电路基础与集成电子技术-94j LC正弦波振荡电路

第9章集成振荡电路2010.029.4LC正弦波振荡电路9.4.1变压器反馈LC振荡电路9.4.2三点式LC振荡电路9.4.3晶体振荡电路第9章集成振荡电路2010.02LC正弦波振荡电路的选频网络或正反馈网络是由LC并联电路组成的，它主要有以下几种：1.变压器反馈正弦波振荡电路；2.三点式（电感反馈、电容反馈）正弦波振荡电路；3.石英晶体正弦波振荡电路。对于LC振荡电路的分析，主要有三个问题：1.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。2.用瞬时极性法判断电路的相位条件，是否是正反馈；3.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。9.4.1变压器反馈LC振荡电路第9章集成振荡电路2010.0212349.4.1.1变压器线圈的极性判别磁棒初级线圈次级线圈同名端+–+–图9.4.2同名端的极性++Φ––1234第9章集成振荡电路2010.02设三极管的基极为⊕图9.4.2变压器反馈式振荡电路1.分析振荡电路的组成部分是否存在、合理。放大电路是共射组态，LC并联电路是集电极负载，反馈电压由L2上取出。2.用瞬时极性法判断电路的相位条件，是否是正反馈。3.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L2的圈数。集电极极性则为⊖L1同名端的极性则为⊕反馈线圈同名端的瞬时极性为⊕+-++满足正反馈条件+9.4.1.2振荡条件的判别L1L2RLTrVTReCoU+-+VCCL3Rb1Rb2cbec第9章集成振荡电路2010.02变压器反馈式LC正弦波振荡电路的振荡频率与LC并联谐振电路的振荡频率相同，为：0112πfLCLC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失真，但由于集电极的负载是LC并联谐振回路，Q值大，具有良好的选频作用，因此输出电压的波形失真不大。第9章集成振荡电路2010.029.4.2.1电感三点式LC振荡电路放大电路为共射组态，LC并联谐振回路通过耦合电容接在放大电路的输出端。反馈信号从L2上取出。设晶体管基极瞬时极性为⊕集电极则为⊖极性，电感L1的上面为⊖极性因电感L2上的反馈电压的瞬时极性对地为⊕，所以是正反馈，满足振荡的相位条件。适当调节线圈L2的匝数，可使电路满足幅度条件。图9.4.3(a)电感反馈式LC正弦波振荡电路VTCeReRb2Rb1Cb+VCCRcCcL1CL2**++++9.4.2三点式LC振荡电路第9章集成振荡电路2010.02该电路的振荡频率为：CLLf)(π21210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L2的匝数，又不会影响电路的振荡频率。电感反馈式LC正弦波振荡电路的优缺点是：1.电感反馈式LC正弦波振荡电路的电感L1和L2之间耦合紧密，输出幅度大；2.若使用可变电容器C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；3.由于反馈信号是从电感L2上取出，与L成比例，对高次谐波的阻抗较大，反馈较强。所以电感反馈式LC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，失真稍大。第9章集成振荡电路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频网络，只要满足正反馈条件，就可能产生正弦波。图9.4.3(b)电感反馈式LC正弦波振荡电路++++例9.1试分析图9.4.3(b)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。该电路的电压增益由电阻Rf、R1确定，也可以通过调节L2的匝数来改变正反馈量。该振荡电路能产生正弦波。*CouL2L1R2R1Rf*第9章集成振荡电路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频网络，只要满足正反馈条件，就可能产生正弦波。图9.4.4电容反馈式LC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。++++图9.4.4是电容三点式LC正弦波振荡电路。该电路的电压增益由电阻Rf、R1确定。也可以调节C2的容量来改变正反馈量。该振荡电路能够产生正弦波。LouC2C1R2R1Rf9.4.2.2电容三点式LC振荡电路第9章集成振荡电路2010.02电容反馈LC正弦波振荡电路的振荡频率为：0121212πfCCLCC电容反馈LC正弦波振荡电路的优缺点：在电容反馈LC正弦波振荡电路中，由于反馈信号是从电容C2引出，高次谐波的压降小，再加上高Q值的并联谐振LC电路的选频作用，输出电压的波形好；若通过调节C2来改变反馈量，会影响振荡频率，电容反馈LC正弦波振荡电路不适合通过调节电容量来改变电路的振荡频率。第9章集成振荡电路2010.02例9.2：图9.4.5为一电感三点式振荡电路，试判断是否满足相位平衡条件。R2R1+VCCC1CL1+R3C2+图9.4.5三点式振荡电路例题电路图解：设图9.4.5中放大电路的基极瞬时极性为⊕，集电极为⊖，集电极电流增加，从同名端流入，L1的同名端为⊕，反馈电压是从L1抽头以上部分取出，L1上端经C1短路交流接地，故反馈电压的瞬时极性为⊕，是正反馈，满足相位平衡条件，只要满足幅度平衡条件，就能够振荡。第9章集成振荡电路2010.02石英晶体是一种具有压电效应的晶体，将石英晶体按照一定的方向切割成长条形、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。图9.4.6(a)石英晶体的结构示意图石英晶体切片金属极板引线石英晶片引线金属电极支架9.4.3晶体振荡电路9.4.3.1石英晶体第9章集成振荡电路2010.02符号等效电路阻抗特性曲线图9.4.6(b)石英晶体的符号、等效电路和阻抗频率特性曲线C0LCRfsfpf感性容性容性X0石英晶体的谐振频率十分稳定，往往可以达到10-6。石英晶体的Q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fs，一个并联谐振频率fp，二者十分接近，往往不加区分。石英晶体的符号、等效电路和阻抗频率特性曲线见图9.4.6(b)。第9章集成振荡电路2010.02并联型石英晶体正弦波振荡电路如图9.4.7所示。谐振电路无电感，所以石英晶体必须呈电感性才能形成振荡。9.4.3.2并联型石英晶体正弦波振荡电路+eRcRb2Rb1R+CCVCeCVT1C2C图9.4.7并联型石英晶体正弦波振荡电路根据瞬时极性法判断，可满足正反馈的条件，可产生振荡。结论：满足正反馈条件++++第9章集成振荡电路2010.02电路只要振荡，振荡频率一定处于串联谐振频率fs和并联谐振频率fp之间,即fsffp+eRcRb2Rb1R+CCVCeCVT1C2C图9.4.7并联型石英晶体正弦波振荡电路fsfpf感性容性容性X0第9章集成振荡电路2010.029.4.3.3串联型石英晶体正弦波振荡电路对图9.4.8的电路根据瞬时极性法判断为正反馈，但石英晶体必须处于串联谐振状态。在此状态下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9.4.8串联型石英晶体正弦波振荡电路ARfR1R2R2500kHzCs30pFuo+++第9章集成振荡电路2010.02例9.3：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荡？如能振荡，晶体在电路中分别起什么作用？求图9.4.9中，能满足起振的幅值条件。解：ARfR1R2500kHzCs7pFC1C2300pF+100pFk10uo-++-图9.4.9例9.3电路图图9.4.9中的石英晶体在电路中呈现电感性，为电容三点式LC振荡电路。C2上的电压为反馈电压，C1上的电压是输出电压，且电容分压和电容量成反比分配，所以，电压反馈系数31300pFpF10021ofCCUUF为保证起振条件，必须使A≥3。Au=-Rf/R1。所以Rf≥3R1=30k。第9章集成振荡电路2010.02