8.5 振荡器（课件）-《电工电子技术与技能》同步精品课堂（高教版）

《电工电子技术与技能》（高教版） 高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 第8章 放大电路与集成运算放大器 8.5振荡器 知识目标 1.学生能够理解振荡器的基本概念，包括振荡器的定义、分类以及在电子系统中的应用。 2.学生能够掌握振荡器的工作原理，了解各种类型振荡器（如RC振荡器、LC振荡器、晶体振荡器等）的基本构成和特性。 能力目标 1.学生能够了解振荡器的稳定性和频率控制方法，理解振荡器频率稳定性的重要性以及实现频率稳定的基本方法。 2.学生能够熟悉振荡器电路中的关键元件（如电阻、电容、电感、晶体管等）的作用和选择原则。 情感目标 1.学生能够分析振荡器电路的工作原理，能够根据给定的电路图分析振荡器的工作状态和性能。 2.学生能够设计简单的振荡器电路，包括选择合适的元件参数和确定电路结构。 3.学生能够利用仿真软件或实验设备对振荡器电路进行仿真或实验验证，观察和分析振荡器的输出波形、频率和稳定性等性能参数。 三维目标 导入情景 01 放大电路的作用是把外界输入的交流信号放大后再输出。振荡电 路的作用则是自身能够产生一定频率的交流信号。根据组成振荡电路 的元件分类，有LC 振荡电路、RC 振荡电路、晶体振荡电路等；根据 产生的波形分类，有正弦波振荡电路和脉冲振荡电路两大类。振荡电路在广播电视、遥控、自动控制等方面应用广泛。 新知学习 02 一、放大电路与集成运算放大器 电路组成 图3.8.22所示是共发射极变压器耦合式振荡电路。电路主要由放大、选频及反馈三部分组成： R₀₁ 、R₂ 、R。和C。组成三极管的分压式偏置电路；变压器的一次绕组和电容C 组成LC 并联谐振选频回路； L₂ 和C。组成反馈电路； L₁ 作为振荡信号的输出端接负载R。 新知学习 02 工作过程 振荡电路的工作主要分为起振和振幅稳定两个过程。 (1)起振 接通直流电源瞬间，电路中出现一个电脉冲，这个电脉冲激起的 起始信号ig、ic含有多种频率的交流成分。通过LC 回路的选频作用， 选出频率等于LC 回路的固有频率，即 通过正反馈→放大→再正反馈→再放大……于是电路起振。 (2)振幅的稳定 起振后，由于正反馈和放大作用，反馈信号大于输入端信号。振 幅不断增大，但绝不会无限制地增大。因为三极管的放大作用是非线 性的，当信号大到一定程度后，三极管的工作范围进入非线性区，放 大能力下降，振幅不再增加，自动维持平衡，此时反馈信号等于输入 端信号。 一、放大电路与集成运算放大器 新知学习 02 二、低频功率放大器的类型 图3.8.23(a) 所示为电感三点式振荡电路。振荡线圈被分成 L₁ 、L₂ 两部分，与C组成谐振选频回路；L₂ 为反馈电路。从交流通路 图3.8.23(b) 可以看出，振荡线圈的三个端点分别与三极管的三个 极相连，所以称为电感三点式振荡电路。它的特点是易起振，且输出幅度大，振荡频率 切削运动分析： 新知学习 02 电容三点式振荡电路 图3.8.24 (a) 所示为电容三点式振荡电路，L 和 C₁ 、C₂组成谐 振选频回路，正反馈电压取自C。 从图3.8.24(b) 可以看出，电容 的三个端点与三极管的三个极相接，故称电容三点式振荡电路。它的 特点是振荡频率较高，振荡稳定，而且输出波形较好。由于谐振回路 的电容由电容C₁ 、C₂ 串联组成，所以电路的振荡频率 二、低频功率放大器的类型 切削运动分析： 新知学习 02 RC 振荡电路是由电阻、电容来确定振荡频率的。与LC 振荡电路 比较，它的特点是产生的振荡频率可以很低，元件体积小，价格便 宜，调节方便，因此在音频振荡、遥控等设备中广泛应用。 实用的RC 振荡电路有多种形式，最基本的电路是单管移相式RC 振荡电路，如图3.8.25所示。 二、RC 正弦波振荡电路 切削运动分析： 新知学习 02 3. 放大电路两种基本结构 二、RC 正弦波振荡电路 切削运动分析： 新知学习 02 4.天然石英属于二氧化硅晶体(SiO₂), 将它按一定的方位角切成薄片，称为石英晶片，在石英晶片的两个相对表面喷涂金属层作为极板，焊上引线作为电极，再加上金属壳或塑胶壳封装就制成石英晶体振荡器，简称石英晶振。决定LC 振荡器或RC 振荡器振荡频率的元器件参数易受环境温度变化或电源电压波动等因素的影响，从而使振荡 频率不稳定，但石英晶体振荡器的频率稳定度大大提高。目前，石英 晶体振荡器已广泛应用于石英钟、彩色电视机、计算机等多种电子设 备中。 常见石英晶体振荡器外形、内部等效电路及图形符号如图3.8.26 所示。 二、RC 正弦波振荡电路 切削运动分析： 新知学习 02 石英晶体的电感很大，电容很小， Q 值很高。晶体的固有频率只 与晶片的几何尺寸有关，所以可做得很精确很稳定。利用石英晶振组 成的振荡电路，可获得很高的频率稳定度。 二、RC 正弦波振荡电路 切削运动分析： 新知学习 02 1.基本共射放大电路、分压式静态工作点稳定电路是常用的单 管放大电路。它们的组成原则是：直流通路必须保证三极管有合适的 静态工作点，以使交流信号在工作过程中始终处于管子的放大区；交 流通路必须保证输入信号传送到放大管输入回路，同时保证放大后的 信号传送到电路的输出端。 三、 集成运算放大器的参数 新知学习 02 3.电路中的反馈是将输出量引回到输入回路，从而影响净输入 量并改变电路性能的措施。直流反馈主要用于稳定静态工作点，交流 反馈主要用来改善电路的动态性能。 判断“有、无反馈”主要看是否存在反馈通路；判断“正、负反 馈”多采用瞬时极性法；判断“交、直流反馈”看反馈通路是存在直 流通路还是交流通路；判断“串、并联反馈”主要看输入回路中输入量与反馈量是电压叠加还是电流叠加；判断“电压、电流反馈”可以 通过将输出短路，看是否还存在反馈来判断。引入交流负反馈可以提高电路放大倍数的稳定性、减少非线性失真、展宽通频带和改变输入及输出电阻。 三、 集成运算放大器的参数 小试牛刀 题目 1： 振荡器的主要功能是什么？ A. 放大信号 B. 产生稳定的交流信号 C. 过滤信号 D. 调制信号 答案：B 解析：振荡器的主要功能是产生稳定的交流信号，而不是放大、过滤或调制信号。因此，正确答案是B。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 在LC振荡器中，什么元件存储电场能量？ A. 电感 B. 电容 C. 电阻 D. 晶体管 答案：B 解析：在LC振荡器中，电容存储电场能量，电感存储磁场能量。因此，正确答案是B。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 哪种类型的振荡器通常用于产生高精度和稳定的频率？ A. RC振荡器 B. LC振荡器 C. 晶体振荡器 D. 环形振荡器 答案：C 解析：晶体振荡器由于必须保证三极管有合适的 静态工作点，以使交流信号在工作过程中始终处于管子的放大区 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 在振荡器电路中，哪个参数决定了振荡频率？ A. 电源电压 B. 负载电阻 C. 谐振电路的参数 D. 晶体管类型 答案：C 解析：在振荡器电路中，谐振电路的参数（如电感值、电容值）决定了振荡频率。因此，正确答案是C。 尝试解答下面习题 题目 5： 当振荡器的输出频率偏离其标称值时，我们称之为什么？ A. 失真 B. 噪声 C. 频率漂移 D. 谐波失真 答案：C 解析：当振荡器的输出频率偏离其标称值时，我们称之为频率漂移。因此，正确答案是C。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： 为了稳定振荡器的频率，我们通常使用什么元件？ A. 电阻 B. 电容 C. 电感 D. 晶体 答案：D 解析：为了稳定振荡器的频率，我们通常使用晶体作为频率控制元件。因此，正确答案是D。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 7： 在环形振荡器中，振荡频率与什么因素成正比？ A. 延迟时间 B. 电源电压 C. 负载电阻 D. 晶体管数量 答案：A 解析：在环形振荡器中，振荡频率与每个阶段的延迟时间成反比（或说与总延迟时间成反比）。因此，延迟时间越长，振荡频率越低；延迟时间越短，振荡频率越高。所以，虽然选项中没有直接说“反比”，但我们可以理解为“与延迟时间的倒数成正比”。因此，最接近的答案是A。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 8： 一个LC振荡器的电感L为10mH（毫亨），电容C为1μF（微法）。求该振荡器的谐振频率。 解析： LC振荡器的谐振频率f可以用以下公式计算： [ f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} ] 其中，L是电感，C是电容。 将给定的L=10mH（即0.01H）和C=1μF（即1×10^-6 F）代入公式中，我们得到： [ f = \frac{1}{2\pi\sqrt{0.01 \times 1 \times 10^{-6}}} ] [ f = \frac{1}{2\pi \times 10^{-4}} ] [ f \approx 15.92kHz ] 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： 一个晶体振荡器的标称频率为10MHz，但由于某些原因，实际输出频率为9.9MHz。求该晶体振荡器的频率误差百分比。 解析： 频率误差百分比可以用以下公式计算： [ \text{频率误差百分比} = \left( \frac{\text{实际频率} - \text{标称频率}}{\text{标称频率}} \right) \times 100% ] 将给定的标称频率10MHz和实际频率9.9MHz代入公式中，我们得到： [ \text{频率误差百分比} = \left( \frac{9.9\text{MHz} - 10\text{MHz}}{10\text{MHz}} \right) \times 100% ] [ \text{频率误差百分比} = -1% ] 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 在今天的课堂中，我们一起深入探讨了振荡器的原理和应用。通过详细讲解和实例分析，同学们对振荡器的基本概念、工作原理以及不同类型振荡器的特点有了更加清晰的认识。 我们重点学习了LC振荡器和晶体振荡器的工作原理，并通过实例计算加深了对谐振频率和频率稳定性的理解。同时，我们也讨论了振荡器在电子系统中的重要性和应用，让同学们意识到振荡器在现代电子技术中的不可或缺的地位。 在课堂互动环节，同学们积极提问，对振荡器的实际应用和未来发展表现出了浓厚的兴趣。这种积极的课堂氛围有助于培养大家的创新思维和实践能力。 通过本节课的学习，同学们不仅掌握了振荡器的基本知识，还学会了如何运用所学知识解决实际问题。希望大家能够将所学知识应用到日常生活和未来的工作中，不断探索和实践，为电子技术的发展做出贡献。 最后，感谢同学们的积极参与和提问，也希望大家能够继续保持这种学习热情和探索精神，在未来的学习中取得更大的进步。本节课虽然结束，但我们对电子技术的探索和学习永无止境。让我们一起努力，共同迈向更高的科技巅峰！ 作业布置 04 1.请简要描述振荡器的基本定义和主要功能。 2.列举并解释三种不同类型的振荡器（如LC振荡器、RC振荡器、晶体振荡器），并说明它们各自的特点和应用场景。 3.解释谐振频率的概念，并给出谐振频率的计算公式。使用公式计算一个给定LC电路的谐振频率（假设L=10mH，C=1μF）。 感谢观看 $$