1、第18章 正弦波振蕩電路18.1 自激振蕩 18.2 RC振蕩電路18.3 LC振蕩電路 第1頁，共33頁。第18章 正弦波振蕩電路本章要求：1. 了解正弦波振蕩電路自激振蕩的條件。2. 了解LC振蕩電路和RC振蕩電路的工作原理。第2頁，共33頁。 正弦波振蕩電路用來產生一定頻率和幅值的正弦交流信號。它的頻率范圍很廣，可以從一赫以下到幾百兆以上；輸出功率可以從幾毫瓦到幾十千瓦；輸出的交流電能是從電源的直流電能轉換而來的。18.1 自激振蕩常用的正弦波振蕩器LC振蕩電路:輸出功率大、頻率高。RC振蕩電路:輸出功率小、頻率低。石英晶體振蕩電路：頻率穩定度高。 應用：無線電通訊、廣播電視，工業上的高

2、頻感應爐、超聲波發生器、正弦波信號發生器、半導體接近開關等。第3頁，共33頁。1Su1. 自激振蕩 放大電路在無輸入信號的情況下，就能輸出一定頻率和幅值的交流信號的現象。 開關合在“1”為無反饋放大電路。21Su 開關合在“2”為有反饋放大電路， 開關合在“2”時,，去掉ui 仍有穩定的輸出。反饋信號代替了放大電路的輸入信號。自激振蕩狀態2第4頁，共33頁。2. 自激振蕩的條件(1)幅度條件：(2)相位條件：n 是整數 相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋； 幅度條件表明反饋放大器要產生自激振蕩，還必須有足夠的反饋量(可以通過調整放大倍數A 或反饋系數F 達到) 。自激振蕩的條件第5頁，共33頁

3、。3. 起振及穩幅振蕩的過程設：Uo 是振蕩電路輸出電壓的幅度， B 是要求達到的輸出電壓幅度。起振時Uo 0，達到穩定振蕩時Uo =B。起振過程中 Uo 1，穩定振蕩時 Uo = B，要求AuF = 1， 從AuF 1 到AuF = 1，就是自激振蕩建立的過程。可使輸出電壓的幅度不斷增大。使輸出電壓的幅度得以穩定。起始信號的產生：在電源接通時，會在電路中激起一個微小的擾動信號，它是個非正弦信號，含有一系列頻率不同的正弦分量。第6頁，共33頁。4. 正弦波振蕩電路的組成(1) 放大電路: 放大信號 (2) 反饋網絡: 必須是正反饋，反饋信號即是 放大電路的輸入信號 (3) 選頻網絡: 保證輸出

4、為單一頻率的正弦波 即使電路只在某一特定頻率下滿 足自激振 蕩條件 (4) 穩幅環節: 使電路能從AuF 1 ，過渡到 AuF =1，從而達到穩幅振蕩。第7頁，共33頁。18. 2 RC振蕩電路RC選頻網絡正反饋網絡同相比例電路放大信號 用正反饋信號uf作為輸入信號 選出單一頻率的信號1. 電路結構uf+ R+RFR1 C RCuO +第8頁，共33頁。2. RC串并聯選頻網絡的選頻特性傳輸系數：。RCRC。+。式中 ： 分析上式可知：僅當 = o時， 達最大值，且 u2 與 u1 同相 ，即網絡具有選頻特性，fo決定于RC 。第9頁，共33頁。u1u2u2 與 u1 波形相頻特性（f）fo幅

5、頻特性ffo13第10頁，共33頁。3. 工作原理 輸出電壓 uo 經正反饋（兼選頻）網絡分壓后，取uf 作為同相比例電路的輸入信號 ui 。 (1) 起振過程第11頁，共33頁。(2) 穩定振蕩 A = 0，僅在 f 0處 F = 0 滿足相位平衡條件，所以振蕩頻率 f 0= 1 2RC。改變R、C可改變振蕩頻率RC振蕩電路的振蕩頻率一般在200KHz以下。(3) 振蕩頻率 振蕩頻率由相位平衡條件決定。第12頁，共33頁。振蕩頻率的調整+RFR CCuO +SSR1R2R3R3R2R1 改變開關K的位置可改變選頻網絡的電阻，實現頻率粗調； 改變電容C 的大小可實現頻率的細調。振蕩頻率第13頁

6、，共33頁。（4）起振及穩定振蕩的條件穩定振蕩條件AuF = 1 ，| F |= 1/ 3，則起振條件AuF 1 ，因為 | F |=1/ 3，則 考慮到起振條件AuF 1, 一般應選取 RF 略大2R1。如果這個比值取得過大，會引起振蕩波形嚴重失真。 由運放構成的RC串并聯正弦波振蕩電路不是靠運放內部的晶體管進入非線性區穩幅，而是通過在外部引入負反饋來達到穩幅的目的。第14頁，共33頁。帶穩幅環節的電路(1) 熱敏電阻具有負溫度系數，利用它的非線性可以自動穩幅。 在起振時，由于 uO 很小，流過RF的電流也很小，于是發熱少，阻值高，使RF 2R1；即AuF1。隨著振蕩幅度的不斷加強，uO增大

7、，流過RF 的電流也增大，RF受熱而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2 R1時，穩定于AuF=1， 振蕩穩定。半導體熱敏電阻 R+RFR1 C RCuO +第15頁，共33頁。帶穩幅環節的電路(1) 熱敏電阻具有負溫度系數，利用它的非線性可以自動穩幅。半導體熱敏電阻 R+RFR1 C RCuO + 穩幅過程： 思考： 若熱敏電阻具有正溫度系數，應接在何處？uotRFAu第16頁，共33頁。帶穩幅環節的電路(2)IDUD振蕩幅度較小時正向電阻大振蕩幅度較大時正向電阻小 利用二極管的正向伏安特性的非線性自動穩幅。 R+RF2R1 C RCuO +D1D2RF1穩幅環節第17頁，共33頁。帶穩幅

8、環節的電路（2） R+RF2R1 C RCuO +D1D2RF1 圖示電路中，RF分為兩部分。在RF1上正反并聯兩個二極管，它們在輸出電壓uO的正負半周內分別導通。在起振之初，由于 uo 幅值很小，尚不足以使二極管導通，正向二極管近于開路此時， RF 2 R1。而后，隨著振蕩幅度的增大，正向二極管導通，其正向電阻逐漸減小，直到RF=2 R1，振蕩穩定。第18頁，共33頁。18.3 LC振蕩電路 LC 振蕩電路的選頻電路由電感和電容構成，可以產生高頻振蕩(幾百千赫以上)。由于高頻運放價格較高，所以一般用分離元件組成放大電路。本節只對 LC振蕩電路的結構和工作原理作簡單介紹。第19頁，共33頁。1

9、8.3.l 變壓器反饋式LC振蕩電路 1. 電路結構正反饋2.振蕩頻率 即LC并聯電路的諧振頻率uf+LC+UCCRLC1RB1RB2RECE放大電路選頻電路反饋網絡第20頁，共33頁。 在調節變壓器反饋式振蕩電路中，試解釋下列現象：（1）對調反饋線圈的兩個接頭后就能起振；（2）調RB1、 RB2或 RE的阻值后即可起振；（3）改用較大的晶體管后就能起振；（4）適當增加反饋線圈的圈數后就能起振；（5）適當增加L值或減小C值后就能起振；（6）反饋太強，波形變壞；（7）調整RB1、 RB2或 RE的阻值后可使波形變好；（8）負載太大不僅影響輸出波形，有時甚至不能 起振。例1：第21頁，共33頁。解

10、:(2) 調RB1、RB2或 RE的阻 值后即可起振；原反饋線圈接反，對調兩個接頭后滿足相位條件；(1) 對調反饋線圈的兩個接 頭后就能起振；調阻值后使靜態工作點合適，以滿足幅度條件；(3) 改用較大的晶體管后就能起振；改用較大的晶體管，以滿足幅度條件；LC+UCCRLC1RB1RB2RECE第22頁，共33頁。解:(5) 適當增加L值或減小 C值后就能起振；增加反饋線圈的圈數，即增大反饋量，以滿足幅度條件；(4) 適當增加反饋線圈的 圈數后就能起振； 當適當增加L 值或減小C 值后, 等效阻抗|Zo|增大，因而就增大了反饋量，容易起振； LC并聯電路在諧振時的等效阻抗LC+UCCRLC1RB

11、1RB2RECE第23頁，共33頁。解:(7) 調整RB1、 RB2或 RE 的阻值可使波形變好；反饋線圈的圈數過多或管子的太大使反饋太強而進入非線性區，使波形變壞。(6) 反饋太強，波形變壞；調阻值, 使靜態工作點在線性區，使波形變好；(8) 負載太大不僅影響輸出波形，有時甚至不能起振。 負載大，就是增大了LC并聯電路的等效電阻R。 R的增大,一方面使|Zo|減小,因而反饋幅度減小,不易起振; 也使品質因數Q減小, 選頻特性變壞, 使波形變壞。 LC+UCCRLC1RB1RB2RECE第24頁，共33頁。例2：正反饋 注意：用瞬時極性法判斷反饋的極性時， 耦合電容、旁路電容兩端的極性相同，

12、屬于選頻網絡的電容，其兩端的極性相反。+UCCC1RB1RB2RECELC 試用相位平衡條件判斷下圖電路能否產生自激振蕩第25頁，共33頁。18.3.2 三點式 LC振蕩電路1. 電感三點式振蕩電路正反饋放大電路選頻電路反饋網絡+UCCC1RB1RB2RECEL1CL2RC振蕩頻率 通常改變電容 C 來調節振蕩頻率。反饋電壓取自L2振蕩頻率一般在幾十MHz以下。第26頁，共33頁。2. 電容三點式振蕩電路正反饋放大電路反饋網絡振蕩頻率 通常再與線圈串聯一個較小的可變電容來調節振蕩頻率。反饋電壓取自C2+UCCC1RB1RB2RECEC1LC2RC反相 振蕩頻率可達100MHz以上。選頻電路第2

13、7頁，共33頁。例3： 圖示電路能否產生正弦波振蕩, 如果不能振蕩，加以改正。L+UCCC1RB1RB2RECEC2解：直流電路合理。 旁路電容CE將反饋信號旁路，即電路中不存在反饋，所以電路不能振蕩。將CE開路，則電路可能產生振蕩。反饋電壓取自C1正反饋第28頁，共33頁。例4：半導體接近開關L2C2UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4LC振蕩器開關電路射極輸出器繼電器 半導體接近開關是一種無觸點開關，具有反映速度快、定位準確、壽命長等優點。 它在行程控制、定位控制、自動計數以及各種報警電路中得到了廣泛應用。第29頁，共33頁。L2C2UCCR

14、E2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4LC振蕩器開關電路射極輸出器繼電器例4：半導體接近開關 變壓器反饋式振蕩器是接近 開關的核心部分，L1、 L2及 L3繞在右圖所示的的磁芯上（又稱感應頭）L2L3L1移動的金屬體感應頭第30頁，共33頁。L2C2UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4例4：半導體接近開關 當某金屬被測物體移近感應頭時，金屬體內感應出渦流，由于渦流的消磁作用，破壞了線圈之間的磁耦合，使 L1上的反饋電壓顯著降低，破壞了自激振蕩的幅值條件，振蕩器停振， 使L3上輸出交流電壓為零。L2L3L1移動的金屬體感應頭第31頁，共33頁。L2C2UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4例4：半導體接近開關 當L3上輸出交流電壓為零時，二極管的整流輸出電壓也為零，因此T2截止， T3飽和導通，繼電器KA通電。 繼電器KA的常閉觸點接在電動機的控制回路內，可在被測金屬體接近危險位置時，立即斷電使電動機停轉；也可將KA的常開觸點接在報警電路