第5篇正弦波振荡电路.doc

第5章　正弦波振荡电路 本章要点： 自激振荡的特点 正弦波振荡电路的基本组成 RC正弦振荡电路的组成及特点 LC正弦波振荡电路的组成及特点 本章难点： 桥式RC振荡电路的基本组成及特点 变压器式振荡电路的组成及特点 三点式振荡电路的组成及特点 5.1　正弦波振荡电路的基础知识 5.1.1　自激振荡现象 一般放大电路,输入端加一输入信号后才有输出信号。如果放大电路的输入端不外加信号，而放大电路输出端仍然有一定频率和幅度的输出信号存在，这种现象称为放大电路的自激振荡。在放大电路中，若有自激存在，则放大电路将不能正常工作，应尽量避免自激的现象发生；而在振荡电路中，则是利用自激振荡现象来产生一定频率和幅度的输出电压信号。 5.1.2　自激振荡形成的条件 可以借助图5-２所示的方框图来分析正弦波振荡形成的条件。 图5-2 反馈放大电路 由此可见, 自激振荡形成的基本条件是反馈信号与输入信号大小相等、 相位相同, , 而 (5-1) 这包含着两层含义: （１） 反馈信号与输入信号大小相等, 表示 即称为幅度：（5-2） （２） 反馈信号与输入信号相位相同, 表示输入信号 经过放大电路产生的相移φA和反馈网络的相移φF之和为0, 2π, 4π, …, 2nπ, 即φA+φF=2nπ(n=0, 1, 2, 3, …) （5-3） 称为相位平衡条件。 5.1.3　正弦波振荡的形成过程 放大器在接通电源的瞬间,随着电源电压由零开始的突然增大,在放大器的输入端产生一个微弱的扰动电压,经放大器放大、正反馈,再放大、再反馈,不断反复循环,输出信号的幅度迅速增加。这个扰动电压信号可用傅里叶级数展开，它是包括从低频到高频的各种频率的正弦波。电路中选频网络,将选频网络中心频率的信号输出,其他频率的信号则被抑制。 由于基本放大器中的三极管等器件本身的非线性或反馈支路本身与输入关系的非线性，放大倍数或反馈系数在振幅增大到一定程度时就会降低，但在振荡建立的初期,应使反馈信号大于原输入信号,反馈信号一次比一次大,才能使振荡幅度逐渐增大，而当振荡建立起来之后, 稳幅措施使反馈信号等于原输入信号,让建立的振荡得以维持。 图5-3 正弦波振荡形成过程波形 为了能得到我们所需要频率的正弦波信号, 必须增加选频网络, 只有在选频网络中心频率上的信号能通过, 其他频率的信号被抑制, 在输出端就会得到如图5-3的ab段所示的起振波形。 那么, 振荡电路在起振以后, 振荡幅度会不会无休止地增长下去了呢？这就需要增加稳幅环节, 当振荡电路的输出达到一定幅度后, 稳幅环节就会使输出减小, 维持一个相对稳定的稳幅振荡, 如图5-3的bc段所示。 也就是说, 在振荡建立的初期, 必须使反馈信号大于原输入信号, 反馈信号一次比一次大, 才能使振荡幅度逐渐增大; 当振荡建立后, 还必须使反馈信号等于原输入信号, 才能使建立的振荡得以维持下去。 由上述分析可知, 起振条件应为 ： (5-4) 稳幅后的幅度平衡条件为： (5-5) 振荡电路的组成 1.放大电路 提供足够的电压放大倍数，以满足振荡的幅值条件。 2.正反馈网络 它将输出信号以正反馈形式引回到输入端，以满足振荡的相位条件 3.选频网络 若干不同频率选出其中一个特定频率信号 4.稳幅环节 一般利用放大电路中三极管或运放本身的非线性，可将输出波形稳定在某一幅值 其中选频网络往往与反馈网络合二为一；振荡电路中的稳幅环节，在分立元件放大电路中常依靠放大电路中晶体管的非线性作用实现，而不另加稳幅电路。 根据选频网络组成元件的不同, 正弦波振荡电路通常分为RC振荡电路, LC振荡电路和石英晶体振荡电路。 思考题 自激振荡产生的过程是怎样？ 5.2　RC正弦波振荡电路 RC正弦波振荡电路结构简单, 性能可靠, 用来产生几兆赫兹以下的低频信号, 常用的RC振荡电路有RC桥式振荡电路和移相式振荡电路。 5.2.1　RC串并联选频电路的选频特性 RC串并联网络由R2和C2并联后与R1和C1串联组成, 如图5-4所示。 图5-4 RC串并联选频电路 设R1、 C1的串联阻抗用Z1表示, R2和C2的并联阻抗用Z2表示,则： 输出电压 与输入电压 之比为RC串并联网络传输系数： 在实际电路中取C1=C2=C, R1=R2=R, 则上式可简化为: 其模值： 相角： 令 即 将f0 的表达式代入模值和相角的表达式, 并将角频率ω变换为