第67章正弦波振蕩器

1、第6章 正弦波振蕩器【學(xué)習(xí)要點(diǎn)】：本章主要講述振蕩器的振蕩條件，正弦波振蕩器的主要分類及工作原理。要求讀者掌握兩方面內(nèi)容：1.充分理解反饋型正弦波振蕩器的相位平衡條件及振幅平衡條件，并能以此為依據(jù)分析各類振蕩器的工作原理；2.掌握LC振蕩器的主要類型及特點(diǎn)，并能畫出振蕩器的交流通路和計(jì)算振蕩頻率。6.1 正弦波振蕩器的基本工作原理6.2 LC正弦波振蕩器6.3 石英晶體振蕩器6.1 正弦波振蕩器的基本工作原理一. 自激振蕩現(xiàn)象在沒有輸入信號的條件下，電路能自動將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為具有一定頻率、一定波形和一定幅度的交流信號輸出的現(xiàn)象，稱為自激振蕩現(xiàn)象。二.自激振蕩的產(chǎn)生1. 產(chǎn)生自激振蕩的

2、條件參考圖下圖，當(dāng)vf與vi相位相同，大小相等時(shí)，vf就能代替vi使電路產(chǎn)生振蕩。要想使電路產(chǎn)生振蕩，必須滿足兩個(gè)條件：相位平衡條：電路中有正反饋存在。振幅平衡條件：正反饋強(qiáng)度足夠。即AV·F=1。2. 正弦波振蕩器的結(jié)構(gòu)要想輸出正弦波，還必須在振蕩器中加入選頻網(wǎng)絡(luò)。如圖所示。3. 起振信號的獲得啟始信號vi是從接通電源的瞬間獲得的。三.選頻放大器介紹圖（a）為普通共射放大器電路圖，若用LC并聯(lián)諧振回路來替代集電極負(fù)載電阻R3后，就構(gòu)成了選頻放大器，或稱調(diào)諧放大器。如圖（b）所示，LC并聯(lián)諧振回路的阻抗特性如圖（c）所示。既使選頻放大器輸入信號的頻率很多，在它的輸出端得到的輸出信號卻

3、始終是頻率等于fo的正弦波信號。由于LC回路具有選頻特性，故常稱它為選頻網(wǎng)絡(luò)。6.2 LC正弦波振蕩器一. 變壓器反饋式振蕩器變壓器反饋式振蕩器分類：集-基耦合式和集-射耦合式。1. 集-基耦合式振蕩器1）電路結(jié)構(gòu)集-基耦合式振蕩器如圖所示，VT及其周邊元件構(gòu)成放大器。LC是一個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)，其固有諧振頻率為fo，它能將頻率為fo的信號選出來。因此，VT所構(gòu)成的放大器是一個(gè)選頻放大器。L2繞組為正反饋繞組，它負(fù)責(zé)將反饋信號送至VT的基極。2）電路工作原理用瞬間極性法可以判斷出電路中有正反饋存在。說明滿足相位平衡條件。如果合理安排L2與L的匝數(shù)比，就可以滿足振幅平衡條件。電路是很容易振蕩的。2. 集

4、-射耦合式振蕩器集-射耦合式振蕩器如圖所示，L1為正反饋繞組，它將反饋信號從集電極引到發(fā)射極，故稱集-射耦合式。用瞬間極性法可以判斷出電路中有正反饋存在。說明滿足相位平衡條件。若合理安排L1和L的匝數(shù)比，就能滿足振幅平衡條件，使電路產(chǎn)生振蕩。二.電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器如圖（a）所示，圖（b）是它的交流等效電路，從交流等效電路可以看出，三極管的三個(gè)電極分別與電感的三個(gè)端子相連，故稱為電感三點(diǎn)式振蕩器。反饋信號取自L2兩端，用瞬間極性法可以判斷出是正反饋存在，說明滿足相位平衡條件。若合理安排L1和L的匝數(shù)比，就能滿足振幅平衡條件，使電路產(chǎn)生振蕩。在不考慮L1、L2互感時(shí)，電感三點(diǎn)式振蕩器

5、的振蕩頻率為：四.電容三點(diǎn)式振蕩器1. 基本電路電容三點(diǎn)式振蕩器的基本電路如圖（a）所示，圖（b）是它的交流等效電路。從交流等效電路可以看出，三極管的三個(gè)電極分別接在振蕩電容的三個(gè)端點(diǎn)上，故而稱為電容三點(diǎn)式振蕩器，反饋電壓取自電容C2的兩端。用瞬間極性法可以判斷出電路中有正反饋存在。說明滿足相位平衡條件。合理安排C1、C2的容量比，就能滿足振幅平衡條件，使電路能夠振蕩。該電路的振蕩頻率為：上式中，C代表C1和C2串聯(lián)后的總?cè)萘?，其值為?. 電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)由于三極管存在一定的極間電容，參考下圖。當(dāng)振蕩頻率高到一定程度時(shí)，極間電容的影響也就變得十分明顯。結(jié)果使振蕩頻率變得不穩(wěn)。為了杜絕這

6、種現(xiàn)象，必須對電路加以改進(jìn)。目前用得較多的改進(jìn)電路是克拉潑振蕩電路，其電路結(jié)構(gòu)如圖（a）所示，圖（b）是它的交流等效電路。由圖可以看出，它仍屬電容三點(diǎn)式振蕩器，只不過在L上串聯(lián)了一只小電容C，要求C<<C1和C<<C2。C1、C2和C串聯(lián)后的總?cè)萘繛椋汗收袷庮l率fo為：由上式可以看出，電路改進(jìn)后的振蕩頻率fo基本與C1、C2無關(guān)，自然也就不會受CBE、CCE的影響了。6.3 石英晶體振蕩器一. 石英晶體的特性1. 石英晶體的結(jié)構(gòu)從一塊石英晶體上按一定的方位角切下的薄片稱為晶片，再在薄片的兩個(gè)相對面上噴涂金屬層作為極板，然后裝上電極引腳和外殼，就構(gòu)成了石英晶體產(chǎn)品，如圖（

7、a）所示，圖（b）是石英晶體的電路符號。2. 石英晶體的基本特性和等效電路石英晶體的基本特性就是具有壓電效應(yīng)。石英晶體的等效電路如下圖（a）所示，圖（b）是它的頻率特性。石英晶體可以看成是由L、C、R構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。從石英晶體的等效電路可以看出，它具有兩個(gè)諧振頻率。一個(gè)是L、C、R支路的串聯(lián)諧振頻率，其大小為： 另一個(gè)是并聯(lián)諧振頻率，當(dāng)頻率大于fs時(shí)，L、C、R支路呈感性，可與Co發(fā)生并聯(lián)諧振。其大小為：對于石英晶體來說，由于Co>>C，故fpfs ，也就是說，石英晶體的感性區(qū)非常窄。而石英晶體在應(yīng)用中，通常工作在感性區(qū)，故其振蕩頻率穩(wěn)定度非常高。二 石英晶體振蕩器的工作原理下圖（a）

8、所示的電路是石英晶體振蕩器的典型電路，圖中，X為石英晶體，它在應(yīng)用時(shí)，工作于感性區(qū)，可視為一只電感。因而可得到交流等效電路如圖6-12（b）所示。不難看出，這是一個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩器，其工作原理完全與電容三點(diǎn)式振蕩器相同。第7章 串聯(lián)型穩(wěn)壓源學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本章主要講述串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)及工作原理。要求讀者重點(diǎn)掌握兩方面內(nèi)容：1. 整流電路與濾波電路的類型及工作原理；2. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)、元件作用及穩(wěn)壓過程。在學(xué)習(xí)整流濾波電路時(shí)，應(yīng)借助波形分析法；在分析串聯(lián)穩(wěn)壓源的穩(wěn)壓過程時(shí)，應(yīng)借助電流、電壓及電阻推導(dǎo)法。7.1 串聯(lián)穩(wěn)壓源的結(jié)構(gòu)7.2 整流與濾波電路7.3 穩(wěn)壓電路7.1 串聯(lián)穩(wěn)壓源的結(jié)構(gòu)一

9、. 串聯(lián)穩(wěn)壓源的結(jié)構(gòu)框圖串聯(lián)穩(wěn)壓源一般由變壓電路（變壓器）、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成，如圖所示。二. 直流穩(wěn)壓源的質(zhì)量指標(biāo) 簡單提一下即可7.2 整流與濾波電路整流：將交流電轉(zhuǎn)化為直流電的過程，實(shí)現(xiàn)整流功能的電路叫整流電路。濾波：將脈動直流電轉(zhuǎn)化為平滑直流電的過程，實(shí)現(xiàn)濾波功能的電路叫濾波電路。一.整流電路整流電路的結(jié)構(gòu)比較簡單，它是利用二極管的單向?qū)щ娦詠韺?shí)現(xiàn)整流目的的。1. 半波整流電路半波整流電路如圖（a）所示，圖（b）是它的整流波形。整流二極管VD只讓半周通過，在R上獲得一個(gè)單向電壓，實(shí)現(xiàn)了整流的目的。半波整流方式的特點(diǎn)是，削掉半周、保留半周。若用VO表示vo的平均值，用

10、V1表示v1的有效值，則VO=0.45V1 。2. 全波整流電路全波整流電路如圖所示，變壓器次級線圈需要引出一個(gè)中心抽頭，它把次級線圈分成兩個(gè)對稱的繞組，從而獲得大小相等但極性相反的兩個(gè)電壓v1a和v1b。全波整流電路效率高，VO=0.9V1a。3. 橋式整流電路橋式整流電路是使用最多的一種整流電路，它由四只二極管構(gòu)成，這四只二極管接成“電橋”形狀，如圖所示，故稱橋式整流電路。 VD2和VD4將正半周整流。VD3和VD1將負(fù)半周整流。結(jié)果在R上便得到了全波整流電壓vo，其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。橋式整流電路的效率也很高，輸出電壓為：VO=0.9V1。二.濾波電路濾波的任務(wù)，就是把整流輸

11、出的脈動直流電壓中的波動成分盡可能地減小，使其成為比較穩(wěn)定的直流電壓。1. 電容濾波由于電容器具有充、放電功能，其上電壓不能突變，因而可以用來承擔(dān)濾波任務(wù)。在電源濾波電路中，濾波電容的容量一般選得較大。1）電容在半波整流電路中的濾波作用參考下圖（a），C為濾波電容，它接在半波整流電路之后，負(fù)載電阻R與之并聯(lián)。利用C的充、放電特性實(shí)現(xiàn)濾波。通過濾波后的輸出電壓要比濾波前的輸出電壓平穩(wěn)得多。2）電容在全波和橋式整流電路中的濾波作用全波整流電路和橋式整流電路的輸出電壓波形是一樣的，經(jīng)濾波后所獲得的直流電壓波形也一樣。濾波前和濾波后的電壓波形見下圖所示。波形的平滑程度比半波整流電路要好。電容濾波的主要

12、缺點(diǎn)是：輸出電壓隨輸出電流變化較大，這對變化負(fù)載（如功放電路）來說是很不利的。3.復(fù)式濾波將電阻或電感串在整流電路的輸出端，將濾波電容并在負(fù)載兩端，就可以組成復(fù)式濾波器，見教材圖7-9。由電阻、電容構(gòu)成的復(fù)式濾波器稱為RC濾波器；由電感、電容構(gòu)成的復(fù)式濾波器稱為LC濾波器。7.3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用：將濾波后直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓。一.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路利用穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性可以組成最簡單的穩(wěn)壓電路，如下圖所示。VD為穩(wěn)壓管，在電路中起穩(wěn)壓作用。R為限流電阻，在電路中起降壓作用，同時(shí)可以限制負(fù)載電流，當(dāng)流過負(fù)載的電流超過R允許的最大電流時(shí)，R會燒斷。二.串聯(lián)穩(wěn)壓電路1. 基本穩(wěn)壓電路串聯(lián)穩(wěn)壓

13、電路的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，三極管VT為調(diào)整管。由于調(diào)整管與負(fù)載相串聯(lián)，所以這種電路稱為串聯(lián)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓管VD為調(diào)整管提供基極電壓，稱為基準(zhǔn)電壓。電路穩(wěn)壓過程是這佯的：VIVOVBEIBVT導(dǎo)通程度減弱VCEVO。2. 帶放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路若將輸出電壓的變化量加以放大，再去控制調(diào)整管，就能提高對調(diào)整管的控制作用，使輸出電壓的穩(wěn)定性得到改善。帶放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路如下圖所示。VT1是調(diào)整管；VT2是比較放大管；VD是穩(wěn)壓管，為VT2的發(fā)射極提供基準(zhǔn)電壓，R3、R4構(gòu)成的電路叫做取樣電路，R4上的電壓叫取樣電壓。當(dāng)某種原因引起輸出電壓VO上升時(shí)，穩(wěn)壓過程可以表示如下：VOVB(B點(diǎn)電壓)IB2IC2VC2VB1IBlIClVCE1VO3. 輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路在取樣電路中加一可變電阻RP1，便可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，參考下圖。例如，當(dāng)RP1向上調(diào)時(shí)，VO也下降。若RP1下調(diào)，則輸出電壓VO上升。4. 用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電路要想提高電路的穩(wěn)壓性能，必然要求調(diào)整管有較高的值，但是，大功率三極管的值一般不高。解決這些矛盾的辦法，是用復(fù)合管做調(diào)整管，如圖所示。圖中，VT3與VT1構(gòu)成復(fù)合管。為了減小VT3的穿透電流對VT1