正弦波振荡电路

石英晶体作为一个谐振回路具有极高的频率稳定度。
当石英晶体受到交变电场作用时,即在两极板上加以交流电 压,石英晶体便会产生机械振动。反过来,若对石英晶体施加 周期性机械力, 使其发生振动,则又会在晶体表面出现相应 的交变电场和电荷,即在极板上有交变电压。当外加电场的 频率等于晶体的固有频率时, 便会产生“机—电共振”, 振 幅明显加大,这种现象称为压电谐振。
实际振荡电路不需要先外加输入信号再接反馈 电路。它最初的起振是依靠振荡电路本身的各 种电压电流的变化。如电源接通的瞬，电流的 突变、噪声等引起的电扰动信号，都是振荡电 路起振时的信号源。
只要满足：|AF|>1，且A+ F =2n，即可起振。
起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这 时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。
uo
F 0
AF 1
A 1 R2 F 1
R1
3
R2 2R1
能自行启动的电路（1）
RT
半导体 热敏电阻
t
起振时，RT略大于2R1，
R
_
使|AF|>1，以便起振；
C
+
uo
+
R
C R1
起振后，uo逐渐增大则 RT逐渐减小，使得输出 uo为某值时，|AF|=1， 从而稳幅。
uo
t
Rt
A
能自行启动的电路（2）
1.并联型石英晶体振荡电路
当f0在fs ~fp的窄 小的频率范围内
时,晶体在电路中
起一个电感作用,
它与C1、C2组
Cb
成电容反馈式振
荡电路。
＋UCC
Rc Rb1
V
C1
Rb2
Re
C2

输入电阻小、输出 电阻大，影响f0
可引入电压串联负反馈，使 电压放大倍数大于3，且Ri大、 Ro小，对f0影响小
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。
例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才 能起振？振荡频率f0=？
R1
起振时Rt较大 使 A>3,易起振。 当uo幅度自激增 长时， Rt减小， A减小。 当uo幅度达某一 值时， A→3。 当uo进一步增大 时， RT再减小 , 使A<3。 因此uo幅度自动 稳定于某一幅值。
R C
.
RC
Rf1
Rf2 1
D1
2
D2
－∞
A +
+
将Rf分为Rf1 和Rf2 ，
Rf2并联二极管 uo
稳幅
按选频网络的名称
①RC正弦波振荡器：1兆赫以下 ②LC正弦波振荡器：几百千赫～几百兆赫 ③石英晶体振荡器： 振荡频率稳定
8.1.2 RC正弦波振荡电路
R
C
选频网络
Rf
－∞
A +
+
uo
R
C
uf
R1
放大电路
1.RC串并联网络选频特性
R1C1 串联阻抗：
+
Z1 R1 (1/ jC1)
+
电子琴的振荡电路电路：
R28 R27
fo

2C
1 R1R2
R26
RF1 RF2 D1
R25
R1
D1
R24
C

_
uo
R23
+
R22

.
.
F ()

V
.
f
V0
jM

r jL1
A( )
.
F
( )

1
jMgm 2L1C jrC

rC
Mg m j(1
2 L1C)
00:56
21
.
根据相位平衡条件，A() F() 的模值应该为实数，则可以得到：
1
1 2 L1C 0 振荡角频率o为： o = L1C
9
振荡平衡条件: A( j )F( j ) 1
它是维持振荡的基本条件，通常也称为振荡的平衡条件。
A ( j ) Ae j A
又由于

F
(
j
)

Fe
j F
所以振荡平衡条件的约束方程可以分为两个方程:
AF 1
A F 2n (n 0，1，2)
一、开环法
开环法是先假定将振荡环路在某一点处断开，计算它的开环传递函数
.
A() F()
，然后用巴克豪森准则确定平衡条件，从而确定电路的
振荡频率和起振条件。
00:56
18
开环法步骤
1．画出振荡电路的交流通路，判别其是否能构成正反馈电路，即 是否有可能满足振荡的相位平衡条件。
2．画出微变等效电路，并在某一点（一般取晶体管输入端）开环。
3．计算开环传递函数
.
A() F ()
4．利用相位平衡条件确定振荡角频率0。
5．利用o角频率下的幅度平衡条件，确定维持振荡幅度所需要的gm值gmo。
6．选择晶体管的gm使gm ＞gmo 。此时电路就能够满足起振条件。
00:56

A = 1+
R2 =3 R1
R 2 = 2R 1 R 2 > 2R 1
3. 稳幅措施
R2 A = 1+ >3 R1
若靠放大器的非线性 → 稳幅，波形失真大。 所以使放大器工作在线性放大区，外接非线性元件 （如热敏电阻，场效应管等），使A可调
RC滤波效果差，要求放大部分不能出现非线 性，而且，就算以弱非线性稳幅，A的调节范 围有限，且普通电阻精度有限，无法内稳幅。 由此考虑以热敏电阻进行外稳幅：
o 360 ,
1 1 v1 (t ) = − vo (t )dt = − 2 2 ∫∫ v1 (t )dtdt ∫ RC RC
d 2 v1 (t ) 1 + 2 2 v1 (t ) = 0 2 dt RC d 2 v1 (t ) 1 2 设ω 0 ω = + = , 0 0 v1 (t ) 2 RC dt 解为：v1 (t ) = A sin ω0t vo (t ) = − A cos ω0t 正交正弦振荡器
①当
ω=ω=0
(ω) = F F max
1 1 f = f = 或 0 2πRC RC 1 ϕ F = 0 V ,V 同相 = f o 3
ω ω0 ωω ϕ F = −tg -1 0 3
②当f<<f0 Vf超前Vo
③当f>>f0 Vf滞后Vo
R2 (2) 讨论同相放大器：A = 1 + ,ϕ A = 0 R1
3.3 RC正弦波振荡电路

RC正弦振荡电路

f 较低时，对于LC OSC，大电感、电容较难制作，且体 积大，一般选用RC OSC RC OSC是指用RC移相网络替代LC选频网络构成的OSC 选用RC电路作移相选频网络，Q值不高，选频能力差， 所以放大器多工作在线性放大区 需要外接非线性器件来稳幅