正弦波振荡电路.
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正弦波振荡电路
石英晶体作为一个谐振回路具有极高的频率稳定度。
当石英晶体受到交变电场作用时,即在两极板上加以交流电 压,石英晶体便会产生机械振动。反过来,若对石英晶体施加 周期性机械力, 使其发生振动,则又会在晶体表面出现相应 的交变电场和电荷,即在极板上有交变电压。当外加电场的 频率等于晶体的固有频率时, 便会产生“机—电共振”, 振 幅明显加大,这种现象称为压电谐振。
实际振荡电路不需要先外加输入信号再接反馈 电路。它最初的起振是依靠振荡电路本身的各 种电压电流的变化。如电源接通的瞬，电流的 突变、噪声等引起的电扰动信号，都是振荡电 路起振时的信号源。
只要满足：|AF|>1，且A+ F =2n，即可起振。
起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这 时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。
uo
F 0
AF 1
A 1 R2 F 1
R1
3
R2 2R1
能自行启动的电路（1）
RT
半导体 热敏电阻
t
起振时，RT略大于2R1，
R
_
使|AF|>1，以便起振；
C
+
uo
+
R
C R1
起振后，uo逐渐增大则 RT逐渐减小，使得输出 uo为某值时，|AF|=1， 从而稳幅。
uo
t
Rt
A
能自行启动的电路（2）
1.并联型石英晶体振荡电路
当f0在fs ~fp的窄 小的频率范围内
时,晶体在电路中
起一个电感作用,
它与C1、C2组
Cb
成电容反馈式振
荡电路。
＋UCC
Rc Rb1
V
C1
Rb2
Re
C2
当石英晶体受到交变电场作用时,即在两极板上加以交流电 压,石英晶体便会产生机械振动。反过来,若对石英晶体施加 周期性机械力, 使其发生振动,则又会在晶体表面出现相应 的交变电场和电荷,即在极板上有交变电压。当外加电场的 频率等于晶体的固有频率时, 便会产生“机—电共振”, 振 幅明显加大,这种现象称为压电谐振。
实际振荡电路不需要先外加输入信号再接反馈 电路。它最初的起振是依靠振荡电路本身的各 种电压电流的变化。如电源接通的瞬，电流的 突变、噪声等引起的电扰动信号，都是振荡电 路起振时的信号源。
只要满足：|AF|>1，且A+ F =2n，即可起振。
起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这 时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。
uo
F 0
AF 1
A 1 R2 F 1
R1
3
R2 2R1
能自行启动的电路（1）
RT
半导体 热敏电阻
t
起振时，RT略大于2R1，
R
_
使|AF|>1，以便起振；
C
+
uo
+
R
C R1
起振后，uo逐渐增大则 RT逐渐减小，使得输出 uo为某值时，|AF|=1， 从而稳幅。
uo
t
Rt
A
能自行启动的电路（2）
1.并联型石英晶体振荡电路
当f0在fs ~fp的窄 小的频率范围内
时,晶体在电路中
起一个电感作用,
它与C1、C2组
Cb
成电容反馈式振
荡电路。
＋UCC
Rc Rb1
V
C1
Rb2
Re
C2
第3章正弦波振荡电路.
.
.
F ()
V
.
f
V0
jM
r jL1
A( )
.
F
( )
1
jMgm 2L1C jrC
rC
Mg m j(1
2 L1C)
00:56
21
.
根据相位平衡条件，A() F() 的模值应该为实数，则可以得到：
1
1 2 L1C 0 振荡角频率o为： o = L1C
9
振荡平衡条件: A( j )F( j ) 1
它是维持振荡的基本条件，通常也称为振荡的平衡条件。
A ( j ) Ae j A
又由于
F
(
j
)
Fe
j F
所以振荡平衡条件的约束方程可以分为两个方程:
AF 1
A F 2n (n 0，1，2)
一、开环法
开环法是先假定将振荡环路在某一点处断开，计算它的开环传递函数
.
A() F()
，然后用巴克豪森准则确定平衡条件，从而确定电路的
振荡频率和起振条件。
00:56
18
开环法步骤
1．画出振荡电路的交流通路，判别其是否能构成正反馈电路，即 是否有可能满足振荡的相位平衡条件。
2．画出微变等效电路，并在某一点（一般取晶体管输入端）开环。
3．计算开环传递函数
.
A() F ()
4．利用相位平衡条件确定振荡角频率0。
5．利用o角频率下的幅度平衡条件，确定维持振荡幅度所需要的gm值gmo。
6．选择晶体管的gm使gm ＞gmo 。此时电路就能够满足起振条件。
00:56
第八章 正弦波振荡电路
第八章 正弦波振荡电路分析振荡产生的机理和条件，讨论正弦波振荡电路的一般结构和分析方法，介绍常见的RC 、LC 和石英晶体正弦波振荡电路的组成和工作原理。
第一节 正弦波振荡电路的基本原理一个放大电路通常在输入端外加信号时才有输出。
如果在它的输入端不外接信号的情况下，在输出端仍有一定频率和幅度的信号输出，这种现象就是放大电路的自激振荡。
自激振荡对于放大电路是有害的，它破坏了放大电路的正常工作状态，需要加以避免和消除。
但在振荡电路中，自激却是有益的。
对于自激振荡的频率和幅度加以选择和控制，就可构成正弦波振荡器。
振荡电路既然不需外接输入信号，那么它的输出信号从何而来？这就是我们要讨论的振荡电路能产生自激振荡的原因和条件。
一、振荡的条件在图6－1中，A是放大电路，F 是反馈网络。
当将开关S 接在端点1上时，就是一般的开环放大电路，其输入信号电压为i U ，输出信号电压为o U 。
如果将输出信号o U 通过反馈网络反馈到输入端，反馈电压为f U ，并设法使f U＝i U ，即两者大小相等，相位相同。
那么，反馈电压f U就可以代替外加输入信号电压i U ，来维持输出o U 。
也就是说将开关S 接在端点2，除去外加信号而接上反馈信号，输出信号仍将保持不变，即不需输入而靠反馈来自动维持输出。
这时，放大器就变为自激振荡器了。
由以上的讨论可知，要维持自激振荡，必须满足f U＝i U ，即反馈信号与输入信号大小相等，相位相同。
由于放大电路的开环电压放大倍数为i o A U U = o f F U U =若i f U U ＝，则F A＝o fi oU U U U ＝1（F A称为环路增益）。
因此，振荡电路维持自激振荡的条件是：F A＝１ 即F A＝１称为幅值平衡条件。
其物理意义为：信号经放大电路和反馈网络构成的闭环回路后，幅值保持不变，既无增加也无衰减。
f a ϕϕ＋＝2n π（n ＝0，1，2……）称为相位平衡条件。
正弦波振荡电路
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5.1.1 自激振荡的条件
•
UO Au Uf
•
Uf FUO
••
UO Au F UO
(1) 幅度条件： AuF 1
自激振荡的条件
••
Au F 1
即： Au A F F 1
(2) 相位条件： A F 2nπ n是整数
相位条件意味着振荡电路必须是正反馈； 幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足够 的反馈量(可以通过调整放大倍数A 或反馈系数F 达到) 。
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热敏电阻具有负温度 系数，利用它的非线性可 以自动稳幅。
稳幅过程：
uO
t
RF
Au
思考：
半导体 热敏电阻
R RF ∞
C
–
+ +
+
uO
R C R1
–
若热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？
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带稳幅环节的电路(2)
稳幅环节
利用二极管的正 向伏安特性的非线 性自动稳幅。
激振荡
+UCC
正反馈
RB1
C1 －
－
RB2 RE
CE
L
－
C
注意：用瞬时极性法判断反馈的极性时， 耦合电容、旁路电容对交流短路。
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例：P80
正反馈
C RB1
+UCC L
－－
C2
C1 RB2 RE
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P80 电感三点式
正反馈
R1 C1
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第11章正弦波振荡电路
rq
大 Q 1 Lq 大
4. 频率特性和谐振频率
小 rq Cq 小
X
感性
fS 2
1 LqCq
fS 容性
fP
f fP
容性
2
1
Lq
C0Cq C0 Cq
பைடு நூலகம்
fS
1 Cq C0
5. 使用注意
1)要接一定的负载电容 CL(微调)，以达标称频率。 2)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。
+VCC
RB1
×CB
RB2
V
•
RE
C1
•
1
CE 2 L1
• M L2 3
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
C
高次谐波阻抗大， 输出波形差。
(二) 电容三点式振荡电路
考克毕拉兹泼振荡器(Cloalppit)ts)
+VCC
RB1
V
•
CB
•
1 C1
×RB2
RE
CE 2
–
iC C•
IC
•
U
•
I
I•L
I•L I•C
1) Z = Z0 呈纯阻 2)形成环流，大小是总电流的 Q 倍
IC
IL
Z0 ZL
I
Qω0 L ω0 L
I Q I
(二)变压器反馈式振荡电路
+VCC
RB1
CL
×
CB RB2
V
RE
CE
—满足相位平衡条件
二、三点式 LC 振荡电路
正弦波振荡电路
+VCC
RC RB1
+
+
C4
Co
+
（1）放大电路：保证能起振，实现能量控制； （2）选频网络：确定电路的振荡频率，产生单一频率的正弦波。 （3）正反馈网络：使放大电路的输入信号等于反馈信号。 （4）稳幅环节：使输出信号幅值稳定。 常将选频网络和正反馈网络合二为一。
2、电路的分类
按组成选频网络的元件类型不同，可分为： (1) RC正弦波振荡器（f<1MHz) (2)LC正弦波振荡器（f>1MHz) (3)石英晶体振荡器（f稳定度高)
ui
R
选频电路
图8.1.7 RC桥式正弦波振荡电路(a)
8.1
正弦波振荡电路——8.1.2 RC正弦波振荡电路
图8.1.7 RC桥式正弦波振荡电路
8.1
正弦波振荡电路——8.1.2 RC正弦波振荡电路
•
2. 如何满足自激振荡的条件
RF
R1
.. 为了满足 AF =1, A=3
1
Uf __ = __ 1 F= • , Uo 3 • RF A=（1+ R ）,
1 R LC 1 1 L 谐振频率f 0 ，品质因数Q R C 2 LC 1 当f f 0时， 0 Z R＋Q 2 R QX L QX C Y0 品质因数Q ，当Q 1时， 0
0 L
图8.1.10 LC并联网络 (b)考虑电路损耗时的网络
8.1
正弦波振荡电路——8.1.3 LC正弦波振荡电路
8.1
正弦波振荡电路——8.1.3 LC正弦波振荡电路
8.1.3 LC正弦波振荡电路
当f0很高时，放大电路多用分立元件（甚至共b）的 LC振荡电路。
正弦波振荡电路
0 2 3 ( ) 0
2
相频响应：
f arctg
0 0
3
1 1 1 FV (最 大 值 ) 当＝ 0 ＝ 或f＝f 0 ＝ 3 RC 2RC f 0
3. 电路的振荡频率和起振条件
振荡的相位平衡条件：
a f 2n，n 0， 1， 2
R C 放大电路
R C
A
Rf
V o
V V i f
R1
RC桥式振荡电路
选频网络 R C 放大电路
R C
A
Rf
V o
V V i f
R1
RC桥式振荡电路
Z1、Z2和Rf 、R1构成一个四臂电桥，故电路称为RC 桥式振荡电路。
2. RC串并联网络的选频特性
幅频响应 1： Z1 R jC 1 FV R 21 Z 2 R //3 ( 0 ) 2 jC 1 j RC 0
解：
1 f0 2RC 1 2 3.14 100 0.22 10 6 7.23 103 Hz
RF＞2R3=20 kΩ
由此可知：电路的振荡频率为7.23kHz，满足振荡条件 的反馈电阻RF应大于20kΩ。
V Z2 相 频 响 应： f FV Vo Z1 Z2 0 j RC 0 2 2 2 f (1 arctg R C ) 3 j 3RC
RC串并联网络
1 令ω0＝ RC
F V
0 3 j( ) 0
1
幅频响应： FV 1
Rf AV 1 3 R1
Rf 不能太大，否则 正弦波将变成方波
电工学-第四章 正弦波振荡电路
R
1 jL jC j(L 1
C
)
( R L)
.
I
L/C
R j(L 1 )
C
+ L
•
U
C
_
R
2020/4/18
24
LC并联谐振回路的选频特性
•
Z
U
•
I
L/C
R j(L
1)
C
.
I
+ L
•
U
C
_
R
•
当LC并联回路发生谐振时，端电压 U 与总电
流
•
I
同相，即阻抗Z表现为纯电阻性。
谐振频率
o
Uf
•
F
Uo
•
•
由以上知，放大电路产生自激振荡的条件是 U f U i
••
•
则
AuF
Uo
•
U
•
f
U
•
f
1
Ui Uo Ui
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7
自激振荡
总结出自激振荡的条件：
（1）相位平衡条件
反馈电压
•
U
f
与输入电压
•
U
i
同相位，形成正反馈
（2）幅值平衡条件
反馈电压与输入电压大小相等： U f U i
C2
uf
首先判断相位平衡条件，见瞬时极性
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35
RB1
RC
+
RB2
uf
+
ube
RE
UCC
+
C1
L
+
C2
CE
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ui uu ff 起振
稳幅
三、电路的组成和起振的判断
组成:
1. 放大电路 Au 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—使振荡稳定、波形好 满足振荡条件
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
判断:
1. 振幅条件 2. 相位条件
u u
分母的需不应为零，即：
X X X 0
1 2 3
X X X
3 1
2
uo 1
进而可得 AF
LC三点式正弦波发生电路图
a）电感三点式 b）电容三点式
EWB演示
2、组成LC三点式正弦波发生电路的规律
LC三点式正弦波发生电路的一般结构如下图所示。
a）反相放大
b）同相放大
图 LC三点式正弦波发生电路的一般结构 若考虑到a中的负载阻抗 运放输出电阻为
r
0
，
无反馈时的
u
A A Z / r Z
返回
4.1.1 正弦波振荡电路的工作原理
一、振荡条件
•
Ui
•
•
放大器
Au
反馈网络
•
•
RL
Uo
•
Uo Au • ; Ui • • Uf Fu • ; Uo
•
•
Uf
Fu
Au Fu 1
•
微弱的电扰动中，某一频 • • — 振幅平衡条件 A F 1 u u 率成分通过正反馈逐渐放 AF A F 2nπ — 相位平衡条件 大，则产生正弦振荡。 返回 n = 0, 1, 2,
L L 的等 效损耗 电阻
. Is
Z
C
r
1 ( rrC jωL) L / jωC Z 1 1 L 1 j( ( r jωL) rC jωC r
返回
1. 谐振频率 f0
ω0
1 ， LC
1 f0 2π LC
2. 谐振阻抗 Z0 Z 0 L
rC
ω0C
Z0 Qω0 L Q
AF 2n
3)振荡频率
4)振荡条件
1 f0 2RC
1 Au Fu 1 F 3
• • •
A 3
•
应使： R R 2 f 1
Rf 2 R1
Rf 不能太大，否则 正弦波将变成方波
二、RC 移相式振荡电路
C C C R Rf 8
R
R
U o
一节 RC 环节 移相 90 二节 RC 环节 移相 180 三节 RC 环节 移相 270
第 4 章 波形发生电路
4.1 4.2 正弦波振荡电路 非正弦波信号产生电路
4.1
引 言
正弦波振荡电路
4.1.1 正弦波振荡电路的工作原理
4.1.2
4.1.3
RC 正弦振荡
LC 正弦振荡
返回
引
分类： 正弦波振荡:
言
信号产生电路 (振荡器—Oscillators) RC 振荡器(1 kHz ~ 数百 kHz) LC 振荡器(几百 kHz 以上) 石英晶体振荡器(频率稳定度高) 非正弦波振荡： 方波、 三角波、 锯齿波等 输出信号的幅度准确稳定 主要性 要求能： 输出信号的频率准确稳定
二、起振条件
起振条件
AF 2nπ
1/Fu A F < 1 u u Au
AF 1
• •
Ui
放大器 Uo Au
Uf 反馈网络 Fu
Uo4 Uo3 Uo2 Uo1
uouo A F > 1 u u
Au = 1/Fu
uo Au ui uf Fu uo
O Ui1
Uf1 Ui2
Uf2 Uf2 Ui3 Ui4
Z 0 Qω0 L IC I L I I QI ω0 L ZL
二、三点式 LC 振荡电路
1、电感三点式和电容三点式LC正弦波发生器
把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC回路就 有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个 极相连，就形成了LC三点式正弦波发生电路。 它们又分为电感三点式和电容三点式两类。
0
90
式中: 0 = 1/RC
. 1 F u 3
0
返回
. ω0 ω 3 j( Fu = 1/3 ) ω0 ω = 0º
EWB演示
2. RC 桥氏振荡电路
1) 组成：
F = 0º
同相 放大器
A = 2 n
2) 电路：
•R C
Rf R1 8
•
Ui
Uf
Uo
C R
•
RB1
C
L V RE
A 180 +VCC F 180 AF 0
—满足相位平衡条件
CE
×CB
RB2
1 f0 2 LC
5. 并联谐振的本质 — 电流谐振
i
U
iL iC C •
•
•
+ r u L –
I
•
IL
•
IC
I L IC
•
1) Z = Z0 呈纯阻 2)形成环流，大小是总电流的 Q 倍
U uo L 0
L
Hale Waihona Puke F Z / Z Z
1 1
3
2
因此
AF
u u
A Z Z r Z Z Z Z
uo 1 2 o 1 2 3
Z
1
Z
3
A Z Z X X X jr X X X
uo 1 2 2 1 3 o 1 2
3
其中，
为了使电路振荡，应有 A F 1 ，上式应为实数，
3. 回路品质因数 Q
ω0 L 1 1 L Q C r rω0C r
4. 频率特性 Z0
Q 小
Z
Q 大
Q 增大
f
90º
0
幅频特性
90º 相频特性
0
L / rC Z 1 j(ωrL 1
ωrC
Z0 ) 1 jQ( f / f 0 f 0 / f )
(二)变压器反馈式振荡电路
1 对于 f 0 F 180 的信号 ， 2π 6 RC A 180 AF 0 — 满足相位平衡条件
优点：结构简单 缺点：选频特性差，输出波形差
4.1.3 LC 振荡电路
一、变压器反馈式 LC 振荡电路 类型：变压器反馈式 、 电感三点式、 电容三点式
(一) LC 并联回路的特性
4.1.2 RC 正弦振荡 1. RC 串并联选频网络
1 • 1R // •• U2 jωC F u Fu • 21 1 / (R / ) U1 9 ( R 0 0 // ) jωC jωC ω / ω01 ω0 / ω F arctan 3 1 3 j(当 ωRC 时 ) 1 = 0 90 f ωRC