF 阻值较大， A•u 1 RF / R1 大，
.
起振容易。U o
.
If
T RF A•u
最后达到 A•u =3，
进入平衡状态。由于运放始终线性工作，因此波形好。
例8.1.1
图示为一实用RC桥式振荡电路。（1）求f0 ；（2） 说明二极管的作用；（3）说明 RP 如何调节。
.1
因为振荡频率处，Fu 3
为满足起振振幅条件
A•uF• u
1，应使
.
Au
3
.
即 Au 1 (RF / R1 ) 3
2. 常用的RC 桥式振荡电路
参数选择：
1 f0 2RC
RF 2R1
RF 不能太大， 否则正弦波将
失真，甚至变
成方波。
稳幅措施：采用负温度系数热 敏电阻实现外稳幅。
1. 石英谐振器结构
石英是一种各向异性的结晶体，其化 学成分是SiO2 。从一块晶体上按一定的方 位角切割成的薄片称为晶片。在晶片的两 面涂上银层作为电极，电极上焊出两根引 线固定在管脚上，封装后就构成了石英晶 体谐振器。
2. 石英晶体的压电效应与谐振特性
压电效应： 电极间加电场
电极间加机械力
晶体机械变形 晶体产生电场
起振时，二极管未导通，
第4章正弦波振荡器fp 高频电子线路 课件
第四章正弦波振荡器
高频电子线路
对振荡器电路性能的要求可以归纳为以下三 点：
起振——保证振荡器接通电源后能够从无到有建立起具 保证振荡器接通电源后能够从无到有建立起具 起振 有某一固定频率的正弦波输出。 有某一固定频率的正弦波输出。 平衡——振荡器在进入稳态后能维持一个等幅连续的振 振荡器在进入稳态后能维持一个等幅连续的振 平衡 荡。 稳定——当外界因素发生变化时，电路的稳定状态不受 当外界因素发生变化时， 稳定 当外界因素发生变化时 到破坏。 到破坏。
起振过程: 起振过程
微小扰动电压： 微小扰动电压： 放大→选频 反馈 再放大→再选频 再反馈‥‥ 放大 选频→反馈 再放大 再选频 再反馈‥‥ 选频 反馈→再放大 再选频→再反馈
11
FP
第四章正弦波振荡器
高频电子线路
Pspice仿真振荡器输出波形 仿真振荡器输出波形
12
FP
第四章正弦波振荡器
高频电子线路
高频电子线路
第四章 正弦波振荡器
主要内容
概述 反馈型LC振荡原理 反馈型 振荡原理 反馈型LC振荡器 反馈型 振荡器 振荡器的频率稳定原理 高稳定度的LC振荡器 高稳定度的 振荡器 晶体振荡器
3
FP
第四章正弦波振荡器
高频电子线路
第一节 概述
一、振荡电路的功能
在没有外加输入信号的条件下， 在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电 源提供的能量转换为具有一定频率 一定波形 一定振幅 频率, 波形, 振幅的 源提供的能量转换为具有一定频率,一定波形,一定振幅的 交变振荡信号输出。 交变振荡信号输出。
调谐放大器正反馈网络条件放大器必须是调谐放大器具有选频滤波的功能反馈网络必须是正反馈高频电子线路第四章正弦波振荡器fp反馈振荡器的组成方框图及相应电路高频电子线路第四章正弦波振荡器fp串联谐振回路中的自由振荡现象在反馈振荡器中lc串联谐振回路是最基本的选频网络所以先讨论lc串联回路的自由振荡现象并以此为基础分析反馈振荡器的工作原理
正弦波振荡电路的分析方法word精品
波形产生电路的设计1正弦波振荡电路的分析方法 2 RC 正弦波振荡电路 3LC 正弦波振荡电路4石英晶体振荡器5非正弦波发生电路 一、正弦波振荡电路的分析方法1 •产生正弦波振荡的条件即：U f FU 。
FA® U i2.分析步骤：(1) 判断能否产生正弦波振荡a. 检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分；b. 检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作；c. 分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件和振幅平衡条件。
(2) 判断相位平衡条件的方法是：瞬时极性法。
估算振荡频率和起振条件，振荡频率由相位平衡条件决定。
a. 写出回路增益 AF 的表示式 b.令A F 2n n ,即可求得满足该条件的f 。
，此频率即为振荡频率;c.令ff 0时的|AF | 1，即得起振条件。
3 •正弦波产生电路一般应包括以下几个基本组成部分(1)放大电路。
所以产生正弦波振荡的条件是: AFAF幅度平衡条件arg AF A F2n n0,1,2,相位平衡条件U i如果反馈电压 也有一个正弦波信号uf 与原输入信号 ――自激振荡。
由此知放大电路产生自激振荡的条件是:U f U i完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端ui（2）反馈网络。
⑶选频网络。
⑷稳幅电路。
判断一个电路是否为正弦波振荡器，就看其组成是否含有上述四个部分。
二、RC正弦波振荡电路（文氏电桥）（一）RC串并联网络振荡电路电路组成：放大电路——集成运放 A ；选频与正反馈网络一一R、C串并联电路；稳幅环节——RF与R组成的负反馈电路。
1. RC串并联网络的选频特性R2F U f2 ________ 1j R2C2U 1 2 R丄R2j C i 1 j R2C2(1RR2C2)C1j( R1C2R2C1图8.2.2取R1 = R2 = R , C1 = C2 = C ,令1RC则:13 j( 0)得RC串并联电路的幅频特性为:1丄RC2.振荡频率与起振条件11.振荡频率f o2 RC3•振荡电路中的负反馈（自动稳幅）引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。
详解正弦波振荡器
详解正弦波振荡器输出信号为正弦波的振荡器称为正弦波振荡器。
正弦波振荡器由放大电路和反馈电路两部分组成，反馈电路将放大电路输出电压的一部分正反馈到放大电路的输入端，周而复始即形成振荡，如图7-2所示。
图7-2 正弦波振荡器原理正弦波振荡器包括变压器耦合振荡器、三点式振荡器、晶体振荡器、RC振荡器等多种电路形式。
1.变压器耦合振荡器变压器耦合振荡器电路如图7-3所示，LC谐振回路接在晶体管VT 集电极，振荡信号通过变压器T耦合反馈到VT基极。
图7-3 变压器耦合振荡器电路正确接入变压器反馈绕组L1与振荡绕组L2的极性，即可保证振荡器的相位条件。
R1、R2为VT提供合适的偏置电压，VT有足够的电压增益，即可保证振荡器的振幅条件。
满足了相位、振幅两大条件，振荡器便能稳定地产生振荡，经C4输出正弦波信号。
变压器耦合振荡器工作原理如图7-4所示。
L2与C2组成的LC并联谐振回路作为VT的集电极负载，VT的集电极输出电压通过变压器T的振荡绕组L2耦合至反馈绕组L1，从而又反馈至VT基极作为输入电压。
图7-4 变压器耦合振荡器原理电路由于VT的集电极电压与基极电压相位相反，所以变压器T的2个绕组L1与L2的同名端接法应相反，使变压器T同时起到倒相作用，将集电极输出电压倒相后反馈给基极，实现了形成振荡所必需的正反馈。
因为并联谐振回路在谐振时阻抗最大，且为纯电阻，所以只有谐振频率f0能够满足相位条件而形成振荡，这就是LC回路的选频作用。
电路振荡频率变压器耦合振荡器的特点是输出电压较大，适用于频率较低的振荡电路。
2.三点式振荡器三点式振荡器是指晶体管的3个电极直接与振荡回路的3个端点相连接而构成的振荡器，如图7-5所示。
3个电抗中，Xbe、Xce必须是相同性质的电抗(同是电感或同是电容)，Xcb则必须是与前两者不同性质的电抗(电容或电感)，才能满足振荡的相位条件。
图7-5 三点式振荡器原理电路三点式振荡器有多种形式，较常用的有电感三点式振荡器、电容三点式振荡器、改进型电容三点式振荡器等。
正弦波振荡器原理基础分析80页PPT
正弦波振荡器原理基础分析
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
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与E相连的为同性质电抗，
不与E端相连的为异性质电抗。
举例
电感三点式
电容三点式
f0a
1 2 ( L1 L2 2 M )C
f 0b
644 k Hz
1 C 1C 2 2 L C1 C 2
5.63MHz
LC 振荡电路应用举例
控制开关电路
直流稳压电源 LC振荡电路 组成
直流稳压电源、LC振荡电路、控制开关电路
Ui
•R C
Uf
•
Uo
C R
同相 放大器
AF 2n
2)振荡频率 3)振荡条件
A = 2 n
1 f0 2RC
Au Fu 1
• •
1 Fu 3
Au 3
应使： Rf R1 2
Rf 2 R1
Rf 不能太大，否则 波形产生严重失真
4)稳幅措施
为使 Au 为非线性，。 二极管稳幅 热敏电阻稳幅
R2 > 2R1 - R3
起振后二极管电阻逐渐减小， Au 1 + R2/R1 = 3
为使失真减小
R2 < 2R1
6.1.3 LC 振荡电路
类型
类型：变压器反馈式 、 电 感三点式、 电容三点式
阻抗频率特性
Z0
Z
Q大
0
一、变压器反馈式 LC 振荡电路
1. LC 并联谐振回路 谐振频率
ω0
AF 1
• •
•
•
— 振幅平衡条件
Uf 反馈网络 Fu
— 相位平衡条件 n = 0, 1, 2,
— 振幅起振条件 — 相位起振条件 （又称正反馈） n = 0, 1, 2,
AF 2nπ
uf 起振
平衡
例6.1.1 正弦波振荡电路由哪几部分组成？各组成部分 作 用？产生正弦波振荡的条件？
组成
1. 放大电路 Au 满足振荡条件 2. 正反馈网络 Fu 3. 选频率网络—实现单一频率的振荡 *4. 稳幅环节—使振幅稳定、波形好
Ui
放大器 Uo
Uf 选频正 反馈网络
Ui
选频 Uo 放大器
Uf 正反馈 网络
振荡条件 1. 电路构成正反馈，即 A F 2nπ (n = 0, 1, 2, ） Au F u 1 2. 幅度条件：起振时 Au F u 1 起振后自动调节为
4.3 k
R2
R3 V1 V2 Rf
R1 正温度系数
6.2 k
22 k
R1
1 f0 2RC 负温度系数 f0 = 1.94 kHz
8
8
U o
R C
8.2 k
12.4 k > R2 > 8.1 k
8.2 k
0.01 F 0.01 F
U o
起振时信号小，二极管电阻大 Au 1 + C (R2+ RR 3)/R1 > 3
3
C
电路 点评
优点：易起振(L 间耦合紧)；易调节(C 可调)。 缺点：输出取自电感，对高次谐波阻抗大，输出波形差。
2.电容三点式振荡电路
考毕兹振荡器 (Colpitts) 克拉泼振荡器 (Clapp)
1 1 11 1 fC 0 C C C 1 2 2 LC 3
+VCC RB1 CB
Q小
f
90º
L
1 1 ， f0 2π LC LC
幅频特性
. Is
Z
C
r
谐振阻抗
Z0 L rC
0L 1 r r 0C
Q 增大
0
L 的等效 损耗电阻
回路品质因数
Q
1
-90º
相频特性
r
L
C
2. 变压器反馈式振荡电路
+VCC RB1 C
Uo
L
Uf
× CB
RB2
Ui
VT RE CE
A -180 F 180 AF 0
—满足相位平衡条件
1 f0 2 LC
二、三点式 LC 振荡电路
1.电感三点式振荡电路
+VCC RB1 CB RC VT
C1
f0
1
× RB2
Ui
•
Uo
RE
•
1 2 LC
1 2 ( L1 L2 2 M )C
Uf
CE 2 L1 • M L2
C 0C q
fS 1
Cq C
C0 Cq
二、 石英晶体振荡电路
振荡频率决定于石英晶体的标称频率，其频率准确性和稳定度很高
1. 并联型
2. 串联型
fs < f < fp，晶体呈感性
+VCC
f = fs，晶体呈纯阻
RB1
RB2 RE
RC V
×
CE
C1 C2
C3
压电谐振
外加交变电压的频率 等于晶体固有频率时， 机械振动幅度急剧加 大，其交变电流最大 的现象。
化学成分
焊点
符号
SiO2
2. 压电效应
形变
形变
机械振动
外力
3. 等效电路
Cq
C0
Lq
rq
Co — 晶片静态电容(几 ~ 几十 pF) Lq — 晶体的动态电感(大) Cq — 晶体的动态电容(< 0.1 pF)(小) rq — 等效摩擦损耗电阻(小)
第6章 信号产生电路
6.1 正弦波振荡电路
6.1.1 正弦波振荡电路的工作原理 6.1.2 RC 振荡电路 6.1.3 LC 振荡电路
6.1.4 石英晶体振荡电路
6.1.1 正弦波振荡电路的工作原理
一、振荡产生的基本原理
S
Ui
•
•
放大器
Au
反馈网络
•
•
RL
• 微弱的电扰动中， Uo 某一频率成分通过
正反馈逐渐放大， 则产生正弦振荡。
Uf
uf 起振
稳幅
Fu
• Uo • Uf Au • ; Fu • ; Uo Ui
•
•
二、平衡条件和起振条件 1.平衡条件
U
f
Ui
• •
Ui
放大器 Uo Au
即 Au Fu 1
Au Fu 1 AF A F 2nπ
2.起振条件
6.1.2 RC振荡电路
一、 RC 串并联选频网络
Fu
U2 U1
Fu F
当 f = f0 时 . Fu= 1/3
= 0º
幅频特性
. 1 F u 3
f0 f
相频特性
90 f0 -90
f
f
1 f0 2 RC
二、 RC桥式振荡电路
1) 电路 R1 8
•
Rf
文氏电桥
•
RC
VT
Uo
C1 CE 2 • C 2
•
1 1 C3 C C 2 1 1 2 L f0 C1 C 2
×
RB2
Ui
1
RE
C3
L
改进
2 LC 1 2 LC3
Uf
3
电路 点评
频率稳定度高 优点：波形较好 缺点：频率调节不方便 频率调节范围小
三点式振荡电路的组成原则
知识 拓展
X1、X2的电抗性质必须相同， X3与X1、X2的电抗性质必须相异。
原理 当人手靠近感应板时，对地形成感应电容C0，使C5和（C6+C7）的比 值发生变化而使振荡电路停振，VT1集电极电位升高使控制开关电路 中VT2及复合管VT3、VT4导通，继电器KA通电而闭合进行控制动作。
6.1.4 石英晶体振荡电路 一、石英晶体谐振器的阻抗特性
1. 结构和符号
涂银层
结构 晶片
4. 频率特性和谐振频率 X 使用注意 感性 5. fS 1 容性 2
1 大Q rq
小
Lq 大 Cq
1 fS 2 LqCq
ff P
小
fP 要接一定的负载电容 CL(微调)，以达标称频率。 1
0 容性 2 Lq 要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小
会使噪声影响大，还能停振。