第四章正弦波振荡电路

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rc正弦波振荡电路设计

rc正弦波振荡电路设计
RC正弦波振荡电路的设计过程可以按照以下步骤进行：
1.确定振荡频率：根据需要，选择合适的振荡频率。

2.确定电路参数：根据振荡频率，计算RC电路的参数，即电阻R和电容C 的值。

对于正弦波振荡电路，振荡频率f与R和C的关系为f=1/2πRC。

因此，已知振荡频率f，可以求出R和C的值。

3.设计电路：根据计算出的R和C的值，设计RC正弦波振荡电路。

电路一般由放大器、RC电路和正反馈网络组成。

放大器可以选择合适的运放或比较器等器件，RC电路选择相应的电阻和电容器件，正反馈网络可以选择相应的电阻或电容元件。

4.调整电路：在实际应用中，可能需要根据实际情况对电路进行调整，以获得更好的性能。

例如，可以通过调整放大器的反馈系数、RC电路的元件值等来调整振荡频率和幅度。

5.测试电路：在调整完成后，对电路进行测试，观察是否能够正常工作并产生稳定的正弦波输出。

总之，RC正弦波振荡电路的设计需要综合考虑电路参数、元件选择、电路结构等因素，并经过调整和测试来获得最佳性能。

正弦波振荡器

要维持一定振幅的振荡，反馈系数F应设计得大一些。一般取 1/ 2 ~ 1/8，这样就可以使得在 AoF 1 时的情况下起振。
由上分析知，反馈型正弦波振荡器的起振条件是：
AoF 1
即
AAo
F1 F

2n
(n 1, 1, )
分别称为振幅起振条件和相位起振条件。
应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。
正弦波振荡电路的组成
(1) 放大电路: 放大信号
(2) 反馈网络: 必须是正反馈，反馈信号即是放大电路的输入信号
(3) 选频网络: 保证输出为单一频率的正弦波即使电路只在某一特定频率下满足自激振荡条件
17.3.2 正弦波振荡电路
正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。常用的正弦波振荡器
LC振荡电路:输出功率大、频率高。 RC振荡电路:输出功率小、频率低。石英晶体振荡电路：频率稳定度高。
在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号正好等于放大管维持及所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电压的平衡，使振荡器得以维持。
4.1.2平衡条件
振荡器的平衡条件即为
T ( j) K( j)F( j) 1 也可以表示为 T ( j) KF 1
(4 ─ 9a)
T K F 2n
2) 相位平衡的稳定条件
相位稳定条件指相位平衡条件遭到破坏时，线路本身能重新建立起相位平衡点的条件；若能建立则仍能保持其稳定的振荡。
强调指出：相位稳定条件和频率稳定条件实质上是一回事。因为振荡的角频率就是相位的变化率 d 。

模电课件91正弦波振荡电路的组成及振荡条件(精)

（1）是否满足相位条件，即电路是否为正反馈，只有满足相位条件才有可能振荡。（2）放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作点是否合适。
F ，若（3）分析是否满足幅度条件，检验 A
① ②
F ＜1，则不可能振荡。 A
F 》1，能振荡，但输出波形明显失真。 A
F ＞1，产生振荡。振荡稳定后，有稳幅措施，振荡稳定，而且 ③ A 输出波形失真小。
பைடு நூலகம்图9.1 振荡器的方框图
比较图9.1(a) 和 (b)可以看出负反馈放大电路和正 i 0 反馈振荡电路的区别。由于振荡电路的输入信号X X 。由于正、负号的改变，有下式：所以 X d f
振荡条件： A F 1 A A f F 1 F 幅度平衡条件： A 1 A
动画9-1
相位平衡条件：AF = A+ F= 2n
9.1.3 起振条件和稳幅原理
振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一些，即要求：
F |1 |A
这称为起振条件。 . . 既然 | A F | 1 ，起振后就要产生增幅振荡，电路必然产生失真。要靠稳幅环节作用，获得正弦波输出。
如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。
为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。正弦波发生电路的组成: 放大电路正反馈网络选频网络稳幅电路
9.1.2 产生正弦波的条件
产生正弦波的条件与负反馈放大电路

最简单三极管正弦波振荡电路

最简单三极管正弦波振荡电路三极管正弦波振荡电路是电子科学领域中一个极为重要的电路结构，它能够产生稳定而高质量的正弦波信号，被广泛应用于各类通信系统、音频设备、测量仪器等领域。

在不同的应用场合下，工程师们都会根据具体需求进行调整和改进，以实现更好的性能和稳定性。

正弦波振荡电路的设计始于20世纪中叶，当时的科学家们通过对三极管的性质和电路特性进行深入研究，成功地构建出了能够自主产生正弦波信号的电路。

这种电路不需要外加的正弦波信号作为输入，而是通过自身的反馈机制，在适当的条件下实现振荡。

这种自激振荡的现象为电子器件的稳定工作提供了一个重要的思路，也为后来的电路设计提供了新的方向。

最简单的三极管正弦波振荡电路通常由放大器级、反馈网络和振荡电路组成。

在这个电路中，三极管的放大特性和非线性特性被巧妙地利用，使得电路能够在特定的工作状态下产生稳定的正弦波输出。

对于一些需要高质量正弦波信号的应用来说，这种电路结构具有很大的优势。

在实际的电路设计中，工程师们会根据具体的需求和设计目标进行合理的选型和调试。

三极管的型号、参数、工作状态等因素都会对电路的性能产生重要影响，因此需要进行细致的分析和计算。

在设计过程中，工程师们通常会进行模拟仿真和实际测试，以验证电路的性能和稳定性。

通过不断地优化和改进，他们最终能够得到满足要求的正弦波振荡电路。

在实际应用中，三极管正弦波振荡电路有着广泛的应用。

在通信系统中，它可以作为射频信号源，为无线电台、调频电台等设备提供高质量的射频信号。

在音频设备中，它可以作为音频信号源，为功放、喇叭等设备提供高保真度的音频信号。

在测量仪器中，它可以作为参考信号源，为各类测量仪器提供精确的时钟信号。

这些应用场景都需要高质量的正弦波信号，而三极管正弦波振荡电路正是能够满足这些需求的理想选择。

除了最简单的三极管正弦波振荡电路外，还有一些衍生的设计方法和电路结构。

例如，可以通过调整反馈网络的参数和结构，实现不同频率范围的正弦波输出；可以通过串联或并联多个振荡电路，实现多频段的正弦波输出。

电工电子技术基础知识点详解4-1-RC正弦波振荡电路

RC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅度的交流信号。

常用的正弦波振荡电路有LC 振荡电路和RC 振荡电路两种。

RC 振荡电路的输出功率小，频率较低；LC 振荡电路的输出功率较大，频率也较高。

工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等，都是振荡电路的应用。

1．电路结构RC 正弦波振荡电路如图1所示。

它由放大电路（同相比例运算电路），RC 串并联网络(既是正反馈网络，又是选频网络)和二极管限幅电路构成。

输出电压u 0经RC 串并联网络分压后，在RC 并联电路上得出反馈电压u f ，加在同相比例运算放大器的同相输入端，作为它的输入电压u i ，R F 和R 1构成负反馈网络，并利用二极管D 1、D 2正向特性的非线性实现自动稳幅。

图1 RC 正弦波振荡电路2．RC 串并联选频网络的选频特性由图可求得传输系数：)1j(31j 1//j 1j 1//f 0RC RC C R C R C R U U F ωωωωω-+=++== )j(31o o ωωωω-+= 分析可知：仅当 0ωω=时，31f 0=U U 最大值，且u 0与 u F 同相，即网络具有选频特性，而且，C R 01ω=，即。

，RCf RC πω21100== 3．工作原理输出电压 u O 经正反馈(兼选频)网络分压后，取u f 作为同相比例电路的输入信号 u i 。

(1) 起振过程当满足1>AF 的起振条件，可得如图2所示振荡波形。

图2 起始振荡波形(2) 稳定振荡稳幅振荡波形如图3所示。

图3 稳幅振荡波形(3) 振荡频率振荡频率由相位平衡条件决定。

00F 0A ==ϕϕ处，，只有在f ，满足相位平衡条件，，0F A =+ϕϕ所以振荡频率RCf π210= 改变R 、C 可改变振荡频率由运算放大器构成的RC 振荡电路的振荡频率一般不超过1MHz 。

(4) 起振及稳定振荡的条件起振条件1>AF ，因为 | F |=1/ 3，则 311>+=R R A F u 稳定振荡条件1=AF ，| F |= 1/ 3，则 311=+=R R A F u 考虑到起振条件1>AF , 一般应选取 R F 略大2R 1。

高频电路第四章课件

Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
在谐振频率 0 1 LC 的情况下，LC并联回路呈纯电阻性，集电极输出电压与基极 a 180；输入电压反相，即根据图中变压器的同名端，次 f 180 , 级线圈引入的相位移这样 a f 0 ，满足相位平衡条件。
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振荡线路举例——互感耦合振荡器
电路的振荡频率为:
1 f0 2 LC 1 f 0≈ 2 LC
1 g r
1 g为回路总电导，r为变 r
压器初级线圈损耗电阻。
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振荡线路举例——互感耦合振荡器
环路增益 T ( s) 1 时，即 U (s) Ui (s) i
表明即使外加信号 Us (s) 0 ，也可以维持振荡输出 Uo (s)
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（二）
振荡器的平衡条件****
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振荡器的平衡条件
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振荡电路的组成
正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：
④稳幅环节：稳定输出信号的幅度，改善波形。注意这个环节既可以直接利用放大器件的非线性自动实现稳幅，也可以通过加入特定的稳幅电路来实现。
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（一）

正弦波振荡电路的振荡条件(一)

正弦波振荡电路的振荡条件(一)正弦波振荡电路的振荡条件引言•正弦波振荡电路是一种广泛应用于电子设备中的电路，它能够产生稳定的正弦波信号。

•在设计和分析正弦波振荡电路时，我们需要遵循一些振荡条件，以确保电路能够正常工作。

振荡条件的定义•振荡条件是指电路中必须满足的一系列条件，以产生稳定的振荡信号。

•如果振荡条件没有被满足，电路将无法产生振荡，或者振荡的频率和幅度将不稳定。

振荡条件的要点1.正反馈：正弦波振荡电路需要正反馈回路，以提供自激振荡的机制。

2.相位移：正反馈回路必须引入至少360度的相位移，确保振荡信号能够持续产生。

3.放大器：正弦波振荡电路需要一个放大器，以放大振荡信号并提供足够的反馈。

振荡条件的细节解释•正反馈：正反馈回路使得一部分输出信号回馈到输入端，增强输入信号的幅度。

这对于振荡电路来说是关键的，因为它能够提供持续的能量输送。

•相位移：在振荡电路中，相位移是通过反馈网络中的电容器和电感器实现的。

相位移确保了振荡信号能够保持相位差，并循环地在放大器和反馈网络之间传输。

•放大器：正弦波振荡电路中的放大器通常是一个反馈式放大器，它可以放大输入信号并将一部分输出信号回馈到输入端。

这种放大器能够提供足够的增益和反馈来维持振荡信号的稳定。

总结•正弦波振荡电路的振荡条件是满足正反馈、相位移和放大器等要求。

•只有当这些条件被充分满足时，电路才能够产生稳定的正弦波振荡信号。

以上是正弦波振荡电路的振荡条件的一些基本信息和解释。

在实际应用中，需要根据具体的电路设计和要求来选择合适的元件和参数，以确保电路能够满足振荡条件并产生稳定的振荡信号。

调节振荡条件的方法在设计和调节正弦波振荡电路时，我们可以采取以下方法来满足振荡条件并优化振荡性能：1.选择合适的反馈网络元件：反馈网络中的电容器和电感器决定了振荡信号的频率和相位移。

根据所需的频率和相位差，选择合适的元件数值和连接方式。

2.控制反馈增益：反馈增益决定了信号在电路中的放大程度。

高二物理竞赛课件LC正弦波振荡电路

9.7.3 三点式LC振荡电路
1. 三点式LC并联电路仍然由LC并联谐振电路构成选频网络中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。
三点的相位关系 A. 若中间点交流接地，则首端与尾端相位相反。 B. 若首端或尾端交流接地，则其他两端相位相同。
9.7.3 三点式LC振荡电路
2. 电感三点式振荡电路
斜率随vGS不
同而变化
AV 3
AV FV 1 稳幅
vGS=0V -1V -2V -3V
vDS
9.7.1 LC选频放大电路
等效损耗电阻
1. 并联谐振回路
1 (R jL)
Z
jC 1 R jL
jC
一般有 R L 则
L
Z
C
R j(L
1 LC
时，电路谐振。 0
1 为谐振频率
LC
谐振时
阻抗最大，且为纯阻性
Z0
L RC
Q0 L
Q
0C
其中 Q 0 L 1 1 L 为品质因数
R 0 RC R C
同时有 Ic Q Is
即 Ic IL Is
9.7.1 LC选频放大电路
阻抗频率响应
（a）幅频响应
（b）相频响应
9.7.1 LC选频放大电路
2. 选频放大电路
9.7.2 变压器反馈式LC振荡电路（定性分析）
LC正弦波振荡电路
LC正弦波振荡电路
LC选频放大电路变压器反馈式LC振荡电路三点式LC振荡电路石英晶体振荡电路
4. 稳幅措施
采用非线性元件
场效应管（JFET）
D 、R4 、C3 整流滤波
T 压控电阻
AV
1
Rp3 R3 RDS

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1 第四章正弦波振荡电路考纲解读最新考纲要求： 1、会连接LC振荡电路、RC串、并联振荡电路、石英晶体振荡电路； 2、能熟练分析LC振荡电路是否起振； 3、能运用振荡电路的工作原理，分析、排除实际电路故障。考点解读：近年题型、分值列表考点题型分值 2011年：RC正弦波振荡电路的分析计算综合题 15分

2012年： 2013年：RC文氏电桥振荡电路的分析计算综合题 15分

2014年：RC桥式振荡电路起振的条件选择题 6分

必考点：振荡电路的分析与计算重难点：RC文氏电桥振荡电路的分析计算

知识清单一、理解振荡的基本概念自激状态：无需外加信号而靠振荡器内部反馈作用维持振荡的工作状态。自激振荡器：依靠反馈维持振荡的振荡器称为反馈式自激振荡器。自激振荡器的组成：选频放大器和反馈网络。二、自激振荡的平衡条件 1、相位平衡条件反馈信号的相位必须与输入信号同相位，即反馈极性必须是正反馈。 2、振幅平衡条件反馈信号vf的振幅应等于输入信号vi的振幅，即AV·F=1。起振条件：AV·F。二、LC振荡器 1、变压器反馈式LC振荡器电路结构：电路如图4-1所示。电路特点：振荡电路容易起振，振荡频率一般为几千赫兹到几百千赫兹。 2

图4-1 2、电感反馈式振荡器电路结构：电路如图4-2所示，三极管的三个电极分别与LC回路中L的三个点相连，故而得名，又称电感三点式振荡器。电路特点：易起振且振幅大，振荡频率可达几十兆赫；缺点是振荡波形失真较大。

图4-2 3、电容反馈式振荡器电路结构：电路如图4-3所示，三极管的三个电极与电容支路的三个点相接，又称电容三点式振荡电路。电路特点：输出波形好，振荡频率可高达100 MHz以上，缺点是频率范围较小。

图4-3 3

4、振荡频率的计算 2121021CCCCLf



三、RC振荡器 1、RC串并联振荡电路电路如图4-4所示。用RC选频电路来代替LC振荡器中的LC选频电路，由RC选频反馈网络和两级阻容耦合同相放大器两部分组成。

图4-4 振荡频率为：当1R=2R=R，1C=2C=C时，

RCf210

2、RC桥式振荡电路

图4-5 电路如图4-5所示。将RC选频网络和负反馈电阻单独画出，即得电桥电路，又称文氏电桥振荡器。电路特点：振荡频率范围宽且连接可调，信号波形失真小。电路组成：同相比例运算放大器、RC串并联选频网络。选频频率：

ƒ0=RC21

振幅平衡条件： 4

反馈系数F=31（即电压增益 A=3）和Rf =2Re1 起振条件：电压增益A﹥3 四、石英晶体振荡器 1、特点石英晶体振荡器是利用石英晶体具有压电效应的特点而工作的，其频率稳定度很高。（1）石英晶体的物理化学性能十分稳定，外界因素对其性能影响很小；（2）石英晶体振荡器的Q值很高，达105以上，稳频作用强。（3）有串联和并联两个谐振频率，即fs和fp，且fs≈fp，在f= fp时，呈纯电阻性，在其他频率范围内呈容性。 2、石英晶体振荡器

（a）（b）图4-6 串联型：电路如图4-6（a）所示。石英晶体谐振器串联在反馈电路中，具有选频的功能；振荡器频率等于石英晶体的串联谐振频率时，石英晶体呈阻性，满足自激振荡条件；RS的大小可以调节，即可以调节反馈量的大小。并联型：电路如图4-6（b）所示。在电路中晶体作为感性元件，同反馈电容一起构成电容三点式振荡电路，振荡频率在fs和fp之间。五、判断正弦波振荡电路的方法 1、判断电路的组成是否正确：包含选频放大器和反馈网络。 2、判断放大电路是否正常工作。 3、判断电路是否满足相位平衡条件：用瞬时极性法判断电路为正反馈时才有可能振荡。 4、判断振幅平衡条件：只要电路参数选择合适，一般都可满足振幅平衡条件。 5、电感三点式和电容三点式：根据电路组成原则进行判断。 5

知识点精讲【知识点1】振荡电路起振的分析判断【例1】电路如图4-7所示。试用相位平衡条件判断电路是否能振荡，指出可能振荡的电路属于什么类型。

（ a）（b） Vcc

Rb1

CReRb2L2L1

**CBCE+

Rb1

Rb2L

CB1

CB2

Vcc

C1VT

（c）（d） Vcc

Rb1

ReRb2LCB1C2CB2RcuoVccRb1CRe

Rb2CB1

CEVT

（e）（f）图4-7 【分析】（a）图：该电路中集电极的直流通路被电容阻断，集电极无直流偏置，ICQ= 0，因此三极管不能进行放大，故不能产生振荡。 6

（b）图：该电路没有选频回路，而且L2并接在Rb2上，将Rb2短接，基极相当于对地短路，基极无直流偏置电压，三极管不能进行放大，因此不能产生振荡。（c）图：运用瞬时极性判断反馈类型。假设VT基极电压瞬时极性为“+”，集电极为“-”，L1的极性为上“+”下“-”，由电路连接可知L2为反馈元件，反馈电压取自L2两端，根据同名端原理，L2的极性为上“-”下“+”，反馈至VT基极极性为“-”，与原来的极性相反，使输入信号减弱，所以是负反馈，电路不满足相位平衡条件，不能产生振荡。（d）图：用瞬时极性法判断反馈类型，假设VT基极电压瞬时极性为“+”，集电极为“-”，经Cb2至LC反馈网络，该电路中，反馈信号取自电容C2

两端，C2两端的电压极性为上“-”下“+”，反馈至VT基极极性为“-”，

为负反馈，电路不满足相位平衡条件，不能产生振荡。（e）图：该电路中，VT与L、C1、C2组成电容三点式振荡电路，满足相位平衡条件，其中C2为反馈元件，适当选取其它元件参数，使电路满足幅度平衡条件就能起振。（f）图：该电路中，VT与C、L1、L2组成电感三点式振荡电路，满足相位平衡条件，其中L1为反馈元件，适当选取其它元件参数，使电路满足幅度平衡条件就能起振。

【知识点2】RC文氏桥电桥振荡器的分析与计算【例2】电路如图4-8所示：（1）保证电路振荡，求pR的最小值；（2）求振荡频率的0f的调节范围。

图4-8 【解】（1）该电路为RC文氏桥电桥振荡器，电路起振的条件是反馈系数的最大值为：Fmax=31

即电压增益至少等于3：A≥3， 7

由于运算放大器为同相比例运放，所以 )1(1RRRApf=（1+KRKp107.14）≥3 Rp≥5.3KΩ，即Rp的最小值为5.3KΩ。（2）振荡频率0f可采用下式计算

CRRf)(21320

当R2调至最大时，ƒ0最小

CRRf)(2132min0=631001.010)10010(14.321=145Hz

当R2调至最小时，0f最大

CRf3max021=631001.0101014.321=1592Hz

所以0f的调节范围是145Hz～1592Hz。【例3】在RC桥式正弦波振荡电路中，当相位平衡条件满足时，放大电路可以起振时的电压放大倍数是（） A、等于1/3 B、略大于3 C、等于3 D、等于1 【分析】RC桥式振荡电路的起振条件是：当相位平衡条件满足时，电压增益 A﹥3。所以该题选B。

【举一反三】【例3】（2013年对口招生考试题）文氏电桥振荡电路如图4-9所示。

图4-9 8

（1）请在图中指出运算放大器A两个输入端的正、负极性；（2）估算满足起振时电阻Rf至少为多少；（3）设运放A具有理想的特性，若要求振荡频率为480Hz，试计算R的阻值。【解】（1）根据文氏电桥电路连接的形式可知，运算放大器两输入端的极性是上端为“﹣”下端为“+”。（2）电路起振的条件是

311RRAf

所以 Rf =3R1-R1=2R1=2×10K=20KΩ （3）根据振荡频率的计算公式