最新电子技术基础3-4章教案

最新电子技术基础3-4章教案内容摘要：

波或余弦波，且振荡频率比较稳定；非正弦波振荡器产生的波形是非正弦的脉冲波形，如方波、矩形波、锯齿波等。 非正弦振荡器的 频率稳定度 不高。 在正弦波振荡器中，主要有 LC 振荡电路、 石英晶体 振荡电路和 RC振荡电路 等几种。 这几种电路，以 石英晶体振荡器 的频率最稳定， LC 电路次之， RC 电路 最差。 RC 振荡器的工作频率较低，频率稳定度不高，但电路简单，频率变化范围大，常在低频段中应用。 在通信、广播、电视等设备中，振荡器正逐步实现集成化，这些集成化正弦波振荡器的工作原理、 电路分析 、设计方法等原则上与分立元件振荡电路相一致。 由于集成电路的集成度愈来愈高，并在向系统功能发展，其内部电路日趋复杂，如果不从 系统组成 和单元电路原理这两方面同时着手，那是很难弄清某一集成芯片的，振荡器也不例外。 167。 41 正弦波振荡电路的基本原理 167。 41 正弦波振荡电路的基本原理 自激振荡 无需外加输入信号，把直流电源提供的能量 换成有一定频率和 振幅的交流信号 一、自激振荡电路的基本组成 组成 : A F — 实现单一频率的振荡 由上述讨论可知： 正弦波振荡电路应由以下部分组成： 基本组成部分 : 放大电路 :放大作用 正反馈电路 ：满足相位条件 选频电路 ：确定 f0,保证电路产生正弦振荡 非线性环节（稳幅环节）：稳幅 二、自激振荡的条件 uo=Aui uf=Fuo ui=uf AF=1 ——— 幅度平衡条件 ui 与 uf相位相同 ?A+ ?F=2n? （ n=0,1,2…） ——— 相位平衡条件 判断 : ，是否存在主要组成部分； Q 是否合适 （放大电路能否正常工作，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路）； ，即是否存在 f0，是否可能振荡； ，即是否一定振荡。 自激振荡的建立及稳定过程 （ 1）起振 : 放大器在接通电源的瞬间 ,随着电源电压由零突然增大 ,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，选频电路从中选出某一频率的信号经反馈电路又送回放大器输入端，再经放大、选频，重新又送回放大器输入端，如此重复。 通过不断地放大 ?正反馈 ?再放大 ?再反馈，使 Uom 不断增大。 为了使输出信号在接通电源后能够产生从小到大的信号，在振荡建立的初期 , 反馈信号必须大于原输入信号，电路的起振条件为： |AF|1 （ 2）稳定过程： 当振荡建立起来之后 ,由于基本放大器中的三极管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， 当反馈信号等于原输入信号 ,即 |AF|=1，振荡维持到一定幅度不再变化。 电路由 : 1＞AF 1?AF 电路变为等幅振荡 可见，起振后产生增幅振荡，需要稳幅电路稳定输出幅度。 5. 分类 常用选频网络所用元件分类。 1) RC正弦波振荡电路：几百千赫以下 2) LC正弦波振荡电路：几百千赫～几百兆赫 3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定 167。 42 LC 正弦波振荡电路 一、 LC 并联谐振电路的选频特性 LC 并联电路 当 f=fo 时 ，电路发生谐振，谐振频率 等效阻抗最大，相移为 0176。 当 ffo 时 ，等 效阻抗减小，电路呈感性。 当 ffo 时 ，等效阻抗减小，电路呈容性。 LC 并联电路幅频特性 LCf 2π 10 ? LC 并联电路相频特性 二、变压器反馈式振荡电路 电路组成 振荡条件的判断 振荡条件的判断主要是相位平衡条件的判断 用瞬时极性法： 在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。 ——— 满足相位平衡条件 断开反馈，在断开处给放大电路加 f＝ f0 的信号 Ui，且规定其极性，然后根据 Ui 的极性→ Uo 的极性→ Uf 的极性 若 Uf 与 Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。 振荡频率为： 电路特点： （ 1）易起振 LCf ?2 10 ?（ 2）调频方便 （ 3）输出波形不好 （ 4）振荡频率不高 变压器反馈式振荡电路 三、电感三点式振荡电路 电路组成 振荡条件的判断 用瞬时极性法： ——— 满足相位平衡条件 电路特点： 优点：易起振（ L 间耦合紧） 易调节（ C 可调） 缺点：输出波形差 振荡频率为： 四、 电容三点式振荡电路 电路组成 振荡条件的判断 用瞬时极性法： ——— 满足相位平衡条件 电路特点： 优点：波形较好 缺点： 1） 调频不方便 2） 三极管极间电容影响 f0 3）振荡频率高，可达 100MHz 以上 振荡频率为： LCf ?2 10 ?LCf ?2 10 ? 考毕兹振荡器 (Colpitts) C3 的改进 LC 振荡电路的应用电路 —— LJ124 型半导体接近开关 LCC CCLCf21210 2 12 1?????3211111 CCCC ??? 2 12 1 30 LCLCf ?? ?? LJ124 型半导体接近开关电路原理图 通过金属体靠近感应头时，振荡电路停振，输出继电器得电动作；当金属体移开后，振荡电路恢复振荡，输出继电器断电不动作，从而达到控制电路工作的目的。 LJ124 型半导体接近开关感应头 167。 43 RC 振荡电路 一、 RC 串并联选频网络 当 R1=R2=R， C1=C2=C 时 由幅频特性和相频特性可知： 当 f=f0 时 : Fmax=1/3 ? = 0186。 当 f≠ f0时 F1/3 ?≠ 0186。 RC 串并联网络 二、 RC 桥式振荡电路 RCf π2 10 ?组成： ——— 相位平衡条件 振荡频率 振荡条件 电路： 稳幅 措施 π2FA n????RCf ?2 10 ?1u ?FA31?F?3u??A起振时，应使 Au 3，稳幅后 Au = 3。 热敏电阻稳幅 起振时信号小， 电阻大 起振后， 电阻逐渐减小，当 AuＦ ＝１时，输出幅度稳定。 167。 44 石英晶体振荡电路 一、石英晶体谐振器 1. 结构和符号 化学成分 SiO2 压电谐振 — fR??????? )/1( 1fuff RRARTfR 外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。 2. 压电效应 3. 等效电路 Co— 晶片静态电容（几至几十皮法） Lq— 晶体的动态电感（ 103 ~ 102 H）（大） Cq— 晶体的动态 电容（小于 pF）（小） rq— 等效摩擦损耗电阻（小） 1 qqq CLrQ?大 : 4. 频率特性和谐振频率 ≈ ＝ 二、石英晶体振荡电路 1. 串联型 f=fs，晶体呈纯阻 2 1 qqS CLf ?? 2 1 q0q0qP CC CCLf ?? ? 1 0qS CCf ?? ① 石英晶体工作在哪个区。 f = fs，晶体呈纯阻时，反馈电压与输入电压才同相，电路振荡。 ② 两级放大电路分别为哪种基本接法。 第一级为共基放大电路，第二级为共集放大电路。 ① 石英晶体工作在哪个区。 f=fs，晶体呈纯阻时，反馈 电压与输入电压才同相，电路振荡。 ② 两级放大电路分别为哪种基本接法。 第一级为共基放大电路，第二级为共集放大电路。 ③ C1 的作用。 为旁路电容，隔直通交作用。 2. 并联型 fsffp，晶体呈感性 ① 石英晶体工作在哪个区。 fsffp，晶体呈感性 ② 是哪种典型的正弦波振荡电路。 并联型石英晶体正弦波振荡电路。 当 ffs 时， Lp、 Cp、 rp 支路呈感性，将与 C0 产生并联谐振，石英晶体又呈阻性，谐振频率为： 2 1 q0q0qP CC CCLf?? ? 1 0qS CCf ?? 当 ffp时，电抗主要决定于 C0，石英晶体又呈容性。 所以，只有在： fsffp的情况下，石英晶体才呈感性。 故呈感性的频带很狭窄。 一般 LC选频网络的 Q 为几百，石英晶体的 Q可达 104～ 106；前者振荡频率的稳定度为Δ f/f 为 10－ 5，后者可达 10。