《模擬電子產(chǎn)品裝接與調試》醫(yī)療器械肖波2009.9正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路的工作原理RC

正弦振蕩LC

正弦振蕩信號產(chǎn)生電路(振蕩器—Oscillators)分類：正弦波振蕩:非正弦波振蕩：RC振蕩器(1kHz--數(shù)百kHz)LC振蕩器(幾百kHz以上)石英晶體振蕩器(頻率穩(wěn)定度高)方波、三角波、鋸齒波等主要性能要求：輸出信號的幅度準確穩(wěn)定輸出信號的頻率準確穩(wěn)定基本放大電路A反饋回路F12開關在1的位置上：開關在2的位置上：不需要輸入，放大器也能工作。——自激振蕩FA=1Xid=Xf所以，自激振蕩條件也可以寫成：自激振蕩的條件：（1）振幅條件：（2）相位條件：pjjnFA2=+n是整數(shù)因為：..Xidof基本放大器A反饋網(wǎng)絡FXX起振條件：放大器Au反饋網(wǎng)絡FuUoUfUi

1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu

>1Au

Fu

<1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf

起振穩(wěn)幅??Uo是振蕩器的輸出電壓，設B為要輸出的電壓。起振時，Uo=0；穩(wěn)定振蕩時，Uo=B。起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：Uo＜B時，AF＞1；

Uo＝B時，AF＝1；Uo＞B時；AF＜1。穩(wěn)幅1.放大電路。2.正反饋網(wǎng)絡。3.選頻網(wǎng)絡——只對一個頻率滿足振蕩條件，從而獲得單一頻率的正弦波輸出。常用的選頻網(wǎng)絡有RC選頻和LC選頻。4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——使電路易于起振又能穩(wěn)定振蕩，波形失真小。三.正弦波振蕩器的一般組成放大器選頻正反饋網(wǎng)絡UoUfUi選頻放大器正反饋網(wǎng)絡UoUfUi判斷:1.檢查電路組成2.“Q”點是否合適3.是否滿足起振條件第二節(jié)RC正弦波振蕩電路一.RC

串并聯(lián)網(wǎng)絡的選頻特性R1C1

串聯(lián)阻抗：R2C2

并聯(lián)阻抗：選頻特性：1.定性分析：（1）當信號的頻率很低時。>>R1>>R2其低頻等效電路為：其頻率特性為：當ω=0時，uf=0，│F│=0=+90°當ω↑時，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF90°（2）當信號的頻率很高時。＜＜R1＜＜R2其高頻等效電路為：其頻率特性為：當ω=∞時，uf=0，│F│=0=-90°當ω↓時，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF-90°ω0=？│F│max=？由以上分析知：一定有一個頻率ω0存在，當ω=ω0時，│F│最大，且=0°0|F|0φF90°0|F|0φF-90°2.定量分析R1C1

串聯(lián)阻抗：R2C2

并聯(lián)阻抗：頻率特性：通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：式中：可見：當時，│F│最大，且=0°

│F│max=1/3RC串并聯(lián)網(wǎng)絡完整的頻率特性曲線：當時，│F│=│F│max=1/3φF+90°|F|RC串并聯(lián)（橋式）振蕩電路R3Uo

R4Ui

∞A+_R1R2C1C2同相比例運算器：選頻電路：能自動穩(wěn)幅的振蕩電路半導體熱敏電阻(負溫度系數(shù)）起振時Rt較大使A>3,易起振。當uo幅度自激增長時，Rt減小，A小。

當uo幅度達某一值時，A→3。

當uo進一步增大時，RT再減小,使A<3。

因此uo幅度自動穩(wěn)定于某一幅值。能自動穩(wěn)幅的振蕩電路

起振時D1、D2不導通，Rf1+Rf2略大于2R1。隨著uo的增加，D1、D2逐漸導通，Rf2被短接，A自動下降，起到穩(wěn)幅作用。將Rf分為Rf1

和Rf2，

Rf2并聯(lián)二極管粗調振蕩頻率細調振蕩頻率振蕩頻率的調節(jié)：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：二、RC移相式振蕩電路

1.RC移相電路

（1）RC超前移相電路

（2）RC滯后移相電路

φA+90°+180°+270°0°φA-90°-180°-270°0°2.RC移相式振蕩電路

在f0處滿足相位條件：第三節(jié)、LC

振蕩電路類型：變壓器反饋式、電感三點式、電容三點式一、變壓器反饋式LC

振蕩電路LrCIs.L的等效損耗電阻(一)LC

并聯(lián)回路的特性Z1.諧振頻率f02.諧振阻抗Z03.回路品質因數(shù)Q4.頻率特性幅頻特性相頻特性5.并聯(lián)諧振的本質—

電流諧振LuCr–

+iiLiC1)

Z=Z0

呈純阻2)形成環(huán)流，大小是總電流的Q

倍??IC?IL?U?I?互感線圈的極性判別1234初級線圈次級線圈同名端1234+–+–

在LC振蕩器中，反饋信號通過互感線圈引出同名端：第四節(jié)、石英晶體(Crystal)振蕩電路一、石英晶體諧振器的阻抗特性1.結構和符號化學成分

SiO2結構晶片涂銀層焊點符號2.壓電效應形變形變機械振動外力壓電諧振—外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時，機械振動幅度急劇加大的現(xiàn)象。機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關，穩(wěn)定性高。3.等效電路rqC0CqLqLq

—

晶體的動態(tài)電感

(10-3~102H)(大)Cq

—晶體的動態(tài)電容

(<0.1pF)(小)rq

—

等效摩擦損耗電阻(小)Co

—晶片靜態(tài)電容

(幾~幾十pF)大小小大4.頻率特性和諧振頻率fXfPfS容性容性感性二.石英晶體振蕩電路利用石英晶體的高品質因數(shù)的特點，構成LC振蕩電路。1.并聯(lián)型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs與fp之間，相當一個大電感，與C1、C2組成電容三點式振蕩器。由于石英晶體的Q值很高，可達到幾千以上，所以電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。2.串聯(lián)型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs處，呈電阻性，而且阻抗最小，正反饋最強，相移為零,滿足振蕩的相位平衡條件。對于fs以外的頻率，石英晶體阻抗增大,且相移不為零，不滿足振蕩條件，電路不振蕩。X感性0容性第五節(jié)非正弦波信號產(chǎn)生電路電壓比較器方波產(chǎn)生電路三角波發(fā)生電路1.運放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開環(huán)或引入正反饋。運放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法2.運放工作在非線性狀態(tài)的分析方法：若U+＞U-

則UO=+UOM；

若U+＜U-

則UO=-UOM。

虛斷（運放輸入端電流=0）

注意：此時不能用虛短！uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOM1.過零比較器:（門限電平=0）uoui0+UOM-UOM一.單門限電壓比較器tuituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲ā?.單門限比較器（與參考電壓比較）uoui0+Uom-UomUREFUREF為參考電壓當ui>UREF時,uo=+Uom當ui<UREF時,uo=-Uom

運放處于開環(huán)狀態(tài)uoui0+Uom-UomUREF當ui<UREF時,uo=+Uom當ui>UREF時,uo=-Uom

若ui從反相端輸入uoui0+UZ-UZ（1）用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓3.限幅電路——使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值當ui>0時,uo=+UZ當ui<0時,uo=-UZ

（2）穩(wěn)幅電路的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在負反饋回路中uoui0+UZ-UZ當ui>0時,uo=-UZ當ui<0時,uo=+UZ

二.遲滯比較器1.工作原理——兩個門限電壓。特點:電路中使用正反饋——運放工作在非線性區(qū)。（1）當uo=+UZ時，（2）當uo=-UZ時，UT+稱上門限電壓UT-稱下門限電壓UT+-UT-稱為回差電壓遲滯比較器的電壓傳輸特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-設ui

,當ui=<UT-時,

uo從-UZ+UZ這時,uo=-UZ,u+=UT-設初始值:

uo=+UZ,

u+=UT+設ui

,當ui=>UT+時,

uo從+UZ-UZ例題：Rf=10k，R2=10k

，UZ=6V，UREF=10V。當輸入ui為如圖所示的波形時，畫出輸出uo的波形。上下限：uoui08V3V傳輸特性+6V-6V3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V傳輸特性+6V-6V抗干擾OuIt單門限比較UTuOUOHUOLOt遲滯比較OuItUT-UT+UOHUOLOtuO整形OuItUT+UT-OuOtUOHUOLOuItUT+UT-OuOtUOHUOL1.電路結構由滯回比較電路和RC定時電路構成上下限:三、方波發(fā)生器2.工作原理：(1)設uo

=

+UZ,

此時，uO給C充電,uc

，則：u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦uc>UT+

,就有u->u+,uo

立即由＋UZ變成－UZ

。在uc<UT+

時，u-

<u+,

設uC初始值uC(0+)=0方波發(fā)生器uo保持+UZ不變+UZ此時，C向uO放電,再反向充電(2)當uo

=

-UZ時，u+=UT-uc達到UT-時，uo上跳。UT+uctUT-當uo

重新回到＋UZ

后，電路又進入另一個周期性的變化。-UZ0UT+uctUT-+UZuo0t

-UZT完整的波形：計算振蕩周期T。周期與頻率的計算：0UT+uctUT-

+UZ

-UZT1T2TT=T1+T2=2T2

uc(t)=UC()+