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1、第18章 正弦波振荡电路,18.1 自激振荡,18.2 RC振荡电路,18.3 LC振荡电路,第18章 正弦波振荡电路,本章要求：1.了解正弦波振荡电路自激振荡的条件。2.了解LC振荡电路和RC振荡电路的工作原理。,正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。,18.1 自激振荡,常用的正弦波振荡器,石英晶体振荡电路：频率稳定度高。,应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。,1.自激振荡,放大电路在无输入信号
2、的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象。,开关合在“1”为无反馈放大电路。,开关合在“2”为有反馈放大电路，,开关合在“2”时,，去掉ui 仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。,自激振荡状态,2.自激振荡的条件,(1)幅度条件：,(2)相位条件：,n 是整数,相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足够的反馈量(可以通过调整放大倍数A 或反馈系数F 达到)。,自激振荡的条件,3.起振及稳幅振荡的过程,设：Uo 是振荡电路输出电压的幅度，B 是要求达到的输出电压幅度。起振时Uo 0，达到稳定振荡时Uo=B。,起振过程中 Uo 1，
3、,稳定振荡时 Uo=B，要求AuF=1，,从AuF 1 到AuF=1，就是自激振荡建立的过程。,可使输出电压的幅度不断增大。,使输出电压的幅度得以稳定。,起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。,4.正弦波振荡电路的组成,(1)放大电路:放大信号,(2)反馈网络:必须是正反馈，反馈信号即是 放大电路的输入信号,(3)选频网络:保证输出为单一频率的正弦波 即使电路只在某一特定频率下满 足自激振 荡条件,(4)稳幅环节:使电路能从AuF 1，过渡到 AuF=1，从而达到稳幅振荡。,18.2 RC振荡电路,RC选频网络正反馈网络
4、,同相比例电路,放大信号,用正反馈信号uf作为输入信号,选出单一频率的信号,1.电路结构,2.RC串并联选频网络的选频特性,传输系数：,式中：,3.工作原理,输出电压 uo 经正反馈（兼选频）网络分压后，取uf 作为同相比例电路的输入信号 ui。,(1)起振过程,(2)稳定振荡,A=0，仅在 f 0处 F=0 满足相位平衡条件，所以振荡频率 f 0=1 2RC。,改变R、C可改变振荡频率,RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。,(3)振荡频率 振荡频率由相位平衡条件决定。,振荡频率的调整,改变开关K的位置可改变选频网络的电阻，实现频率粗调；改变电容C 的大小可实现频率的细调。,振荡频率
5、,（4）起振及稳定振荡的条件,稳定振荡条件AuF=1，|F|=1/3，则,起振条件AuF 1，因为|F|=1/3，则,考虑到起振条件AuF 1,一般应选取 RF 略大2R1。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重失真。,由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅，而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。,带稳幅环节的电路(1),热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。,在起振时，由于 uO 很小，流过RF的电流也很小，于是发热少，阻值高，使RF 2R1；即AuF1。随着振荡幅度的不断加强，uO增大，流过RF 的电流也增大，RF受热而降低其阻值，使
6、得Au下降，直到RF=2 R1时，稳定于AuF=1，振荡稳定。,半导体热敏电阻,带稳幅环节的电路(1),热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。,半导体热敏电阻,稳幅过程：,思考：,若热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？,带稳幅环节的电路(2),振荡幅度较小时正向电阻大,振荡幅度较大时正向电阻小,利用二极管的正向伏安特性的非线性自动稳幅。,稳幅环节,带稳幅环节的电路（2）,图示电路中，RF分为两部分。在RF1上正反并联两个二极管，它们在输出电压uO的正负半周内分别导通。在起振之初，由于 uo 幅值很小，尚不足以使二极管导通，正向二极管近于开路此时，RF 2 R1。而,后，随着振荡幅
7、度的增大，正向二极管导通，其正向电阻逐渐减小，直到RF=2 R1，振荡稳定。,18.3 LC振荡电路,LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡(几百千赫以上)。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对 LC振荡电路的结构和工作原理作简单介绍。,18.3.l 变压器反馈式LC振荡电路,1.电路结构,正反馈,2.振荡频率 即LC并联电路的谐振频率,放大电路,选频电路,反馈网络,在调节变压器反馈式振荡电路中，试解释下列现象：（1）对调反馈线圈的两个接头后就能起振；（2）调RB1、RB2或 RE的阻值后即可起振；（3）改用较大的晶体管后就能起振；（4）适当增加反
8、馈线圈的圈数后就能起振；（5）适当增加L值或减小C值后就能起振；（6）反馈太强，波形变坏；（7）调整RB1、RB2或 RE的阻值后可使波形变好；（8）负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能 起振。,例1：,解:,(2)调RB1、RB2或 RE的阻 值后即可起振；,原反馈线圈接反，对调两个接头后满足相位条件；,(1)对调反馈线圈的两个接 头后就能起振；,调阻值后使静态工作点合适，以满足幅度条件；,(3)改用较大的晶体管后就能起振；,改用较大的晶体管，以满足幅度条件；,解:,(5)适当增加L值或减小 C值后就能起振；,增加反馈线圈的圈数，即增大反馈量，以满足幅度条件；,(4)适当增加反馈线圈的 圈
9、数后就能起振；,当适当增加L 值或减小C 值后,等效阻抗|Zo|增大，因而就增大了反馈量，容易起振；,LC并联电路在谐振时的等效阻抗,解:,(7)调整RB1、RB2或 RE 的阻值可使波形变好；,反馈线圈的圈数过多或管子的太大使反馈太强而进入非线性区，使波形变坏。,(6)反馈太强，波形变坏；,调阻值,使静态工作点在线性区，使波形变好；,(8)负载太大不仅影响输出波形，有时甚至不能起振。,负载大，就是增大了LC并联电路的等效电阻R。R的增大,一方面使|Zo|减小,因而反馈幅度减小,不易起振;也使品质因数Q减小,选频特性变坏,使波形变坏。,例2：,正反馈,注意：用瞬时极性法判断反馈的极性时，耦合电
10、容、旁路电容两端的极性相同，属于选频网络的电容，其两端的极性相反。,试用相位平衡条件判断下图电路能否产生自激振荡,18.3.2 三点式 LC振荡电路,1.电感三点式振荡电路,正反馈,放大电路,选频电路,反馈网络,振荡频率,通常改变电容 C 来调节振荡频率。,反馈电压取自L2,振荡频率一般在几十MHz以下。,2.电容三点式振荡电路,正反馈,放大电路,反馈网络,振荡频率,通常再与线圈串联一个较小的可变电容来调节振荡频率。,反馈电压取自C2,振荡频率可达100MHz以上。,选频电路,例3：,图示电路能否产生正弦波振荡,如果不能振荡，加以改正。,解：直流电路合理。旁路电容CE将反馈信号旁路，即电路中不
11、存在反馈，所以电路不能振荡。将CE开路，则电路可能产生振荡。,反馈电压取自C1,正反馈,例4：半导体接近开关,LC振荡器,开关电路,射极输出器,继电器,半导体接近开关是一种无触点开关，具有反映速度快、定位准确、寿命长等优点。它在行程控制、定位控制、自动计数以及各种报警电路中得到了广泛应用。,LC振荡器,开关电路,射极输出器,继电器,例4：半导体接近开关,变压器反馈式振荡器是接近 开关的核心部分，L1、L2及 L3绕在右图所示的的磁芯上（又称感应头）,例4：半导体接近开关,当某金属被测物体移近感应头时，金属体内感应出涡流，由于涡流的消磁作用，破坏了线圈之间的磁耦合，使 L1上的反馈电压显著降低，
12、破坏了自激振荡的幅值条件，振荡器停振，使L3上输出交流电压为零。,例4：半导体接近开关,当L3上输出交流电压为零时，二极管的整流输出电压也为零，因此T2截止，T3饱和导通，继电器KA通电。继电器KA的常闭触点接在电动机的控制回路内，可在被测金属体接近危险位置时，立即断电使电动机停转；也可将KA的常开触点接在报警电路上，同时发出声光报警。,例4：半导体接近开关,当金属被测物体离开感应头后，振荡电路立即起振，在L3上输出正弦电压，经二极管的整流后，使T2饱和导通，T3截止，继电器KA断电，常闭触点重新闭合，电动机运转。RP1用来调节振荡输出幅度，RP2可使振荡电路迅速而可靠的停振，也能促使振荡电路在被测金属物体离开感应头时迅速恢复振荡。,
