模电全套课件19

9.5 正弦波振荡电路的振荡条件,正弦波振荡电路（或称正弦波信号发生器） 分RC、LC和石英晶体正弦波振荡电路三种类型。,RC正弦波振荡电路：,LC正弦波振荡电路：,石英晶体正弦波振荡电路：频率非常稳定。,输出频率较低，一般产生1MHz以下的低频信号。,输出频率较高，一般产生1MHz以上的高频信号。,放大电路,反馈网络,如果反馈电压Vf与原输入信号Vi完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号自激振荡。,1.振荡电路的振荡条件,振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？,电路器件内部噪声以及电源接通扰动,当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。,噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。,稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从 回到,2.振荡电路的起振和稳幅,3.振荡电路的基本组成部分,放大电路（包括负反馈放大电路） 反馈网络（构成正反馈的） 选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率，经常与反馈网络合二为一） 稳幅环节,放大电路,反馈网络,9.6 RC正弦波振荡电路,RC正弦波振荡电路有桥式振荡电路、相移式振荡电路和双T网络式振荡电路。 频率低于1MHz的正弦波振荡器一般采用RC正弦波振荡电路，而用得最多的是RC桥式正弦波振荡电路。,9.6.1 RC桥式振荡电路,RC桥式振荡电路原理图,由放大电路和RC串并联选频网络（兼作正反馈网络）两部分组成。,用RC网络的输出信号Vf作为放大器的同相输入信号Vi。 Z1、Z2、R1、Rf形成一个电桥。,RC串并联选频网络,相频特性,1/3,+90º,-90º,频率响应特性曲线,幅频特性,频率特性,振荡的建立与稳定,当振荡电路电源接通时，由于微小的电扰动在电路中产生热噪声，它的频谱分布很广，其中与选频网络谐振频率（o=1/RC）一致的频率分量，便会满足电路的相位平衡条件形成正反馈而由小到大地产生增幅振荡，最后受电路中非线性元件的限制，电路由AF1（F=1/3，A=1+Rf/R13）过渡到AF=1（A=1+Rf/R1=3），振荡幅度便稳定下来。,RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波。,振荡频率与振荡波形,振荡频率是由相位平衡条件所决定的。,适当调整负反馈强弱，使A的值略大于3时，其输出波形为正弦波；若A的值远大于3，波形将产生严重失真。,稳幅措施,选用具有负温度系数的热敏电阻Rf（或正温度系数的热敏电阻R1），使Rf 略大于2R1。,VoIfTRfAAF=1,由于AF1，起振后,或 VoIfTR1AAF=1,9.6.2 RC相移式振荡电路,振荡频率,一节RC电路相位移小于90°，三节RC电路最大相位移接近270°，因此有可能在特定频率fo下移相180°，即f=180°,而放大电路a=180°,故a+f=0°。,9.6.3 RC双T式振荡电路,双T网络构成负反馈回路，当fo=1/2RC时，电路具有带阻的特点，这时呈现的负反馈最弱。改变R或C的值，就可改变fo。 R1、R2构成正反馈网络，调整R2值，可以改变正反馈量，使之达到恰当的数值，既能满足起振要求，又有较好的输出波形。 DZ1、DZ2用来稳定输出幅度。,9.7 LC正弦波振荡电路,LC正弦波振荡电路的选频网络由电感和电容组成。 LC正弦波振荡电路用于产生频率高于1MHz的正弦波信号。 LC正弦波振荡电路有变压器反馈式LC振荡电路、电感三点式LC振荡电路、电容三点式LC振荡电路三种。,9.7.1 LC选频放大电路,LC并联谐振回路,等效损耗电阻,并联谐振回路的频率响应,9.7.2 变压器反馈式LC振荡电路,电路的组成及起振条件,改变LC电路的参数L或C，可改变振荡频率,反馈量基本由变压器的变比决定。 选用gm较大的管子、增加M或增加N2，都可使电路易于起振。,反馈电压取自电感，电感对高次谐波阻抗大，输出波形差。,管子进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。,振荡的建立与稳定,当电源VDD接通时，由于电路中存在噪声或扰动，经放大与选频循环往复，振荡就逐步建立起来。,开始时，VGS=0，gm较大，AVFV1，易于起振，随着幅度的不断增长，VGS增加，工作点下移，gm值减小，AVFV=1，振荡趋于稳定。,9.7.3 三端式LC振荡电路,三端式振荡电路的组成原则,三端式电路就是晶体管的三个极分别与振荡回路的三个端点相接的振荡电路。,当LC回路处于谐振时，其等效阻抗呈纯阻性质，放大器Vo与Vi反相，A=，为了满足相位平衡条件，F=。,谐振电路组成原则：X1与X2性质相同，X3和它们的性质相反。,电感三点式振荡电路,改变电容C即可改变振荡频率。 改变抽头的位置即可改变反馈量，从而保证幅度条件能得到满足。 反馈电压取自电感，电感对高次谐波阻抗大，输出波形差。,电容三点式振荡电路,反馈量的大小取决于电容的分压比。 反馈电压取自电容，电容对高次谐波阻抗小，输出波形好。 为便于调节频率，提高频率穩定度，可在电感支路串一小容量可变电容C3。,9.6.1,9.6.3,9.7.1,9.7.2,9.7.4 石英晶体振荡电路,正弦波振荡器的频率稳定问题,频率稳定度 频率稳定度一般用一段时间内频率的相对变化量来表示。 影响振荡频率的主要因素 影响振荡频率的主要因素主要是LC并联回路的参数L、C和R对品质因数Q的影响，Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。 LC振荡电路的Q为数百，石英晶体振荡电路的Q为104106 提高频率稳定度的措施 提高频率稳定度的措施是尽量减小R并加大L/C值。在要求频率稳定度很高的场合，采用石英晶体振荡器。,石英晶体的基本特性,石英晶体的物理特性 石英晶体是一种各向异性的结晶体，主要成分是二氧化硅。 石英晶体的压电效应 若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场。 石英晶体的压电谐振 当晶片两极加上交变电压时，晶片就会产生机械变形振荡，同时晶片的机械振荡又会产生交流电场。当外加交变电压的频率等于晶片的固有频率（与晶片尺寸有关）时，机械振荡幅度最大。,fs,fp,容性,容性,感性,石英晶体的等效电路,Co为静电电容，约10-12F10-11F。 L模拟晶体的惯性，约10-3102H。 C模拟晶体的弹性，约10-1410-13F。 R等效摩擦损耗，约几百。 回路的Q很大，可达104106。,石英晶体振荡器,石英晶体振荡器有并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器两类。 并联型晶体振荡器中，石英晶体以并联谐振的形式出现，起电感作用。 串联型晶体振荡器中，石英晶体以串联谐振的形式出现，起电阻作用。,振荡频率,一、并联型石英晶体振荡电路,当振荡频率等于fS时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。,振荡频率,调节R可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。,二、串联型石英晶体振荡电路,