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1、第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 9.4 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.4.1 变压器反馈变压器反馈LC振荡电路振荡电路 9.4.2 三点式三点式LC振荡电路振荡电路9.4.3 晶体振荡电路晶体振荡电路第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 LC正弦波正弦波振荡电路的选频网络或正反馈网络是由振荡电路的选频网络或正反馈网络是由LC并并联电路组成的，它主要有以下几种联电路组成的，它主要有以下几种：1.1.变压器反馈正弦波振荡电路；变压器反馈正弦波振荡电路；2.2.三点式（电感反馈、电容反馈）正弦波振荡电路；三点式（电感反馈、电容反馈）正弦波振荡电路；3.3.
2、石英晶体正弦波振荡电路。石英晶体正弦波振荡电路。对于对于LC振荡电路的分析，主要有三个问题：振荡电路的分析，主要有三个问题：1.1.分析振荡电路的组成部分，即放大电路、正反馈网分析振荡电路的组成部分，即放大电路、正反馈网络和选频网络是否存在、合理。络和选频网络是否存在、合理。2.2.用瞬时极性法判断电路的相位条件，是否是正反馈；用瞬时极性法判断电路的相位条件，是否是正反馈；3.3.分析振荡的幅度条件是否满足，具体数值不要求计分析振荡的幅度条件是否满足，具体数值不要求计算，只要求满足幅度条件需要调节电路中哪些部分。算，只要求满足幅度条件需要调节电路中哪些部分。9.4.1 变压器反馈变压器反馈LC
3、振荡电路振荡电路 第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 12349.4.1.1 变压器线圈的极性判别变压器线圈的极性判别磁棒磁棒初级线圈初级线圈次级线圈次级线圈同名端同名端+图图9.4.2 同名端的极性同名端的极性+1234第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 设三极管的基极为设三极管的基极为 图图9.4.2 变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路 1.1.分析振荡电路的组成部分分析振荡电路的组成部分是否存在、合理。放大电路是共是否存在、合理。放大电路是共射组态，射组态，LC并联电路是集电极并联电路是集电极负载，反馈电压由负载，反馈电压由L2上取出。上取出。2
4、.2.用瞬时极性法判断电路的用瞬时极性法判断电路的相位条件，是否是正反馈。相位条件，是否是正反馈。3.3.分析决定振荡电路的幅度条件。如果幅度条件不满足，分析决定振荡电路的幅度条件。如果幅度条件不满足，可适当增加可适当增加L2的圈数的圈数。集电极极性则为集电极极性则为 L1同名端的同名端的极性则为极性则为 反馈线圈同名端的瞬时极性反馈线圈同名端的瞬时极性为为+-+满足正反馈条件满足正反馈条件+9.4.1.2 振荡条件的判别振荡条件的判别L1L2RLTrVTReCoU+-+VCCL3Rb1Rb2cbec第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 变压器反馈式变压器反馈式LC正弦波正弦波
5、振荡电路的振荡频率与振荡电路的振荡频率与LC并联并联谐振电路谐振电路的振荡频率的振荡频率相同，为相同，为：0112fLC LC正弦波振荡电路，当振幅大到一定程度时，晶体管正弦波振荡电路，当振幅大到一定程度时，晶体管集电极的电流波形会明显集电极的电流波形会明显失真失真，但由于集电极的负载是，但由于集电极的负载是LC并联谐振回路，并联谐振回路，Q值大，值大，具有良好的选频作用，因此输出具有良好的选频作用，因此输出电压的波形失真不大。电压的波形失真不大。第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 9.4.2.1 电感三点式电感三点式LC振荡电路振荡电路 放大电路为共射组态，放大电路为共射组
6、态，LC并联谐振回路通过耦合电容接并联谐振回路通过耦合电容接在放大电路的输出端。反馈信在放大电路的输出端。反馈信号从号从L2上取出。上取出。设晶体管基极瞬时设晶体管基极瞬时极性极性为为 集电极则为集电极则为 极性，极性，电感电感L1的上面为的上面为 极性极性 因电感因电感L2上的反馈电压的上的反馈电压的瞬时极性对地为瞬时极性对地为，所以是正反，所以是正反馈，满足振荡的相位条件。馈，满足振荡的相位条件。适当调节线圈适当调节线圈L2的匝数，可使电路满足幅度条件。的匝数，可使电路满足幅度条件。图图9.4.3(a)电感反馈式电感反馈式LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路VTCeReRb2Rb1Cb+VCC
7、RcCcL1CL2*+9.4.2 三点式三点式LC振荡电路振荡电路第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 该电路的振荡频率为：该电路的振荡频率为：CLLf)(21210 该电路调节振荡的幅度条件时，改变线圈中间的抽头即该电路调节振荡的幅度条件时，改变线圈中间的抽头即可，这样即改变了可，这样即改变了L2的匝数，又不会影响电路的振荡频率。的匝数，又不会影响电路的振荡频率。电感反馈式电感反馈式LC正弦波振荡电路的优缺点是：正弦波振荡电路的优缺点是：1.电感反馈式电感反馈式LC正弦波振荡电路的电感正弦波振荡电路的电感L1和和L2之间耦合之间耦合紧密，输出幅度大；紧密，输出幅度大；2.若使
8、用可变电容器若使用可变电容器C调频率，电路的频率变化范围大，调频率，电路的频率变化范围大，最高频率一般可达几十兆赫兹；最高频率一般可达几十兆赫兹；3.由于反馈信号是从电感由于反馈信号是从电感L2上取出，与上取出，与 L成比例，成比例，对高对高次谐波的阻抗较大，反馈较强。所以电感反馈式次谐波的阻抗较大，反馈较强。所以电感反馈式LC正弦波正弦波振荡电路的输出电压波形中含有较多的高次谐波成分，失振荡电路的输出电压波形中含有较多的高次谐波成分，失真稍大。真稍大。第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 该电路具有运算放大器构成的同相比例放大电路和选该电路具有运算放大器构成的同相比例放大电路
9、和选频网络，只要满足正反馈条件，就可能产生正弦波。频网络，只要满足正反馈条件，就可能产生正弦波。图图9.4.3(b)电感反馈式电感反馈式LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路+例例9.1 试分析图试分析图9.4.3(b)的振荡电路能否产生正弦波。的振荡电路能否产生正弦波。用瞬时极性法判断电路满足正反馈的相位条件。用瞬时极性法判断电路满足正反馈的相位条件。该电路该电路的电压增益由电阻的电压增益由电阻Rf、R1确定，也可以通过调节确定，也可以通过调节L2的匝数来的匝数来改变正反馈量。该改变正反馈量。该振荡电路能产生正弦波。振荡电路能产生正弦波。*CouL2L1R2R1Rf*第第9章章 集成振荡电路集成振
10、荡电路 2010.02 该电路具有运算放该电路具有运算放大器构成的同相比例放大器构成的同相比例放大电路和选频网络，只大电路和选频网络，只要满足正反馈条件，就要满足正反馈条件，就可能产生正弦波。可能产生正弦波。图图9.4.4 电容反馈式电容反馈式LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路用瞬时极性法判断电路满足正反馈的相位条件。用瞬时极性法判断电路满足正反馈的相位条件。+图图9.4.4是电容三点是电容三点式式LC正弦波振荡电路。正弦波振荡电路。该电路的电压增益由电阻该电路的电压增益由电阻Rf、R1确定。也可以调节确定。也可以调节C2的的容量来改变正反馈量。该容量来改变正反馈量。该振荡电路能够产生正弦波。振
11、荡电路能够产生正弦波。LouC2C1R2R1Rf9.4.2.2 电容三点式电容三点式LC振荡电路振荡电路第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 电容反馈电容反馈LC正弦波振荡正弦波振荡电路的振荡频率为：电路的振荡频率为：0121212fC CLCC电容反馈电容反馈LC正弦波振荡电路的优缺点正弦波振荡电路的优缺点：在电容反馈在电容反馈LC正弦波振荡电路中，由于反馈信号是从正弦波振荡电路中，由于反馈信号是从电容电容C2引出，高次谐波的压降小，再加上高引出，高次谐波的压降小，再加上高Q值的并联谐值的并联谐振振LC电路的选频作用，输出电压的波形好；电路的选频作用，输出电压的波形好；若通过
12、调节若通过调节C2来改变反馈量，会影响振荡频率，电容来改变反馈量，会影响振荡频率，电容反馈反馈LC正弦波振荡电路不适合通过调节电容量来改变电路正弦波振荡电路不适合通过调节电容量来改变电路的振荡频率。的振荡频率。第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 例例9.2：图：图9.4.5为一电感三点式振荡电路，试判断是否满足为一电感三点式振荡电路，试判断是否满足 相位平衡条件。相位平衡条件。R2R1+VCCC1CL1+R3C2+图图9.4.5 三点式振荡电路例题电路图三点式振荡电路例题电路图 解：解：设图设图9.4.5中放大电路的基中放大电路的基极瞬时极性为极瞬时极性为 ，集电极为，集电极
13、为，集电极电流增加，从同名端，集电极电流增加，从同名端流入，流入，L1的同名端为的同名端为 ，反馈，反馈电压是从电压是从L1抽头以上部分取出抽头以上部分取出，L1上端经上端经C1短路交流接地，短路交流接地，故反馈电压的瞬时极性为故反馈电压的瞬时极性为 ，是正反馈，满足相位平衡条件是正反馈，满足相位平衡条件，只要满足幅度平衡条件，就，只要满足幅度平衡条件，就能够振荡。能够振荡。第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 石英晶体是一种具有压电效应的晶体，将石英晶体按照一石英晶体是一种具有压电效应的晶体，将石英晶体按照一定的方向切割成长条形、圆片形、棒形等不同形状，在表面定的方向切割成长
14、条形、圆片形、棒形等不同形状，在表面上制作两个金属电极，见图上制作两个金属电极，见图9.4.6(a)。在石英晶体的金属电极上加上一定频率的电信号，只有在石英晶体的金属电极上加上一定频率的电信号，只有当该频率达到某一固有频率时，会在石英晶体的一定方向上当该频率达到某一固有频率时，会在石英晶体的一定方向上产生明显的机械振动，这个频率称为谐振频率。产生明显的机械振动，这个频率称为谐振频率。图图9.4.6(a)石英晶体的结构示意图石英晶体的结构示意图石石英英晶晶体体切切片片金金属属极极板板引引线线石石英英晶晶片片引引线线金金属属电电极极支支架架9.4.3 晶体振荡电路晶体振荡电路9.4.3.1 石英晶
15、体石英晶体第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 符号符号等效电路等效电路阻抗特性曲线阻抗特性曲线图图9.4.6(b)石英晶体的符号、等效电路和阻抗频率特性曲线石英晶体的符号、等效电路和阻抗频率特性曲线C0LCRfsfpf感性感性容性容性容性容性X0 石英晶体的谐振频率十分稳定，往往可以达到石英晶体的谐振频率十分稳定，往往可以达到1010-6-6。石。石英晶体的英晶体的Q值可达到几百以上，所以频率稳定性很高的。根值可达到几百以上，所以频率稳定性很高的。根据石英晶体的等效电路，有一个串联谐振频率据石英晶体的等效电路，有一个串联谐振频率fs，一个并联，一个并联谐振频率谐振频率 fp，
16、二者十分接近，往往不加区分。，二者十分接近，往往不加区分。石英晶体的符号石英晶体的符号、等效电路和阻抗频率特性曲线见图、等效电路和阻抗频率特性曲线见图9.4.6(b)。第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 并联型石英晶体正弦波并联型石英晶体正弦波振荡电路如振荡电路如图图9.4.7所示。所示。谐谐振电路无电感，所以石英晶振电路无电感，所以石英晶体必须呈电感性才能形成振体必须呈电感性才能形成振荡。荡。9.4.3.2 并联型石英晶体正弦波振荡电路并联型石英晶体正弦波振荡电路+eRcRb2Rb1R+CCVCeCVT1C2C图图9.4.7 并联型石英晶体正弦波振荡电路并联型石英晶体正弦波
17、振荡电路 根据瞬时极性法判断，根据瞬时极性法判断，可满足正反馈的条件，可产可满足正反馈的条件，可产生振荡。生振荡。结论：满足正反馈条件结论：满足正反馈条件+第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 电路只要振荡，振荡电路只要振荡，振荡频率一定处于串联谐振频频率一定处于串联谐振频率率fs和并联谐振频率和并联谐振频率fp之间之间,即即 fs f fp+eRcRb2Rb1R+CCVCeCVT1C2C图图9.4.7 并联型石英晶体正弦波振荡电路并联型石英晶体正弦波振荡电路fsfpf感性感性容性容性容性容性X0第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 9.4.3.3 串联型石英晶
18、体正弦波振荡电路串联型石英晶体正弦波振荡电路 对图对图9.4.8的电路根据瞬时极性法判断为的电路根据瞬时极性法判断为正反馈，但石英晶正反馈，但石英晶体必须处于串联谐振状态体必须处于串联谐振状态。在此状态下。在此状态下石英晶体的电阻近似为石英晶体的电阻近似为0，使反馈信号不受损耗。在满足相位条件的同时，幅度条件，使反馈信号不受损耗。在满足相位条件的同时，幅度条件也得以满足。电路的放大倍数还可以通过负反馈回路调节。也得以满足。电路的放大倍数还可以通过负反馈回路调节。图图9.4.8 串联型石英晶体正弦波振荡电路串联型石英晶体正弦波振荡电路第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 例例9.
19、3：试用相位平衡条件判断图：试用相位平衡条件判断图9.4.9的电路是否能产生正弦振的电路是否能产生正弦振荡？如能振荡，晶体在电路中分别起什么作用？求图荡？如能振荡，晶体在电路中分别起什么作用？求图9.4.9中，中，能满足起振的幅值条件。能满足起振的幅值条件。解：解：图图9.4.9 例例9.3电路图电路图 图图9.4.9中的石英晶体中的石英晶体在电路中呈现电感性，为在电路中呈现电感性，为电容三点式电容三点式LC振荡电路。振荡电路。C2上的电压为反馈电上的电压为反馈电压，压，C1上的电压是输出电上的电压是输出电压，且电容分压和电容量压，且电容分压和电容量成反比分配，所以，电压成反比分配，所以，电压反馈系数反馈系数 31300pFpF10021ofCCUUF 为保证起振条件，必须使为保证起振条件，必须使A3。Au=-Rf/R1。所以。所以 Rf 3R1=30 k。第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 第第9章章 集成振荡电路集成振荡电路 2010.02 演讲完毕，谢谢观看！
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