3.5正弦波振荡电路（课件）-高二《电子技术基础与技能》同步教学（人邮版）

* 第5节 正弦波振荡电路 一、正弦波振荡电路的基础知识 二、LC 正弦波振荡电路 三、石英晶体振荡器 四、RC 正弦波振荡电路 一、正弦波振荡电路的基础知识 1．振荡产生的基本过程 麦克、放大器、扬声器组成的系统是自己给自己提供了“输入”信号（扬声器输出信号的一部分反馈给麦克）。这种在没有外加输入信号的情况下就可以连续输出信号的现象称为自激振荡（简称振荡）。 常用的振荡器电路实质上是以满足自激振荡条件的反馈放大电路为基础组成的，它可以产生正弦波信号或非正弦波信号。能产生正弦波信号的振荡电路称为正弦波振荡电路。 振荡电路一般是由放大电路、选频电路、反馈电路三部分组成。实际上，选频作用总是由放大或反馈电路兼用的，所以振荡电路的方框图如图3.38 所示。 2．振荡的平衡条件 振荡的平衡条件是指振荡电路正常工作维持等幅振荡的条件。 （1）相位平衡条件 相位平衡条件要求反馈信号与输入信号相位相同，也就是正反馈。 （2）振幅平衡条件 振幅平衡条件要求反馈信号的幅度等于输入信号的幅度，uf = ui′ 。幅度条件实际上是要求放大电路的放大倍数A 与反馈电路的衰减倍数1/F 相等，则振荡的振幅平衡条件为 AF = 1 二、LC 正弦波振荡电路 1．互感反馈式 （1）电路构成。互感反馈式振荡器有多种形式，如图3.39（a）、（b）所示是两种常见形式。 （2）振荡条件。因为放大器的增益足够高，完全可以满足振幅平衡条件AF = 1，因此主要考虑相位平衡条件。 设VT 的b 极瞬时输入信号为正，则c 极信号为负，即L 的信号上正下负，次级信号极性若如图所示，则反馈回b 极的信号为正与原设的极性相同，即为正反馈，满足相位平衡条件。 （3）振荡频率。 （4）性能特点。互感反馈式振荡器容易起振、振荡幅度大，频率调节方便，但输出波形不太理想，稳定性及精度不高，适用于几十兆赫兹以内的频率范围。 2．电感反馈式（电感三点式） （1）电路构成。 （2）振荡条件。线圈L 抽头交流接地，则两端相位必然相反。例如上正下负， 共射电路输出与输入反相，再经反馈回路反相，则反馈回输入端的是同相信号，满足相位条件。 （3）振荡频率 （4）性能特点。具有耦合紧、易起振、频率调节方便，但波形失真较大。 3．电容反馈式（电容三点式） （1）电路构成。 （2）振荡条件。对于LC 并联谐振回路内部的振荡电流而言，C1、C2 是串联的，它们的相连点接地，则两端相位必然相反。放大器是反相的，又经反馈回路反相，则是正反馈。 （3）振荡频率 图3.42（b）中，等儿谐振电容是C 与C1、C2 串联的值，当C << C1、C2 时，其频率主要取决于C 和L，所以改进型电容三点式振荡器的振荡频率为 （4）性能特点。输出波形好，能产生频率较高的正弦波，振荡频率可达100MHz 以上。 三、石英晶体振荡器 1．结构 天然石英是二氧化硅（SiO2），它的物理和化学性能都非常稳定，将它按一定方位角切成薄片，称为石英晶体。在晶片的两个相对表面喷涂金属作为极板，焊上引线作为电极，再加上外壳封装即制成石英晶体振荡器，简称晶振，如图3.43 所示。 2．石英晶体的压电效应 若在石英晶体两电极加上电压，晶片将产生机械形变；反之，如在晶片上施加机械压力使其发生形变，则将在相应方向上产生电压。 3．石英晶体的压电谐振 （1）压电谐振。如果在晶体两边加上交变电压，则晶片将产生相应的机械振动，这个振动又在原电压方向产生附加电压，又引起新的机械振动，由此产生电压—机械振动的往复循环，最后达到稳定。在一般情况下，机械振动的振幅和交变电压的振幅都很小，如果外加交变电压的频率与晶体固有频率相等时，两个振幅都将急剧增大，这就是晶体的压电谐振，产生谐振的频率称为石英晶体的谐振频率。 （2）谐振频率。石英晶体的等效电路如图3.43（d）所示。它本身有两个谐振频率，串联谐振频率fs 和并联谐振频率fp。串联谐振频率是图中L 和C 的谐振频率，是石英晶体基本的谐振频率。 4．石英晶体振荡电路 石英晶体相当于电感L 串接了1 个小电容C。运放接成反相放大器，又经反馈回路反相，满足正反馈条件。 5．石英晶体振荡器的特点 石英晶体振荡器具有很高的频率稳定度，石英晶体振荡器带负载能力差，如电路有需要时可接放大器。另外，晶振怕振动，使用和保存时应注意。 四、RC 正弦波振荡电路 1．电路组成 2．振荡条件 （1）相位平衡条件。只有当容抗XC 与R 相等时，运放同相端的反馈电压才与Uo 同相（RC串、并联回路的电流超前Uo 45°，而RC 并联回路的电压落后电流45°），满足正反馈条件。 （2）振幅平衡