第3章正弦波振荡电路.

第一节 电磁振荡

[教学目标]

1、知识与技能

1）．知道LC回路的构成和振荡电流的概念．了解电容器的充电、放电作用及电感阻碍电流变化的作用．

2）．会分析振荡电流变化过程中，电场能和磁场能的相互转化的规律，并会分析振荡电流在一个周期变化过程中，电容器上电荷的变化情况及电感线圈中电流的大小和方向的变化情况．

3）．知道LC回路的地周期和频率公式．

2、过程与方法

1）通过对LC回路演示实验的观察，明确LC回路产生振荡电流的大小和方向都在作周期性变化。

2）通过对振荡电流演示实验的观察，明白LC回路里产生的振荡电流是按正弦或余弦规律变化的

3）通过观察演示实验，概括出电磁振荡等概念，培养学生的观察能力、类比推理能力，以及理解和概括能力．

3情感、态度与价值观

1） 经历“讨论与交流”培养学生乐于表达的习惯和虚心好学、团结协作的学习态度。

2） 通过观察两个演示实验，培养学生善于观察、尊重事实、勤于思考的学习习惯。

[重点、难点分析]

LC回路产生电磁振荡, 分析重点应放在电场能和磁场能的转化上；其次要明确转化条件是电感线圈自感作用和电容器的充放电作用，可借助单摆振动类比，形容电磁振荡中能量的转化情况。

[教具]

LC振荡电路演示仪、课件

教学过程

课题的引入

在我们乘飞机旅行时，空中小姐请我们系上安全带的同时，会特别强调：为了您和飞机的安全，请把手机、手提电脑关闭，这是为什么呢？

（提出问题，引起学生思考）

这是因为手机发射的电磁波会对飞机的雷达系统、导航系统形成干扰，使这些设备不能正常工作。实际上，无线电广播、电视、人造卫星、导弹、宇宙飞船等，传递信息和跟地面的联系都要利用电磁波．现代社会的各个部门，几乎都离不开“电磁波”，可以说“电”作为现代文明的标志，“电磁波”就是现代文明的神经中枢，或者叫现代化的代名词．

那么，电磁波是什么？它是怎样产生的？就要从电磁振荡开始学习．

演示实验

第2章 正弦交流电路习题解答 64

习 题

2.1 电流π10sin100π3it，问它的三要素各为多少？在交流电路中，有两个负载，已知它们的电压分别为1π60sin3146utV，2π80sin3143utV，求总电压u的瞬时值表达式，并说明u、u1、u2三者的相位关系。

解：(1)最大值为10（V），角频率为100rad/s，初相角为-60°。

（2）30/601mU（V）60/802mU（V）

则1.23/10060/8030/6021mmmUUU（V）

)1.23314sin(100tu（V）u滞后u2，而超前u1。

2.2 两个频率相同的正弦交流电流，它们的有效值是I1=8A，I2=6A，求在下面各种情况下，合成电流的有效值。

（1）i1与i2同相。

（2）i1与i2反相。

（3）i1超前i2 90º角度。

（4）i1滞后i2 60º角度。

解：（1）146821III（A）

（2）6821III（A）

（3）1068222221III（A）

（4）设0/81I（A）则60/62I（A）

3.25/2.1260/60/821III（A）

2.12I（A）

2.3 把下列正弦量的时间函数用相量表示。

（1）102usin314t V （2）5isin(314t – 60º) A

解：(1)U=10/0º (V) (2)mI=－5/－60º =5/180º－60º=5/120º (A)

2.4 已知工频正弦电压uab的最大值为311V，初相位为–60°，其有效值为多少？写出其瞬时值表达式；当t=0.0025s时，Uab的值为多少？

解：∵UUababm2

∴有效值2203112121UUabmab(V)

1 2 思考题与习题

3.3 若反馈振荡器满足起振和平衡条件，则必然满足稳定条件，这种说法是否正确？为什么？

解：不正确。因为满足起振条件和平衡条件后，振荡由小到大并达到平衡。但当外界因素（温度、电源电压等）变化时，平衡条件受到破坏。若不满足稳定条件，振荡起就不会回到平衡状态，最终导致停振。

3.4 分析图3.2.1(a)电路振荡频率不稳定的具体原因？

解：电路振荡频率不稳定的具体原因是晶体管的极间电容与输入、输出阻抗的影响，电路的工作状态以及负载的变化，再加上互感耦合元件分布电容的存在，以及选频回路接在基极回路中，不利于及时滤除晶体管集电极输出的谐波电流成分，使电路的电磁干扰大，造成频率不稳定。

3.7 什么是振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件？各有什么物理意义？振荡器输出信号的振幅和频率分别是由什么条件决定的？

解：（1） 起振条件：

振幅起振条件 01AF

相位起振条件 2AFn（n=0,1,…）

(2) 平衡条件：

振幅平衡条件 AF=1

相位平衡条件 2AFn（n=0,1,…）

（3） 平衡的稳定条件：

振幅平衡的稳定条件

00AU

相位平衡的稳定条件 0Z

振幅起振条件01AF是表明振荡是增幅振荡，振幅由小增大，振荡能够建立起来。振幅平衡条件AF=1是表明振荡是等幅振荡，振幅保持不变，处于平衡状态。

相位起振条件和相位平衡条件都是2AFn（n=0,1,…），它表明反馈是正反馈，是构成反馈型振荡器的必要条件。

振幅平衡的稳定条件A/0U<0表示放大器的电压增益随振幅增大而减小，它能保证电路参数发生变化引起A、F变化时，电路能在新的条件下建立新的平衡，即振幅产生变化来保证AF=1。相位平衡的稳定条件Z/<0表示振荡回路的相移Z随频率增大而减小是负斜率。它能保证在振荡电路的参数发生变化时，能自动通过频率的变化来调整AF=YFZ=0，保证振荡电路处于正反馈。

RC正弦波振荡电路

一、实验目的和要求

1、学习RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件。

2、学会测量、调试振荡器。

二、实验内容和原理

文氏电桥振荡器是一种较好的正弦波产生电路，适用于产生频率小于1MHz，频率范围宽，波形较好的低频振荡信号。

因为没有输入信号，为了产生正弦波，必须在电路里加入正反馈。

下图是用运算放大器组成的电路，图中R3,R4构成负反馈支路，R1，R2，C1，C2的串并联选频网络构成正反馈支路并兼作选频网络，二极管构成稳幅电路。调节电位器Rp可以改变负反馈的深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。二极管D1，D2要求温度稳定性好且特性匹配，这样才能保证输出波形正负半周对称，同时接入R4以消除二极管的非线性影响。

若R1=R2，C1=C2，则振荡频率为f0=1/2πRC，正反馈的电压与输出电压同相位，且正反馈系数为1/3。为满足电路的起振条件放大器的电压放大倍数AV > 3，其中AV = 1+R5/ =Rp+R4。由此可得出当R5 >2R3时，可满足电路的自激振荡的振幅起振条件。在实际应用中R5应略大于R3，这样既可以满足起振条件，又不会因其过大而引起波形严重失真。

此外，为了输出单一的正弦波，还必须进行选频。由于振荡频率为f0=1/2πRC，故在电路中可变换电容来进行振荡频率的粗调，可用电位器代替R1，R2来进行频率的细调。

电路起振后，由于元件参数的不稳定性，如果电路增益增大，输出幅度将越来越大，最后由于二极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果增益不足，则输出幅度减小，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。图中两

个二极管主要是利用二极管的正向电阻随所加电压而改变的特性，来自动调节负反馈深度

三、实验器材

1、双路直流稳压电源一台

2、函数发生器一台

3、示波器一台

4、万用表一块

5、集成运算放大器（μA741）两片

6、电阻10KΩ两个，5.1KΩ一个，6.2KΩ一个，10KΩ电位器一个