振荡电路-由浅入深

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振荡电路-由浅入深 (2011-12-09 09:01)
分类：电源

认识会由浅入深~

1，电阻，电感，电容

在高频下，各种寄生参数的影响不可忽略了。

先说电阻：

电阻也有EMI的限制。

A，由于绕线存在电感，所以绕线电阻不适合高频应用。

B，电阻的两端存在电容，在极高频应用中，这个寄生电容的影响不可忽视。

C，电阻，还要注意到过电压应力

下面继续~

关于电感：

随着频率的增加，电感的电抗性线性增加，但不会无限制的增加，因为电感存在寄生电容。

频率到一定程度，会呈现电容的特性，而这个分界的频率就是自谐振频率。

电感的寄生电容可以等效为与电感并联。

如何减小这个寄生电容

课次：２０

课题：振荡电路

重点：振荡电路起振的原理与条件

难点：振荡电路起振的相位与振幅条件

作业：无

参考资料：《电子技术基础》王明惠武汉测绘科技大学出版社

一振荡电路的用途和振荡条件

前面几章我们时论了多种类型的放大电路，其作用是把输入的电压或功率信号加以放大。从能量的观念出发，它们是在输入信号的控制下把直流能量放大且转化为按信号规律变化的交流电信号。在电子技术方面，还广泛使用另一种电路，它不需外加任伺激励，就可以把直流能量转化为具有一定频率、—定波形、一定振幅的交流电能。这—类电路叫自激振荡电路，或称之为波形发生器。振荡器在各个领域得到了广泛的应用。通讯系统使用的高频载波信号、工业上使用的高频感应加热器、实验室使用的各种信号发生器，都是振荡电路原理的应用。

二自激振荡的条件

2．1 振荡原理

在反馈电路的学习中我们知道，电路中如果存在负反馈，反馈信号会使得放大器输入端的输入信号减弱，故引入负反馈后，电路的闭环增益会下降，如果存在正反馈，反馈信号会使放大器输入端的净输入信号增强．电路的闭环增益会增大。自激振荡是一种强烈的正反馈过程，自激振荡电路就是正反馈原理的应用。

放大器在接通电源的瞬间,随着电源电压由零开始的突然增大,在放大器的输入端产生一个微弱的扰动电压,经放大器放大、正反馈,再放大、再反馈,不断反复循环,输出信号的幅度迅速增加。这个扰动电压信号可用傅里叶级数展开，它是包括从低频到高频的各种频率的正弦波。电路中选频网络,将选频网络中心频率的信号输出,其他频率的信号则被抑制。

由于基本放大器中的三极管等器件本身的非线性或反馈支路本身与输入关系的非线性，放大倍数或反馈系数在振幅增大到一定程度时就会降低，但在振荡建立的初期,应使反馈信号大于原输入信号,反馈信号一次比一次大,才能使振荡幅度逐渐增大，而当振荡建立起来之后, 稳幅措施使反馈信号等于原输入信号,让建立的振荡得以维持。

2．2 自激振荡的条件

振荡电路由放大电路和反馈电路两个基本环节组成。

1．起振条件

在电路达到平衡之前的任一瞬时必须满足uf与ui同相位，且uf>ui。电路才能起振，这是电路起振首先颂满足的条件。在此条件下，电路里面进行着正反馈——放大一振荡一正反馈的反复过程于是振荡便逐渐增强起来。

2．干衡条件

电路起振后，由于放大管的非线性使得uf由大于ui而逐渐变到uf=ui此时，振荡电路达到平衡。

所以，振茵电路要维持等幅振荡．必须满足一定条件。其一，相位平衡条件一反馈信号必须与输入信号同相，即反馈必须为正反馈；其二，振幅平衡条件——反馈信号振幅等于输人信号振幅。

三振荡电路的组成

通过上述分析可知，要使放大电路转化为振荡电路，电路结构必须合理。振荡电路—般由以下四部分组成：

1．放大电路：这是满足幅度平衡必不可少的。在振荡过程中，必然存在能量的损耗，放大电路可以控制电源不断地向振荡器提供能量。故放大电路实际上是一个换能器，起到补充能耗的作用。

2．正反馈网络：是满足相位乎衡条件必不可少的。它将输出信号的部分或全部返送输入端，完成自激振荡。

3．选频网络：通过正反馈网络的信号，只有所选定的信号，才能满足相位条件，进而放大，其它频率的信号，因不能满足该条件而受到抑制。

选频网络一般由RC元件或LC元件组成，RC选频网络一般用于频率在200kHZ低频正弦波振荡器中，频率在几十千赫至几百兆赫之间的振荡器一般由LC网络选频。

4．稳幅电路：用于稳定振荡信号的振幅，它可采用热敏元件或其它限幅电路，也可大电路自身元件的非线性来完成。为了获得稳定振荡，有时还引入负反馈。

课次：２１

课题：振荡电路

重点：ＬＣ振荡电路起振的原理与条件

难点：ＬＣ振荡电路的相关计算

作业：无

参考资料：《电子技术基础》王明惠武汉测绘科技大学出版社

LC正弦波振荡器

　　LC振荡电路主要用来产生高频正弦信号，一般在lMHz以上。LC和RC振荡电路产生正弦振荡的原理基本相同，它们在电路组成方面的主要区别是，RC振荡电路的选频网络由电阻和电容组成，而LC振荡电路的选频网络则由电感和电容组成。各自的名称说明了它们之间的差别　。

　　下面首先讨论组成LC正弦波振荡电路的基础LC选频放大电路。

一、LC并联谐振回路及其特点

　　在选频放大电路中经常用到的谐振回路是如图 9.7所示的LC并联谐振回路。

　　图中R表示回路的等效损耗电阻。由图可知，LC并联谐振回路的等效阻抗为　　　　　　　　　　　　　

　　由上式可知，LC并联谐振回路有如下特点：

　　（1）谐振频率为

　　（2）谐振时，回路的等效阻抗为纯电阻，阻值最大

　　　　　

　　（3）信号源电流与振荡回路中的支路电流的关系：

　　上式表明：LC电路谐振时，支路电流近似为总电流的Q倍，通常，Q＞＞1，所以，谐振时LC并联电路的回路电流比输入电流大得多。也就是说，在谐振回路中外界的影响可以忽略。这个结论对于分析LC正弦波振荡电路是十分有用的。

　　（4）回路的频率响应

　　① LC并联电路具有选频特性。在谐振频率f_o处，电路为纯阻性（V与I无相差）阻值最大。

　　在f＜f_o处，电路呈电感性。在f＞f_o处，电路呈电容性。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　② Q 越大，谐振时Z_o越大，振幅特性曲线越尖锐，在f=f_o附近相频特性变化越快，选频性能越好。对相同的Δφ而言,Q值越大，对应的Δf越小，因此频率的稳定性越好。

例：选频放大电路

　　图9.9所示是一个集电极负载为 LC并联谐振电路的共射极放大电路，因此其电压放大倍数为

　　式中R'_L是并联谐振回路的等效阻抗，只有在时呈现最大的阻抗，也就是说，只有f=f₀的信号，该电路具有最高的电压放大倍数， f离f₀越远，A_V就越小，因此该电路具有选频放大的功能。

课次：２２

课题：振荡电路

重点：ＲＣ振荡电路起振的原理与条件

难点：ＲＣ振荡电路起振的选频网络

作业：无

参考资料：《电子技术基础》王明惠武汉测绘科技大学出版社

RC正弦波振荡器

　　RC正弦波振荡器有桥式、双T网络式、移相式等类型，本章主要讨论桥式正弦波振荡电路。

一、电路原理图

　　图9.2是RC桥式振荡电路，这个电路由放大电路和选频网络。为由集成运放所组成的电压串联负反馈放大电路，取其高输入阻抗和低输出阻抗的特点。而则由Z₁、Z₂和R₁、R₂组成，同时兼作正反馈网络。由图可知，Z₁、Z₂和R₁、R₂正好形成一个四臂电桥，电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入端，桥式振荡电路的名称即由此而来。　　　

　　下面首先分析RC串并联选频网络的选频特性，然后根据正弦波振荡电路的两个条件选择合适的放大电路指标，以构成一个完整的振荡电路。

二、RC串并联网络的选频特性

图9.2中用的RC串并联选频网络具有选频作用，由图9.2可知：

　　若令ω_o=1/RC 或 f_o =1/（2πRC）则

　　当ω=ω_o时，

　　上述分析表明：当ω=ω₀=1/RC）时，输出电压的幅值最大（当输入电压的幅值一定，而频率可调时)，并且输出电压是输入电压的1/3,同时输出电压与输入电压同相位。根据和的表达式可以画出RC串并联选频网络的幅频特性和相频特性曲线如图9.3所示。

三、振荡的建立与稳定

　　所谓建立振荡，就是要使电路自激，从而产生持续的振荡，由直流电变为交流电。对于RC振荡电路来说，直流电源即是能源。那么自激的因素又是什么呢?由于电路中存在噪声，它的频谱分布很广，其中也包括有ω=ω₀ =1/（RC）这样一个频率成分。这种微弱的信号，经过放大，通过正反馈的选频网络，使输出幅度愈来愈大，最后受电路中非线性元件的限制，使振荡幅度自动地稳定下来，开始时，AV =1+ R_f/R₁略大于3，达到稳定平衡状态时，A_V=3，F_V=1/3(ω=ω₀=1/RC）。