模电第23讲 正弦波振荡电路

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第二十三讲 正弦波振荡电路

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第二十三讲 正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成 二、RC正弦波振荡电路 三、LC正弦波振荡电路 四、石英晶体正弦波振荡电路

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一、正弦波振荡的条件和电路的组成1. 正弦波振荡的条件 无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。 无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。 与负反馈放大电路的振荡的不同之处： 与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电 路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。 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 的信号形成正反馈： 在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈： X o ↑→ X i' → X o ↑↑ 由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制， 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。 终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。。

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1. 正弦波振荡的条件一旦产生稳定的振荡， 一旦产生稳定的振荡，则 电路的输出量自维持， 电路的输出量自维持，即 X = AFXo o

AF = 1 AF = 1 A + F = 2nπ

幅值平衡条件 相位平衡条件

起振条件： 起振条件： AF > 1 要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的 要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0,且在 合闸通电时对于f= 信号有从小到大直至稳幅的过程， 合闸通电时对于 f0信号有从小到大直至稳幅的过程， 即满足起振条件。 即满足起振条件。

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2. 起振与稳幅电路如何从起振到稳幅？ 电路如何从起振到稳幅？ AF > 1

Xo Xo

F

A

A

F

稳定的 振幅

非线性环节 的必要性！ 的必要性！

A F

o

Xf (Xi)

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3. 基本组成部分1) 放大电路：放大作用 放大电路： 2) 正反馈网络：满足相位条件 正反馈网络： 3) 选频网络：确定 0,保证电路产生正弦波振荡 选频网络：确定f 4) 非线性环节(稳幅环节):稳幅 非线性环节(稳幅环节): ):稳幅

}

常合二为一

4、分析方法1) 是否存在主要组成部分； 是否存在主要组成部分； 2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的 点，信号是 放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点 否可能正常传递，没有被短路或断路； 否可能正常传递，没有被短路或断路； 3) 是否满足相位条件，即是否存在 f0,是否可能振荡 ； 是否满足相位条件， 4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。

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相位条件的判断方法： 相位条件的判断方法：瞬时极性法+ U i

极性？ 极性？

在多数正弦波振荡电路 输出量、 中，输出量、净输入量和 反

馈量均为电压量。 反馈量均为电压量。

断开反馈， 断开反馈，在断开处给放大电路加 f=f0的信号 i,且规 = 的信号U 定其极性， 定其极性，然后根据 Ui的极性 Uo的极性 Uf的极性 的极性→ 的极性→ 极性相同，则电路可能产生自激振荡； 若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不 可能产生自激振荡。 可能产生自激振荡。

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5. 分类常用选频网络所用元件分类。 常用选频网络所用元件分类。 1) RC正弦波振荡电路：几百千赫以下 正弦波振荡电路： 千赫以下 正弦波振荡电路 几百千赫 2) LC正弦波振荡电路：几百千赫~几百兆赫 正弦波振荡电路：几百千赫~几百兆赫 正弦波振荡电路 千赫 3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定 石英晶体正弦波振荡电路：

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二、RC 正弦波振荡电路1. RC串并联选频网络 串并联选频网络低频段. Uf . I . Uo

f → 0,U f → 0, F → +90°

高频段 在频率从0~ 在频率从 ~∞ 中必有一个频率 f0,φF=0º。 。

. I . Uo . Uf

f → ∞,U f → 0, F → 90°

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RC串并联选频网络的频率响应 串并联选频网络的频率响应 = Uf = F Uo R + R∥ 1 jω C 1 jω C 1 jω C

+R ∥

F=

1 1 3 + j(ω RC ) ω RC

1 1 = 令f 0 = ,则F f f 2π RC 3 + j( 0 ) f0 f

最大， 不但φ=0,且 F 最大，为1/3。 当 f=f0时，不但 ， 。

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2. 电路组成不符合相位条件 不符合相位条件

1)是否可用共射放大电路？ 是否可用共射放大电路？ 是否可用共射放大电路 2)是否可用共集放大电路？ 是否可用共集放大电路？ 是否可用共集放大电路 3)是否可用共基放大电路？ 是否可用共基放大电路？ 是否可用共基放大电路 4)是否可用两级共射放大电路？ 是否可用两级共射放大电路？ 是否可用两级共射放大电路输入电阻小、输出 输入电阻小、 电阻大，影响f 电阻大，影响 0 可引入电压串联负反馈， 可引入电压串联负反馈，使 电压放大倍数大于3, 电压放大倍数大于 ，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 、输入电 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、 应为 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路 的放大电路。 阻趋于无穷大、输出电阻趋于 的放大电路。

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3. RC桥式正弦波振荡电路(文氏桥振荡器) 桥式正弦波振荡电路(文氏桥振荡器) 桥式正弦波振荡电路用同相比例运算电路作放大电路。 用同相比例运算电路作放大电路。

Rf ≥ 2R1

因同相比例运算电路有非常好的线 性度， 性度，故R或Rf可用热敏电阻，或加 或 可用热敏电阻， 二极管作为非线性环节。 二极管作为非线性环节。

文氏桥振荡 器的特点？ 器的特点

?

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频率可调的文氏桥振荡器

改变电容以粗调， 改变电容以粗调，改变电 位器滑动端以微调。 位器滑动端以微调。 加稳压管可以限制输出电 压的峰-峰值 峰值。 压的峰 峰值。同轴 电位器

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讨论一：合理连接电路， 讨论一：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路+

+

+

+

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讨论二：判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？ 讨论二：判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？RC 双T选频网络 选频网络 RC 移项式电路

+ Ui

+

1) RC 移相电路有几级才可 能产生正弦波振荡？ 能产生正弦波振荡？ 2) 若R 和C 互换呢？ 互换呢？

选频网络和正反馈 网络是两个网络。 网络是两个网络。

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三、LC 正弦波振荡电路1. LC并联网络的选频特性 并联网络的选频特性 并联理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性， 理想 并联网络在谐振时呈纯阻性，且 并联网络在谐振时呈纯阻性 阻抗无穷大。 阻抗无穷大。 1 谐振频率为 f 0 = 2 π LC 在损耗较小时， 在损耗较小时，品质因数及谐振频率1 L 1 Q≈ ,f 0 ≈ R C 2 π LC

损耗

电容和电感中电流各约为多少？ 在f=f0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电 = 阻为多少？ 阻为多少？