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电子电路竞赛讲座

电子电路竞赛讲座. —— 振荡器专题. 主讲：路勇. 振 荡 器 概 述. 举例说明振荡器的应用？. 实例： 1. 在无线通信的发送、接收系统中扮演角色。 2. 电子测试仪器，（如：信号发生器、电子琴）. 振荡器： 无须外加信号控制，本身能将直流电能转换为指定频率和波形的电信号的装置。. 振荡器分类：. 一、按振荡波形分：. 分为 正弦振荡器 和 非正弦振荡器. 二、按频率分：. 分为 高频振荡器 和 低频振荡器. 三、按振荡原理分：. 分为 反馈型 振荡器和 负阻型 振器. 四、按选频回路分：. 分为 LC 振荡器 和 RC 振荡器. K. u(t).

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  1. 电子电路竞赛讲座 ——振荡器专题 主讲：路勇

  2. 振 荡 器 概 述 举例说明振荡器的应用？ • 实例：1.在无线通信的发送、接收系统中扮演角色。 • 2.电子测试仪器，（如：信号发生器、电子琴） • 振荡器：无须外加信号控制，本身能将直流电能转换为指定频率和波形的电信号的装置。 振荡器分类： 一、按振荡波形分： 分为正弦振荡器和非正弦振荡器 二、按频率分： 分为高频振荡器和低频振荡器 三、按振荡原理分： 分为反馈型振荡器和负阻型振器 四、按选频回路分： 分为LC振荡器和RC振荡器

  3. K u(t) R L iS C 第一节 反馈振荡器的基本原理 一、谐振回路的自由振荡： 1）当K闭合时：i(t)向谐振回路充电。 2）当K断开时：将发生瞬态过程。 数学描述： 节点电流方程为 解上述二阶微分方程得振荡电压为： 振荡频率： 衰减系数： 当0 >>，则回路将产生自由振荡。

  4. 反馈振荡器的基本原理(续) e-t 当0 >>，则回路将产生自由振荡。 u(t) • 此为振幅衰减的正弦波。 • 衰减速度由决定。 t • 当=0时，则回路产生等幅振荡。 衰减的原因：有损耗电阻的存在。（损耗无法降为零 ） 产生的结果：振荡逐渐消失。

  5. 反馈振荡器的基本原理(续) 一、反馈振荡器的构成： 二、振荡的必要条件: 由图，正反馈，Ui与Uf同相 反馈振荡器方框图

  6. 反馈振荡器的基本原理(续) • 若AB=1，1-AB=0，Af; • 此时反馈放大器成为振荡器。 • 因此正反馈是振荡的必要条件。 --------巴克豪森条件（振荡的平衡条件） |AB|=1；幅值平衡条件 φA+φB=2nπ(n=0,1,2…)；相位平衡条件

  7. 三、振荡器的起振过程和起振条件 • 起振条件： • 即AB>1，分成幅频、相频后得： • 表明补充能量>消耗能量 表明是正反聩。

  8. 起振条件：振幅条件 相位条件 |AB|>1 φA+φB=2nπ(n=0,1,2…) 平衡条件：振幅条件 相位条件 |AB|=1 φA+φB=2nπ(n=0,1,2…) 稳定条件：振幅条件 相位条件 • 起振 、平衡 、 稳定三个条件缺一不可。

  9. 第二节 三点式LC振荡器 • 目前分立电路中采用较多的是三点式LC振荡器（可达几十MHz~几百MHz）。 • 本节就典型的三点式振荡器进行分析和讨论。

  10. Ib IC I 三点式LC振荡器 一、三点式电路的组成法则 所谓三点式振荡器：指LC回路的三个端点分别接在晶体 管三个极而组成的振荡器。 • 设LC回路由纯电抗元件组成： • 回路谐振时呈纯阻性，电抗为零. 即:Xbc+Xce+Xbe=0 即:-Xbc=Xce+Xbe • 回路纯阻时（如图），Uf与Uo反相（晶体管的输入、输出） • Xbe与Xce必须为同等性质电抗，而Xbc为异性电抗。

  11. 结论： • 在三点式电路中，LC回路中与发射极相连的两个电抗元件 (Xbe、Xce)必须为同性质；另一个电抗元件必须为异性质。 • 即 (1) Xbe和Xce性质相同。 • (2) Xbc性质与Xbe和Xce相反。 • 此为三点式电路的组成法则(三点式振荡器的相位平衡法则) • 当Xbe、Xce为电容时，称电容三点式振荡器，也称科皮兹 • （Colpits）振荡器； • 当Xbe、Xce为电感时，称电感三点式振荡器，也称哈特莱（Hartley）振荡器。

  12. Ec Rb1 Lc CB Rb2 Re Ce C1 L C2 C1 C2 L 二、电容三点式振荡器 • 电路组成： • Lc高频扼流圈，通直隔交提供直流通路； • CB隔直通交。使交、直流不致相互短路。 • C1、C2、L为LC回路，满足三点式电路的组成法则。 交流通路（如图） • 满足相位平衡准则，即满足了相位条件； • 只要再满足振幅条件，即可正常工作。

  13. 起振条件可改写为 可求出振荡频率： • 可求出起振条件：

  14. 三、电感三点式振荡器 • 电路和交流通路如图 电感三点式振荡器电路 交流通路

  15. 可求出起振条件： 结论： • 由于上述缺点，只适于频率不太高，频率覆盖系数要求不高的场合。

  16. 第三节 RC振荡器 C R uo R uf C • 问题：当 f 要求很低（几十KHz以下）时，若采用LC振荡器，此时L、C要求很大，体积必然很大，成本也昂贵； • 解决办法：为解决上述问题常采用RC振荡器来产生低频信号。 • 它是以RC构成选频回路，其0=1/RC。 • RC振荡器分两类：移相式，桥式(最为常用)。 }Z1 一、桥式RC振荡器原理 它由RC选频回路和放大器构成。首先讨论RC选频回路的传输特性。 { RC选频回路如右图： Z2

  17. C R uo R uf C |B| 1/3 0  幅值： 相位： B /2 依此作出其波特图如图： 0  • 当=0时，|B|=1/3最大，B=0满足平衡条件； • 只要A>3即可起振。 -/2

  18. C R1(t) R C R2 R • 将RC选频回路与放大器相连接，就构成RC桥式振荡器。 • RC回路构成具有正反馈的选频回路。 • R1(t) R2构成具有负反馈的支路；其中R1(t) 为具有负温度系数的热敏电阻。 uo 闭环增益 • 当起振时，应满足|AfB|>1

  19. （2）频率复盖系数大 优点： （1）波形失真小（运放本身工作在线性状态，且加有深度 负反馈），其非线性失真很小，可达0.10.01%。 （3）振幅在全频内基本不随 f 而变（有深负反馈） 缺点：振荡频率很低，频稳度不高（10-2到10-3）

  20. C R1(t) R C R2 R 二、RC振荡器（文氏振荡器）元件选择 1． RC振荡器元器件选择计算 （1）振荡器参数的计算 根据起振条件得 R1>2R2 f0=1/(2πRC) （2）运放参数的选择 主要是增益带宽积的选择 ＡodＢＷ>3fo （3）稳幅电路的选择 利用元件的非线性自动实现，如R1可并联二极管来实现

  21. C R1(t) R C R2 R 三、RC振荡器的设计实例 1． 设计任务 设计一个振荡频率fo =1000Hz的RC振荡器（文氏振荡器）。 2 ．要求 输出电压的峰值为4V，波形失真系数为0.1%~0.2% 3 ．参考电路如图所示

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