第五章 正弦波振荡电路（课件）-高二《电子技术基础与技能》同步教学（重庆大学出版社）

1 第五章 正弦波振荡电路 １．知识目标 （１）记住自激振荡的条件，会判别正弦波振荡电路的类型； （２）知道 ＲＣ、ＬＣ振荡电路和石英晶体振荡电路的工作原理，会估算振荡频率。 ２．能力目标 （１）会安装和调试 ＲＣ振荡器； （２）能使用示波器观察正弦波振荡器的输出 波形； （３）会使用频率计测量频率； （４）能排除振荡器的简单故障。 2 第一节 振荡电路的组成 振荡电路是指在无外加激励信号的条件下，能自行将直流信号转化成一定频率、一定波形和一定幅度的交流信号的电路。振荡电路按输出信号波形的不同可分为两大类，即正弦波振荡电路和非正弦波振荡电路，这里主要讨论正弦波振荡电路。 一、正弦波振荡电路的组成及类型 1.正弦波振荡电路的组成 正弦波振荡电路主要由放大电路、选频电路和正反馈网络３部分构成。将放大器的输出通过正反馈电路反送回输入端，使输入的信号增强从而形成振荡。正弦波振荡电路的组成如图５.１所示，其中，ｕｉ 为输入信号，ｕｏ 为输出信号，ｕｆ 为反馈信号。 3 2.正弦波振荡电路的类型 常用的正弦波振荡电路按构成选频网络的元件不同可分为 ＬＣ振荡电路、ＲＣ振荡电路和石英晶体振荡电路３类。 4 二、自激振荡的条件 自激振荡是不需要外来信号而靠振荡器内部正反馈维持的振荡，要起振必须满足幅度平衡和相位平衡两个条件。 1.幅度平衡条件 幅度平衡条件指反馈信号的幅度必须满足一定数值，才能补偿振荡中的能量损耗。在振荡建立的初期，反馈电压ｕｆ 应大于输入电压ｕｉ，使振荡逐渐增强，振幅越来越大，最后趋于稳定。即使达到稳定状态，其反馈信号也不能小于原输入信号，才能保持等幅振荡。 2.相位平衡条件相位平衡条件指放大器的反馈必须为正反馈，即反馈信号必须与输入信号同相位。 5 一、LC振荡电路 采用电感Ｌ、电容Ｃ并联回路作为选频网络的振荡电路称为ＬＣ振荡电路，它主要用来产生高频正弦振荡信号，一般在１ＭＨｚ以上。根据反馈形式的不同，ＬＣ振荡电路可分为变压器反馈式和电容三点式、电感三点式振荡电路。 1.变压器反馈式振荡电路 （１）电路结构 典型的变压器反馈式振荡电路如图５-２所示。 第二节 常用振荡器 6 7 （２）工作原理分析 ①是否满足幅度平衡条件 一般来讲，幅度平衡条件容易满足，只要放大器处 于正常放大状态且放大倍数足够即可。 ②是否满足相位平衡条件（即是否满足正反馈条件） 用电压瞬时极性法来分析。图５-２中，设 Ｖ 的基极极性为“＋”，则集电极（输出）为“－”，根据线圈同名端可看出 Ｌｆ 上端为“＋”，所以反馈到基极的电压极性为“＋”，与输入信号同相位，故为正反馈，满足相位平衡条件。 8 （３）振荡频率 图５-２中，振荡频率决定于ＬＣ并联谐振回路的谐振频率ｆ０，即 （４）变压器反馈式振荡电路的特点 变压器反馈式振荡电路的特点见表５-１。 9 2.三点式振荡电路 电容或电感（反馈部分）的３个端点分别接晶体管的３个极，故称为三点式振荡电路。三点式振荡电路主要分为电感三点式和电容三点式振荡电路，具体见表５-２所示。 10 11 12 二、RC桥式振荡器 当ＬＣ振荡器用于低频振荡时，所需要的 Ｌ和 Ｃ的数值均应很大，这种损耗小的大电感和大容量电容制作困难，所以在低频振荡器中常采用ＲＣ振荡器。ＲＣ振荡器的选频网络由 ＲＣ串、并联电路组成。 1.RC串、并联网络的选频特性 ＲＣ串、并联选频网络电路如图５-４所示。 ＲＣ串、并 联 选 频 网 络 电 路 选 频 特 性 见 表 ５-３所示。 13 14 15 2.RC桥式振荡电路 （１）电路结构 将ＲＣ串并联选频网络和放大器结合起来即可 构成 ＲＣ振荡电路，放大器可采用集成运放，电路如图５-５所示。 16 （３）振荡频率的计算 振荡频率等于 ＲＣ回路的选频频率，即 （４）ＲＣ振荡电路的特点 ＲＣ振荡电路的特点见表５-４。 17 三、石英晶体振荡器 1.石英晶体振荡器件 天然石英是二氧化硅晶体，将它按一定的方位角切成薄片，称为石英晶体。在晶片的两个相对表面喷涂金属层作为极板，焊上引线作电极，再加上金属壳、玻壳或胶壳封装即构成石英晶体振荡器，如图５-６所示。石英晶体的结构和符号如图５-７所示。 18 19 2.石英晶体振荡电路 常见的石英晶体振荡电路有并联型、串联型和集成电路型，具体见表5-5所示。 20 21 一、实训目的 （１）知道 ＲＣ正弦波振荡器的工作原理； （２）学会对 ＲＣ正弦波振荡器的调试和测量。 二、实训电路 实训电路如图５.８所示。Ｒ１、ＲＰ２、Ｖ２、Ｖ３、Ｃ２ 构成 ＲＣ振荡器，温度低时，Ｒｔ 阻值小，Ｖ１ 截止，电路不能构成回路，所以不工作；当温度升高到一定程度后，