南邮模电第十章正弦波振荡电路剖析
LC正弦波振荡电路详解
LC正弦波振荡电路详解LC正弦波振荡电路详解LC正弦波振荡电路与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相同的，只是选频网络采用LC电路。
在LC振荡电路中，当f=f0时，放大电路的放大倍数数值最大，而其余频率的信号均被衰减到零；引入正反馈后，使反馈电压作为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而形成正弦波振荡。
由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路。
一、LC谐振回路的频率特性LC正弦波振荡电路中的选频网络采用LC并联网络，如图所示。
图(a)为理想电路，无损耗，谐振频率为（推导过程如下）公式推导过程：电路导纳为令式中虚部为零，就可求出谐振角频率式中Q为品质因数当Q>>1时，，所以谐振频率将上式代入，得出当f=f0时，电抗当Q>>1时，，代入，整理可得在信号频率较低时，电容的容抗()很大，网络呈感性；在信号频率较高时，电感的感抗()很大，网络呈容性；只有当f=f0时，网络才呈纯阻性，且阻抗最大。
这时电路产生电流谐振，电容的电场能转换成磁场能，而电感的磁场能又转换成电场能，两种能量相互转换。
当网络的输入电流为I0时，电容和电感的电流约为QI o。
根据式，可得适用于频率从零到无穷大时LC并联网络电抗的表达式Z=1/Y，其频率特性如下图所示。
Q值愈大，曲线愈陡，选频特性愈好。
若以LC并联网络作为共射放大电路的集电极负载，如右图所示，则电路的电压放大倍数根据LC并联网络的频率特性，当f=f0时，电压放大倍数的数值最大，且无附加相移（原因）。
对于其余频率的信号，电压放大倍数不但数值减小，而且有附加相移。
电路具有选频特性，故称之为选频放大电路。
若在电路中引入正反馈，并能用反馈电压取代输入电压，则电路就成为正弦波振荡电路。
根据引入反馈的方式不同，LC正弦波振荡电路分为变压器反馈式、电感反馈式和电容反馈式三种电路。
二、变压器反馈式振荡电路1.工作原理引入正反馈最简单的方法是采用变压器反馈方式，如图（7114）所示，用反馈电压取代输入电压，得到变压器反馈式振荡电路。
5-正弦波振荡电路解析
1
Vf
2 LC3
+
F C1
C3
C2
可见，通过调节C3来改变振荡频率w0时，
并未影响F。说明调节频率方便。
共基极克拉泼电路
VCC
Rb1
Rc
C3
+
C1
+ CB Rb2
+
L
Re C2
+
C1
C3
+
V0
Vf C2
L
--
F C1 C1 C2
f0 2
1 LC
其中： C
C1串C2串C3
C1C2
C1C2C3 C2C3 C1C3
5.6.3 电容反馈式三端振荡器 (考毕兹振荡器)
5.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件 的判断准则
互感耦合振荡器
1. 采用互感耦合电路作为反馈网络，即通过变压器互感耦合 将输出信号送回输入回路（形成正反馈），所形成的电路是 互感耦合振荡器。
2.根据LC选频网络接于晶体管电极的不同，分为c极调谐型 （调集）、e极调谐型 （调 发） 和b极调谐振型( 调基)电 路。
微波振荡器
3、振荡器和放大器的异同
共性：都是能量转换器，都将晶体管集电板直流电源供给能量转换成 交流能量输出。
异性：放大器需外来输入信号激励源 —— 他激振荡器； 振荡器所需电压取自输出电压的一部分 —— 自激振荡器。
4、振荡器的用途
1）信息传输系统的各种发射机中； 2）在超外差式的各种接收机中； 3）电子测试仪器中；
Rb2
+
C L1 L2 vf -
Re Ce
1、K接点“1”，则vs经耦合电容CB加到三极管的基极。（谐振放大器）
正弦波振荡电路原理
X1 > 0 。即X1和X3必须是同类电抗。 X3
而为满足（8）式，可知X2必须为和X1、X3的相反类电抗。例如 X1、X3为电感时X2必须为电容。 ②通常分析时，由式（8）解得三点式振荡器的振荡频率，由式（9） 求得电路的起振条件。 4、电容三点式振荡器 X1和X3取电容，X2取 电容，如图9所示。
图9
X1 = −
1 ωC1
X 2 = ωL 1 X3 = − ωC 2
由式（8）得
1 1 − − + ωL = 0 ω C1 ω C 2
ω0 =
1 1 1 + C C L 1 2
振荡频率
由式（9）得电路的起振条件
1 ' ωC1 ' C2 = RD g m ≥ RD 1 C1 ωC 2
F
O
X d1
Xd2
X d3
图（4）
X
d
(X )
f
即|AF|>1，这时电路中的任何扰动都会经过闭合环路的多次循环 放大，变得越来越大。 ②在B点有 A =
1 ，即|AF|=1，满足自激振荡的幅度条件。 F 1 ③B点以上的部分，有 A < ，即|AF|<1，这时信号会经闭合循环 F
变得越来越小，直至平衡点B。
ω s2 1− 2 1 ω = jX (ω ) Z ( jω ) = − j ωC 0 ω2 p 1− 2 ω
式（10）
由式（10）画得X(ω)～ω曲线：
X
( jω )
从图13有： ①当ω<ωs<ωp时，X(ω)<0 石英晶体呈容性阻抗 ②当ω=ωs时， X(ω)=0 ③当ωs<ω<ωp时，X(ω)>0
上式的实部为1，即
模拟电子技术第十章正弦波振荡器
•判断下面电路是否能产生正弦波振荡：
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•选频网络无法实现选频 模拟电子技术第十章正弦波振荡器
•判断下面电路是否能产生正弦波振荡：
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•可以产生正弦波振荡 模拟电子技术第十章正弦波振荡器
•根据选频网络不同，振荡器的分类： •（1）RC振荡器 •（2）LC振荡器 •（3）石英晶体振荡器
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•图3.31 晶体的形状及横断面 • (a)晶体外形；(b)横断面
模拟电子技术第十章正弦波振荡器
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•图10.29 石英谐振器的结构
模拟电子技术第十章正弦波振荡器
1）具有正反压电效应 正压电效应是指在晶体片两个侧面上施加压力时，
晶体片就会产生机械变形，与此同时，在它的表面上 还会产生异性电荷。
•
稳幅过程：UO↑负反馈电流↑
T ↑ R1↑、 Rf↓负反馈↑ UO↓
• Rf和R1引入的电压串联负反馈有助 于改善波形减小失真。
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模拟电子技术第十章正弦波振荡器
文氏电桥振荡器信号波形质量和稳定 性好，故得到了广泛的应用。
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•例：电路中V1和V2的作用是什么？为使电路 起振R1、R2和R3应满足什么条件？
•令：
•图10.20 RC串并联网络
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幅频特性和相频特性表达式为
•其中
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根据以上两式可画出相应的频率特性曲线
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•图3.21 RC串并联网络的频率特性曲线
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正弦波振荡电路的分析方法
正弦波振荡电路的分析方法正弦波振荡电路也是一种基本的模拟电子电路。
电子技术实验中经常使用的低频信号发生器就是一种正弦波振荡电路。
大功率的振荡电路还可以直接为工业生产提供能源，例如高频加热炉的高频电源。
此外，诸如超声波探伤、无线电和广播电视信号的发送和接收等等，都离不开正弦波振荡电路。
总之，正弦波振荡电路在量测、自动控制、通信和热处理等各种技术领域中，都有着广泛的应用。
正弦波振荡电路的组成和分析步骤一般来说，正弦波振荡电路应该具有放大电路和反应网络，此外，电路中还应包含有选频网络和稳幅环节(例如非线性元件)，前者是为了获得单一频率的正弦波振荡，后者是为了到达稳幅振荡。
正弦波振荡电路的选频网络若由电阻和电容元件组成，通常称为RC正弦波振荡电路;若由电感和电容元件组成，则称为LC正弦波振荡电路。
一般可以采用以下步骤来分析振荡电路的工作原理:一、判断能否产生正弦波振荡l、检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分，即是否具有放大电路、反应网络、选频网络和稳幅环节。
2、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。
3、分析电路是否满足自激振荡条件。
首先检查相位平衡条件，至于幅度条件，一般比较容易满足。
若不满足幅度条件，在测试调整时，可以改变放大电路的放大倍数|A|或反应系数|F|使电路满足|AF| >1的幅度条件。
判断相位平衡条件的方法是:假设断开反应信号至放大电路的输入端点，并把放大电路的输入阻抗作为反应网络的负载。
在放大电路的断开端点处加信号电压Ui，经放大电路和反应网络得反应电压Uf。
根据放大电路和反应网络的相频特性，分析Uf和Ui的相位关系。
如果在某一特定频率下相位差为士2nл(n=0,1,2,…)，则电路满足相位平衡条件。
二、估算振荡频牢和起振条件振荡频率由相位平衡条件所决定，而起振条件可由幅度平衡条件|AF|>l的关系式求得。
为了计算振荡频率，需要画出断开反应信号至放大电路的输入端点后的交流等效电路，写出回路增益AF的表示式。
chapter10正弦波振荡电路part2new
R3 R1
+VCC T2
T1
晶体
C
R2 R4
R5
R6
uo
图10.31串联型晶体振荡器
振荡器的工作频率为： s
10.4.4 并联型石英晶体振荡器 并联型石英晶体振荡器把石英晶体用作 电感元件。
j(Lq j(Lq
1 ) 1
Cq jC0
1 1 )
Cq jC0
1
jC0
1 s22 1 p22
式中：
s
1 LqC q
p
1
Lq
C qC 0 Cq C0
失谐支路，近似开路 图10.18 某一频率等效电路
晶体的串联谐振角频率。
晶体的并联谐振角频率。
C0
s p 晶体表现为感性，可等效为一个电感。
Xe Lq3
C0
Cq
0
s p
Z(j)
rq
(c)
(d )
ps s(
1Cq 1) C0
C q 其值约为10-3量级
s 2C 0
10.4.3 串联型石英晶体振荡器
串联型石英晶体振荡器把石英晶体用作选频 短路线。
即一个为电容，则另一个必为电感。
谐振时，LC回路呈现纯电阻特性，即： X1+X2+X3=0,因此，X2+X3= –X1，带入上式：
X 3 0 X1与X3的电抗特性相同。
X1
X1与X3的电抗特性相同。 X2与X3的电抗特性不同。
判断三点式振荡电路是否满足相位条件：
“射同基反”： 射极接的是相同性质的电抗元件, 基极接的是相反性质的电抗元件。
电路识图16-正弦波振荡器电路原理分析
电路识图16-正弦波振荡器电路原理分析振荡器是一种不需要外加输入信号，而能够自己产生输出信号的电路。
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，周而复始即形成震荡，如下图所示。
正弦波振荡器有变压器耦合、三点式振荡器、晶体振荡器、RC振荡器等多种电路形式。
一、变压器耦合振荡器变压器耦合振荡器电路如下图所示。
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。
正确接入变压器反馈线圈L1与振荡线圈L2之间的极性，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，使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，振荡器便能稳定的产生振荡，经C4输出正弦波信号。
变压器耦合振荡器工作原理可用下图说明：L2与C2组成的LC并联谐振回路作为晶体管VT的集电极负载，VT的集电极输出电压通过变压器Y的振荡线圈L2耦合至反馈线圈L1，从而有反馈至VT基极作为输入电压。
由于晶体管VT的集电极电压与基极电压相位相反，所以变压器Y的两个线圈L1与L2的同名段接法应相反，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须的正反馈。
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LV回路的选频作用。
电路振荡频率计算公式如下变压器耦合振荡器的特点是输出电压大，适用于频率较低的振荡电路。
二、三点式振荡器三点式振荡器是指晶体管的三个电极直接与振荡回路的三个端点相连接而构成的振荡器，如下图所示。
三个电抗中，Xbe，Xce必须是相同性质的电抗（同是电感或同是电容），Xcb则必须是与前两者相反性质的电抗，才能满足振荡的相位条件。
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，
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10
2.平衡条件
Au Fu 1
Ui
A
·
Uo
U f Ui
Uf
F
j A
·
Au Fu Au e
Fu e
j F
Au Fu e
j ( A F )
Au Fu 1 振幅平衡条件
A F 2n n 0,1,2 相位平衡条件
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2018年12月28日星期五
模拟电子技术
13
10.2.1 RC移相振荡器
·
＋
I
C ＋ ＋
I
·
R
＋
超前移相网络
· Ui
滞后移相网络
R Uo
· · Ui
C
Uo
·
－ (a )
－
－ (b )
－
图10.17 RC串联移相网络
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H() 1 0 .7
U o H U i
Rf R1
29
图10.19 RC超前移相网络振荡器
16
10.2.2 RC选频振荡器
＋ R Uo C － R
·
1 3
C ＋ Uf －
模拟电子技术 17
·
图10.20 (RC a ) 串并联网络
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0
H( 1 3
U f H U
(
＋9 0°
o
＋
Uf 1 1 ＝R 0 C o RC (b )
截止频率
C＝
1
0
()
＋9 0° ＋4 5° 0
τ= RC
C
模拟电子技术
图10.18 RC串联超前网络的频率特性曲线
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Rf R1 ＋
· Ui
－ ＋ R －
· Uo
C R
C R
C ＋ Uf －
·
－
＋
g
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1 6 RC
模拟电子技术
·
0
－9 0° (c)
－
图10.21 RC串并联网络的频率特性曲线
2018年12月28日星期五 模拟电子技术 18
＋
＋ A － t° ＋ R
· Uo
R Rf － A C
＋
Ui
·
R1 －
t°
Rf
C R ＋ · Uf － (b ) R1 R C
C － (a )
1 g RC
2018年12月28日星期五
R f 2 R1
模拟电子技术 19
图10.22 文氏电桥振荡器
10.3 LC正弦波振荡器
采用LC谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器称为
LC正弦波振荡器。可以产生几十兆赫以上的正弦波 信号。 变压器耦合反馈式
电感或电容反馈式
2018年12月28日星期五 模拟电子技术 20
10.3.1变压器耦合反馈式振荡器
模拟电子技术
9
1．起振过程及起振条件
Ui
Au Fu 1
U f Ui
A
·
Uo
Uf
F
·
Au Fu Au e
Au Fu 1
j A
Fu e
j F
Au Fu e
j ( A F )
幅度起振条件
相位起振条件
A F 2n n 0,1,2
2018年12月28日星期五 模拟电子技术
张弛振荡电路（产生方波、锯齿波形等）
负阻型
正弦振荡电路 反馈型 RC振荡器
LC振荡器 晶体振荡器
2018年12月28日星期五
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6
10-1 振荡的基本原理
一、反馈放大器的基本方程
图10.1 反馈放大器
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·
Xf
·
Xi
X i'
Xo
A
F
(CE)
＋ ＋· Ui －
· Uo
(CB)
Tr ＋
· Uf
(CB)
Tr ＋
· Uf
＋ · Ui
＋ －
· Uo
Tr ＋ · Uf － (c)
＋ · Ui －
＋ Uo －
·
－ (a )
－
－ (b )
－
是否满足正反馈判断方法：“射基（集）同名”规则 CE：射基同名； CB：射集同名。 CC：射基同名。
图10.23 三种不同接法的变压器耦合反馈式振荡器
Af
Xo Xi
当 A F 1时, A f , X i 0,
称振荡或自激。
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·
Xf
·
Xi
X i'
X
二、起振过程和平衡条件
Ui
A
·
Uo
Uf
F
·
图10.1‘ 反馈型振荡器组成方框图
2018年12月28日星期五
2018年12月28日星期五 模拟电子技术 2
10.3 LC正弦波振荡器 10.3.1 变压器耦合反馈式振荡器 10.3.2 电容反馈式振荡电路
10.3.3 电感反馈式振荡电路
2018年12月28日星期五
模拟电子技术
3
10.4 石英晶体振荡器 10.4.1关于振荡频率的几个指标 10.4.2 石英晶体的物理特性和电特性
第十章 正弦波振荡电路
（1）掌握正弦波振荡电路的组成和振荡原理。 （2）掌握RC桥式正弦波振荡电路的组成、工作原理。 （3）了解LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡 电路的组成、工作原理和性能特点。
2018年12月28日星期五
模拟电子技术
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10-1 振荡的基本原理 一、反馈放大器的基本方程 二、起振过程和平衡条件 10.2 RC正弦波振荡器 10.2.1 RC移相振荡器 10.2.2 RC选频振荡器
2018年12月28日星期五 模拟电子技术 21
10.3.2. 电容反馈式振荡电路
． IL L ． Uo b C ． ． U b Uf e C 1 ． IC
c
2
图10.24电容反馈式振荡器的交流通路（CE）
2018年12月28日星期五 模拟电子技术 22
c L ． Uo b ． ． Ub Uf e
10.4.3 串联型石英晶体振荡器
10.4.4 并联型石英晶体振荡器
2018年12月28日星期五
模拟电子技术
4
附
录
文氏电桥振荡电路 LC并联谐振回路的特性 LC正弦波振荡电路分析 稳频措施
串联晶体振荡器举例
振荡频率的确定
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振荡电路是指在没有 输入信号的条件下, 能够自 行产生一定幅度、一定频率的输出信号的电路。
Au Fu 1
起振
Au Fu 1
平衡
反馈振荡器的振荡过程
2018年12月28日星期五 模拟电子技术 12
10.2 RC正弦波振荡器
RC 电路作为选频网络的振荡器。振荡频率较低，
一般在几十kHz以下。
RC移相振荡器 选频网络采用RC超前或滞后移相网络。
RC选频振荡器 选频网络采用RC串并联谐振网络。
． IL
． IC
． I C
C1
C2
． Uf
． IL
． Uo