【文章內(nèi)容簡介】 波或余弦波，且振蕩頻率比較穩(wěn)定；非正弦波振蕩器產(chǎn)生的波形是非正弦的脈沖波形，如方波、矩形波、鋸齒波等。非正弦振蕩器的 頻率穩(wěn)定度 不高。 在正弦波振蕩器中，主要有 LC 振蕩電路、 石英晶體 振蕩電路和 RC振蕩電路 等幾種。這幾種電路，以 石英晶體振蕩器 的頻率最穩(wěn)定， LC 電路次之， RC 電路 最差。 RC 振蕩器的工作頻率較低，頻率穩(wěn)定度不高，但電路簡單，頻率變化范圍大，常在低頻段中應(yīng)用。 在通信、廣播、電視等設(shè)備中，振蕩器正逐步實(shí)現(xiàn)集成化，這些集成化正弦波振蕩器的工作原理、 電路分析 、設(shè)計(jì)方法等原則上與分立元件振蕩電路相一致。由于集成電路的集成度愈來愈高，并在向系統(tǒng)功能發(fā)展，其內(nèi)部電路日趨復(fù)雜，如果不從 系統(tǒng)組成 和單元電路原理這兩方面同時(shí)著手，那是很難弄清某一集成芯片的，振蕩器也不例外。 167。 41 正弦波振蕩電路的基本原理 167。 41 正弦波振蕩電路的基本原理 自激振蕩 無需外加輸入信號(hào)，把直流電源提供的能量 換成有一定頻率和 振幅的交流信號(hào) 一、自激振蕩電路的基本組成 組成 : A F — 實(shí)現(xiàn)單一頻率的振蕩 由上述討論可知： 正弦波振蕩電路應(yīng)由以下部分組成： 基本組成部分 : 放大電路 :放大作用 正反饋電路 ：滿足相位條件 選頻電路 ：確定 f0,保證電路產(chǎn)生正弦振蕩 非線性環(huán)節(jié)（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）：穩(wěn)幅 二、自激振蕩的條件 uo=Aui uf=Fuo ui=uf AF=1 ——— 幅度平衡條件 ui 與 uf相位相同 ?A+ ?F=2n? （ n=0,1,2…） ——— 相位平衡條件 判斷 : ，是否存在主要組成部分； Q 是否合適 （放大電路能否正常工作，信號(hào)是否可能正常傳遞，沒有被短路或斷路）； ，即是否存在 f0，是否可能振蕩； ，即是否一定振蕩。 自激振蕩的建立及穩(wěn)定過程 （ 1）起振 : 放大器在接通電源的瞬間 ,隨著電源電壓由零突然增大 ,在放大器的輸入端產(chǎn)生一個(gè)微弱的擾動(dòng)電壓，經(jīng)放大器放大，選頻電路從中選出某一頻率的信號(hào)經(jīng)反饋電路又送回放大器輸入端，再經(jīng)放大、選頻，重新又送回放大器輸入端，如此重復(fù)。 通過不斷地放大 ?正反饋 ?再放大 ?再反饋，使 Uom 不斷增大。 為了使輸出信號(hào)在接通電源后能夠產(chǎn)生從小到大的信號(hào)，在振蕩建立的初期 , 反饋信號(hào)必須大于原輸入信號(hào)，電路的起振條件為： |AF|1 （ 2）穩(wěn)定過程： 當(dāng)振蕩建立起來之后 ,由于基本放大器中的三極管器件本身的非線性或反饋支路本身與輸入關(guān)系的非線性，放大倍數(shù)或反饋系數(shù)在振幅增大到一定程度時(shí)就會(huì)降低， 當(dāng)反饋信號(hào)等于原輸入信號(hào) ,即 |AF|=1，振蕩維持到一定幅度不再變化。 電路由 : 1＞AF 1?AF 電路變?yōu)榈确袷? 可見，起振后產(chǎn)生增幅振蕩，需要穩(wěn)幅電路穩(wěn)定輸出幅度。 5. 分類 常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分類。 1) RC正弦波振蕩電路：幾百千赫以下 2) LC正弦波振蕩電路：幾百千赫～幾百兆赫 3) 石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定 167。 42 LC 正弦波振蕩電路 一、 LC 并聯(lián)諧振電路的選頻特性 LC 并聯(lián)電路 當(dāng) f=fo 時(shí) ，電路發(fā)生諧振，諧振頻率 等效阻抗最大，相移為 0176。 當(dāng) ffo 時(shí) ，等 效阻抗減小，電路呈感性。 當(dāng) ffo 時(shí) ，等效阻抗減小，電路呈容性。 LC 并聯(lián)電路幅頻特性 LCf 2π 10 ? LC 并聯(lián)電路相頻特性 二、變壓器反饋式振蕩電路 電路組成 振蕩條件的判斷 振蕩條件的判斷主要是相位平衡條件的判斷 用瞬時(shí)極性法： 在多數(shù)正弦波振蕩電路中，輸出量、凈輸入量和反饋量均為電壓量。 ——— 滿足相位平衡條件 斷開反饋，在斷開處給放大電路加 f＝ f0 的信號(hào) Ui，且規(guī)定其極性，然后根據(jù) Ui 的極性→ Uo 的極性→ Uf 的極性 若 Uf 與 Ui極性相同，則電路可能產(chǎn)生自激振蕩；否則電路不可能產(chǎn)生自激振蕩。 振蕩頻率為： 電路特點(diǎn)： （ 1）易起振 LCf ?2 10 ?（ 2）調(diào)頻方便 （ 3）輸出波形不好 （ 4）振蕩頻率不高 變壓器反饋式振蕩電路 三、電感三點(diǎn)式振蕩電路 電路組成 振蕩條件的判斷 用瞬時(shí)極性法： ——— 滿足相位平衡條件 電路特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：易起振（ L 間耦合緊） 易調(diào)節(jié)（ C 可調(diào)） 缺點(diǎn)：輸出波形差 振蕩頻率為： 四、 電容三點(diǎn)式振蕩電路 電路組成 振蕩條件的判斷 用瞬時(shí)極性法： ——— 滿足相位平衡條件 電路特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：波形較好 缺點(diǎn)： 1） 調(diào)頻不方便 2） 三極管極間電容影響 f0 3）振蕩頻率高，可達(dá) 100MHz 以上 振蕩頻率為： LCf ?2 10 ?LCf ?2 10 ? 考畢茲振蕩器 (Colpitts) C3 的改進(jìn) LC 振蕩電路的應(yīng)用電路 —— LJ124 型半導(dǎo)體接近開關(guān) LCC CCLCf21210 2 12 1?????3211111 CCCC ??? 2 12 1 30 LCLCf ?? ?? LJ124 型半導(dǎo)體接近開關(guān)電路原理圖 通過金屬體靠近感應(yīng)頭時(shí)，振蕩電路停振，輸出繼電器得電動(dòng)作；當(dāng)金屬體移開后，振蕩電路恢復(fù)振蕩，輸出繼電器斷電不動(dòng)作，從而達(dá)到控制電路工作的目的。 LJ124 型半導(dǎo)體接近開關(guān)感應(yīng)頭 167。 43 RC 振蕩電路 一、 RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 當(dāng) R1=R2=R， C1=C2=C 時(shí) 由幅頻特性和相頻特性可知： 當(dāng) f=f0 時(shí) : Fmax=1/3 ? = 0186。 當(dāng) f≠ f0時(shí) F1/3 ?≠ 0186。 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 二、 RC 橋式振蕩電路 RCf π2 10 ?組成： ——— 相位平衡條件 振蕩頻率 振蕩條件 電路： 穩(wěn)幅 措施 π2FA n????RCf ?2 10 ?1u ?FA31?F?3u??A起振時(shí)，應(yīng)使 Au 3，穩(wěn)幅后 Au = 3。 熱敏電阻穩(wěn)幅 起振時(shí)信號(hào)小， 電阻大 起振后， 電阻逐漸減小，當(dāng) AuＦ ＝１時(shí)，輸出幅度穩(wěn)定。 167。 44 石英晶體振蕩電路 一、石英晶體諧振器 1. 結(jié)構(gòu)和符號(hào) 化學(xué)成分 SiO2 壓電諧振 — fR??????? )/1( 1fuff RRARTfR 外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時(shí)，機(jī)械振動(dòng)幅度急劇加大的現(xiàn)象。 2. 壓電效應(yīng) 3. 等效電路 Co— 晶片靜態(tài)電容（幾至幾十皮法） Lq— 晶體的動(dòng)態(tài)電感（ 103 ~ 102 H）（大） Cq— 晶體的動(dòng)態(tài) 電容（小于 pF）（小） rq— 等效摩擦損耗電阻（?。? 1 qqq CLrQ?大 : 4. 頻率特性和諧振頻率 ≈ ＝ 二、石英晶體振蕩電路 1. 串聯(lián)型 f=fs，晶體呈純阻 2 1 qqS CLf ?? 2 1 q0q0qP CC CCLf ?? ? 1 0qS CCf ?? ① 石英晶體工作在哪個(gè)區(qū)？ f = fs，晶體呈純阻時(shí)，反饋電壓與輸入電壓才同相，電路振蕩。 ② 兩級(jí)放大電路分別為哪種基本接法？第一級(jí)為共基放大電路，第二級(jí)為共集放大電路。 ① 石英晶體工作在哪個(gè)區(qū)？ f=fs，晶體呈純阻時(shí)，反饋 電壓與輸入電壓才同相，電路振蕩。 ② 兩級(jí)放大電路分別為哪種基本接法？第一級(jí)為共基放大電路，第二級(jí)為共集放大電路。 ③ C1 的作用？為旁路電容，隔直通交作用。 2. 并聯(lián)型 fsffp，晶體呈感性 ① 石英晶體工作在哪個(gè)區(qū)？ fsffp，晶體呈感性 ② 是哪種典型的正弦波振蕩電路？并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路。 當(dāng) ffs 時(shí)， Lp、 Cp、 rp 支路呈感性，將與 C0 產(chǎn)生并聯(lián)諧振，石英晶體又呈阻性，諧振頻率為： 2 1 q0q0qP CC CCLf?? ? 1 0qS CCf ?? 當(dāng) ffp時(shí)，電抗主要決定于 C0，石英晶體又呈容性。所以，只有在： fsffp的情況下，石英晶體才呈感性。故呈感性的頻帶很狹窄。 一般 LC選頻網(wǎng)絡(luò)的 Q 為幾百，石英晶體的 Q可達(dá) 104～ 106；前者振蕩頻率的穩(wěn)定度為Δ f/f 為 10－ 5，后者可達(dá) 10