电子技术基础—正弦波振荡电路.docx

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1、电子技术基础一正弦波振荡电路一、产生正弦波振荡的条件1 .自激振荡即使放大电路的输入端不加信号，但由于热噪声及电磁场变化等原因，在它的输出端也会出现某种频率和幅度的波形，这种现象称为自激振荡。对于放大电路来说，它是十分有害的，应当设法避免和消除。但是，对于波形发生电路来说，它却是应当加以利用的。在放大电路中，其目的是放大输入信号，不允许有自激振荡，也就是要破坏自激振荡的条件。而在波形发生电路中，其目的是利用自激振荡产生波形，因此应设法满足自激振荡条件。2 .自激振荡形成的条件自激振荡形成条件的分析方框图如图1-2-1所示。当开关打在端点“1时，若放大电路的输入信号S为正弦信号，那么输出信号。为

2、放大了的正弦信号。正反馈网络把这个信号引回到输入端，形成反馈信号以选择适当的传输系数F,使（Jf句。此时，若把开关打在端点“2卸使去掉端点1,输出仍维持不变。此时，电路中没有输人信号，但仍有一定幅度和一定频率的正弦波信号输出，形成自激振荡。自激振荡形成的基本条件是Uf=Ui,即：D反馈信号与输入信号大小相等，即ItM=I（M,称为幅度条件。2）反馈信号与输人信号的相位相同，称为相位条件。3 .起振和稳幅在实际电路中并没有开关和输人信号，那么图1-2-1的正弦波的输出信号是如何产生的呢?放大电路在接通电源的瞬间，随着电源电压由零开始突然增大，电路受到扰动，在放放大电路大器的输入端产生一个微弱的扰

3、动电压u经放大器放大、正反馈,再放大、再反馈如此反复循环，只要ItHUJ,输出信号就会由小逐渐变大，即振荡电路就会自行起振或称作能够自激。正弦波振荡电路起振后，它的输出信号将随时间逐渐增大。当它的幅值增大到一定程度后，放大器中的三极管就会接近甚至进入饱和区或截止区反馈电路区，输出波形就会失真，因此，一般还需要稳幅环节，以达到IUfUtJiI,使输出幅度稳定且波形又基本上不失真。二、正弦波振荡电路基本组成1 .放大电路利用晶体管的放大作用，使电路具有足够的放大倍数，以获得较大的输出电压。没有放大，不可能产生正弦波振荡。放大电路不仅必须有供给能量的电源,而且应当结构合理且静态工作点正确，以保证放大

4、电路具有放大作用。2 .反馈网络把输出信号反馈到输入端，作为放大电路的输入信号，如果反馈信号的大小和相位满足自激振荡的条件，即必须是正反馈，电路才产生振荡。它的主要作用是形成正反馈，以满足相位条件。3 .选频网络接通直流电源起振时在电路中激起的电压和电流的变化，往往是非正弦的，含有各种频率的谐波分量。为了得到单一频率的正弦输出电压，振荡电路还必须具有选频电路。它的主要作用是只让单一频率满足振荡条件，以产生单一频率的正弦波。选频网络所确定的频率一般就是正弦波振荡电路的振荡频率f,0三、1C振荡电路在很多正弦波振荡电路中，选频网络与反馈网络结合在一起，即同一个网络既用于选频，又用于反馈。一般1C振

5、荡器的振荡频率大约在几千赫到几百兆赫的范围内，所以它可以产生高频信号。1 .电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路如图1-2-2所示。电感线圈的三点分别同晶体管的3个极相联。G、C2及CS对交流都可视作短路。反馈线圈是电感线圈的一段，通过它将反馈电压送到输入端。这样，可以保证实现正反馈。反馈电压的大小可改变抽头的位置来调整。通常反馈线圈12的匝数为电感线圈总匝数的1/41/8。电感三点式振荡电路的振荡频率为0-=G、R2、C2所组成的串并联选频电路构成了选频和正反馈部分。输入电压u;是从R2C2并联电路的两端取出的，它是输出电压Uo的一部分。对Ri、G、IR2、C2选频电路讲，如果取R1=R2=

6、R,C=C2=C,只有当f=f0=12RC时，U0和Ui同相，并且有由上可见，&、G、R2、C2串并联电路具有选频性，当R1G、R2、C2-经选定后，只能对一个频率产生自激振荡（如果没有G、C2,则对任何频率都能产生自激振荡）,输出的是正弦信号；为了满足自激振荡的相位条件，放大电路采用两级共射放大，每一级的相移为180。;起振时要求放大电路的电压放大倍数Au3,最后受到晶体管非线性的限制,使IAUI=3。在图1-2-4的放大部分引入串联电压负反馈，电位器只R,是反馈电阻，调节R,就可以调节负反馈量。起振时调节电压放大倍数，使其稍大于3。此外，引入负反馈后，还可以提高振荡电路的稳定性并使输出电压

7、的波形更接近正弦波。五、振荡器应用实例图1-2-5为点火器由“、11C2和1z组成正弦振荡器。这种正弦振荡器为共集电极射极输出器，其输入阻抗大输出阻抗小，而且具有带负载能力强等优点。其振荡频率为170kHZo振荡器当G、1两端加上电压时，由于电感与电容之间储存的电能转换就形成1C之间的振荡，为了正当幅度不衰减下来，补充电能靠正反馈线圈1z,1z是与11绕在一起的另一绕组，利用变压器原理，将11的电压感应到1z上来，返回来送到TI的基极，经放大T3又送到匕、1上来，以维持等幅振荡。G为正反馈线圈1z提供交流通路。1C振荡器的频率稳定度一般小于10“量级。用石英晶体组成的振荡器频率稳定度可达10-

8、8所以在要求频率稳定度高于10-6以上的设备中，石英晶体振荡器得到了广泛的应用。1石英晶体的特点和等效电路D基本特性若在石英晶片两极加一电场，晶片会产生机械变形。相反，若在晶片上施加机械压力，则在晶片相应的方向上会产生一定的电场，这种物理现象称为压电效应。因此当晶片的两极加上交变电压时，晶片就会产生机械变形振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。当外加交变电场的频率为某一特定频率时，振幅才突然增加，比一般情况下的振幅要大得多，称为压电谐振。这和1C回路的谐振现象十分相似，因此石英晶体又称为石英谐振器。2）等效电路石英谐振器的符号和等效电路如图1-2-6所示。当晶体不振动时，可把它看成是一个平

9、板电容器C。,称为静电电容。当晶体振动时,有一个机械振动的惯性，用电感1来等效，晶片的弹性一般以电容C来等效。晶片振动时因摩擦而造成的损耗则用R来等效。从石英谐振器的等效电路可知，这个电路有两个特定的谐振频率，当1、C、R支路串联谐振时，等效电路的阻抗最小（几乎等符号于零）,串联谐振频率为2.石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器电路形式是多样的，但基本电路只有两类，即并联晶体振荡电路和串联晶体振荡电路。1）并联型晶体振荡电路并联型晶体振荡器如图1-2Ta）所示，图1-27b）是它的交流等效电路，振荡回路由G、C2和晶体组成。晶体在回路中起电感1的作用，即振荡频率在晶体振荡器的fs和fp之间。谐振频率近似为.*2火，1C其中C是晶体管的弹性等效电容。从上式可知，谐振频率基本上是由晶体的固有频率fs所决定，其振荡频率稳定性高。2）串联型晶体振荡电路图1-2-8是串联型晶体振荡电路。晶体接在7、Tz组成的正反馈电路中。当振荡频率等于晶体的串联谐振频率fs时，晶体的阻抗最小，且为纯电阻，电路满足自激振荡条件而振荡。对于fs以外的其他频率，晶体的阻抗增大，相移不为零，不满足自激条件。调节电阻R可获得良好的正弦波输出。由于石英晶体特性良好，而且仅有两根引线，安装简便，调试方便，所以石英晶体在正弦波振荡电路和方波发生电路中获得广泛的应用。