第3章 正弦波振荡器
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第3章 正弦波振荡器3.1 为什么振荡电路必须满足起振条件、平衡条件和稳定条件?试从振荡的物理过程来说明这三个条件的含义。
答:(1)在刚接通电源时,电路中会存在各种电扰动,这些扰动在接通电源瞬间会引起电路电流的突变(如晶体管b i 或c i 突变),这些突变扰动的电流均具有很宽的频谱,由于集电极LC 并联谐振回路的选频作用,其中只有角频率为谐振角频率o ω的分量才能在谐振回路两端产生较大的电压()o o u j ω。
通过反馈后,加到放大器输入端的反馈电压()f o u j ω与原输入电压()i o u j ω同相,并且有更大的振幅,则经过线性放大和正反馈的不断循环,振荡电压振幅会不断增大。
故要使振荡器在接通电源后振荡幅度能从小到大增长的条件是:()()()()f o o i o i o u j T j u j u j ωωωω=>即: ()1o T j ω> ……起振条件 (2)振荡幅度的增长过程不可能无休止地延续下去。
随着振幅的增大,放大器逐渐由放大区进入饱和区截止区,其增益逐渐下降。
当因放大器增益下降而导致环路增益下降至1时,振幅的增长过程将停止,振荡器达到平衡状态,即进入等幅状态。
振荡器进入平衡状态后,直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。
故平衡条件为:()1o T j ω=(3)振荡器在工作过程中,不可避免地要受到各种外界因素变化的影响,如电源电压波动、噪声干扰等。
这些会破坏原来的平衡条件。
如果通过放大和反馈的不断循环,振荡器能产生回到原平衡点的趋势,并且在原平衡点附近建立新的平衡状态,则表明原平衡状态是稳定的。
振荡器在其平衡点须具有阻止振幅变化、相位变化的能力,因此:振幅平衡状态的稳定条件是:()0i iAo iU U T U ω=∂<∂;相位平衡状态的稳定条件是:()0oT o ωωϕωω=∂<∂3.2 图题3.2所示的电容反馈振荡电路中,1100pF C =,2300pF C =,50μH L =。
第三章 正弦波振荡器学习目标在电子线路中,正弦波是一种非常重要的波形,为什么会这么重要呢?原因在于电子线路中几乎所有的交流信号,不管它的形状如何怪异,都是由各种不同频率和不同强度的正弦波信号组成的,所以在电路中,需要正弦波信号的时候是非常多的,我们现在要给大家介绍的正弦波振荡器不仅可以用来做下面介绍的两种小玩意,更是不少电路的重要组成部分,希望读者能通过下面这些制作对正弦波振荡器有一个清楚的了解。
1、重点掌握串联LC 和并联LC 电路的频率特性,以及LC 电路的振荡器的工作原理,了解RC 振荡器的电路构成。
2、通过制作,理解正弦波振荡器的电路特点和调试方法。
第一节 正弦波振荡器的电路组成正弦波是一种与圆周运动关系很紧密的一种波形,这与荡秋千是非常相似的。
如图3-1所示,我们在秋千的漏斗里装上细沙,当这个小秋千在振动的时候拉动下面的纸看到一个正弦波了,而秋千就是一种振荡器,当然,这个正弦波的幅度会越来越小。
在电路中,也有与秋千相类似的振荡器,这就是LC 电路和RC 电路。
请读者注意了,这样的电路要振荡,不是让电路板随着通电而上下抖动(那样会将电路板损坏),而是在电感和电容内有一个大小和方向不断来回变化的电压或电流,这就是振荡——即是电流和电压的振荡。
为什么用一个电感和一个电容就会产生电流或电压的振荡呢?原因在于电容有电压不能突变的特性,而电感则有电流不能突变的特性。
如图3-2所示的电路,假如在电容上已经充有电,也就是说电容上存储有电压,于是电容上的电压就会形成—个流过电感的电流,但由于有碍于电感的脾气,这个电流不能突然产生,它只能逐渐地增大,并且随着这个过程的进行.电容上的电压会越来越低,当这个电压用完的时候,就不能再对电感进行放电了,于是电感上的电流不再增大了,但这个电流也不会因为电容上没电了就消失,这同样是电感的脾气所致。
图3-1 用一个沙漏斗的振荡来画出一个正弦波电感上的电流要逐渐减少,但这个逐渐减少的电流又会对电容形成充电,当这个电流减少为零时,电容上的电压也增加到了—个足够的值,于是电容又会对电感放电,于是周而复始,形成了电容对电感放电后,电感又对电容放电(皇帝轮流做,奴隶换着当),于是振荡图3-2 LC 电路中电压和电流的变化就形成了。