资源简介

【课题】
5.3 常用正弦波振荡器
【教学目的】
1．掌握LC振荡器的电路组成及工作原理。
2．掌握RC桥式振荡器的电路组成及工作原理。
3．了解石英晶体的压电效应、石英晶体谐振器的振荡频率。
4．理解串联型和并联型石英晶体振荡器的电路形式与工作原理。
5．会判断电路能否产生振荡。
6．会计算常用正弦波振荡器的振荡频率。
【教学重点】
1．变压器耦合LC振荡器的电路组成及工作原理。
2．三点式LC振荡器的电路组成特点及工作原理。
3．RC串并联电路的选频特性，RC桥式振荡器的电路组成及工作原理。
4．石英晶体谐振器的振荡频率。
5．串联型和并联型石英晶体振荡器的电路形式、振荡频率与工作原理。
6．计算各种常用振荡器的振荡频率算。
【教学难点】
1．变压器耦合LC振荡器的工作原理。
2．三点式LC振荡器的电路组成特点。
3．RC串并联电路的选频特性，RC桥式振荡器工作原理。
4．石英晶体谐振器的振荡频率。
5．串联型和并联型石英晶体振荡器的工作原理。
【教学参考学时】
4学时
【教学方法】
讲授法、分组讨论法
【教学过程】
一、引入新课
振荡器是一个频率源，用来产生所需的各种频率信号，被广泛应用于广播、通信、自动控制、家电产品等领域。
二、讲授新课
正弦波振荡器的分类如框图5.7所示。
图5.7 正弦波振荡器的分类框图
5.3.1 LC振荡器
1．变压器耦合式LC振荡器
（1）共发射极变压器耦合LC振荡器
①电路结构特点如图5.8所示。
②工作原理 初始信号经LC选频回路选出频率为fo的振荡信号，经L3-4正反馈到振荡管基极，由放大器进行放大，再选频，再放大…，不断循环，振荡由弱到强逐渐建立，当信号幅度增大到使振荡管超出线性放大区时，放大器的AV下降，电路自动满足振幅平衡条件AVF=1，作等幅振荡。
该电路只要变压器L5-6与L3-4匝数比恰当，电路易满足起振条件AVF 1。
（2）共基极变压器耦合LC振荡器
①电路结构特点：电路如图5.9所示，图中旁路电容C1使振荡管基极交流接地；隔直耦合电容C2，将选频回路中的一部分振荡信号反馈到振荡管的发射极；L1为反馈线圈，将放大后的信号送回到选频回路，以补充回路中的能量损耗，维持电路持续振荡。
②工作原理 LC回路选出的振荡信号通过C1、C2加到振荡管V的基-射极之间，经过V放大后，由L1耦合到选频回路，形成电路的正反馈。在满足振幅条件下，电路产生振荡。
图5.9 共基极变压器耦合LC振荡器
（3）LC振荡器的振荡频率
变压器耦合振荡电路的振荡频率等于LC并联回路的固有振荡频率，即
调节LC并联谐振回路中的电感量L或电容量C，均可改变电路的振荡频率fo。
2．三点式LC振荡器
三点式LC振荡器的电路结构特点：LC振荡回路的3个端点与振荡管的3个电极相连。
（1）电感三点式振荡器
①电感三点式振荡器的电路原理图如图5.10(a)所示，图5.10(b)为交流通路。
（a）电路原理图 （b）交流通路
图5.10 电感三点式振荡器
②电路振荡频率
式中，M为Ｌ1与Ｌ2之间的互感系数。
③电路特点：容易起振，振荡频率高，一般可达到几十兆赫。但波形失真大，只适用于对波形要求不高的场合中。
（2）电容三点式振荡器
①电容三点式振荡器的电路原理图如图5.11(a)所示，图5.11(b) 为交流通路。
(a)电路原理图 (b)交流通路
图5.11 电容三点式振荡器
②电路振荡频率为：
（5-9）
③电路特点：振荡频率高，输出波形较好，但频率调节不方便，适用于对波形要求高、振荡频率高且频率固定的场合。
（3）改进型电容三点式振荡器
①电容三点式振荡器的电路原理图如图5.12(a)所示，图5.12(b)为交流通路。
（a）改进的电容三点式电路原理图 （b）交流通路
图5.12 改进型电容三点式振荡器
②电路振荡频率为：
③电路特点：振荡波形好，频率比较稳定，但频率调整范围不大。
5.3.2 RC振荡器
1. RC串并联电路的选频特性
RC串并联电路如图5.13{a)所示，若取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，其幅频特性曲线和相频特性曲线如图5.13 (b)和（c）所示。
(a)RC串并联电路 (b)幅频特性曲线 (c)相频特性曲线
图5.13 RC串并电路的选频特性
RC串并联电路具有选频特性，即当输入信号频率 时，输出电压vo幅度最大，为输入电压vi幅度的 ，即 ，且输出电压vo与输入电压vi同相位。
2. RC桥式振荡器
（1）电路组成
图5.14所示为RC桥式振荡器。图中RC串并联电路既作选频电路，又引入正反馈；集成运放作同相放大器；负温度系数热敏电阻Rf和电阻R3组成负反馈电路，主要用来稳定振荡信号的幅度，避免输出波形产生失真。
（2）工作原理
在f0处，选频网络相移为，放大器相移也为，电路满足 的相位平衡条件。因在f0处，反馈系数 ，根据起振条件AV F>1，只要取AV>3，电路就能满足起振条件。
电路振荡幅度的稳定过程如下：
（3）振荡频率
RC桥式振荡器的振荡频率等于RC串并联选频电路的谐振频率，即
（4）RC桥式振荡器具有频率调节方便、输出波形失真小等特点，应用较为广泛。
5.3.3石英晶体振荡器
1．石英晶体的基本特性
（1）石英晶体的压电效应——当石英晶片上加一电场时，晶片会产生机械形变；反之，机械力又会在晶片上产生电场。
（2）石英晶体的压电谐振——当某一特定频率的交变电压作用于石英晶片时，能使晶片的机械振幅突然有很大的增加。
（3）石英晶体谐振器的等效电路
石英晶体谐振器的压电效应可用图5.15（a）所示电路来等效，图5.15（b）为其电路符号。
（4）石英晶体谐振器的电抗 频率特性
石英晶体谐振器的电抗-频率特性如图5.16所示。
当f=fs时，石英晶体呈现的阻抗最小，且为纯电阻性，相移为0O；
当fs< f当f fp时，石英晶体呈容性。
2．石英晶体正弦波振荡器
利用石英晶体进行选频的正弦波振荡器称石英晶体正弦波振荡器，它具有振荡频率稳定度极高的优点。石英晶体振荡器分为：串联型和并联型两类。
（1）并联型石英晶体振荡电路
并联型石英晶体振荡电路如图5.17所示。电路中的石英晶体相当于电感，电路的振荡频率介于fs与fp之间，而实际中，fs和fp两个频率非常接近。
（2）串联型石英晶体振荡电路
串联型石英晶体振荡电路如图5.18所示。电路利用石英晶体在fo=fs时呈纯阻性且最小、相移为零的特性构成。
图5.17 并联型晶体振荡器 图5.18 串联型晶体振荡器
三、课堂小结
1．正弦波振荡器的分类和适用频率范围。
2．三种常用正弦波振荡器的组成特点、工作原理和振荡频率。
四、课堂思考
P119思考与练习题1~3。
P121思考与练习题1~2。
P122思考与练习题1~3。
五、课后练习
P126 一、填空题：4~6；三、选择题：4~5；四、综合题：1~3。
石英晶体振荡器
（频率稳定度极高）
并联型
串联型
RC振荡电路(低频振荡)
RC桥式振荡电路
变压器耦合式
LC振荡电路(高频振荡)
三点式
电容式
电感式
正弦波振荡器的分类
根据选频电路组成元件的不同
L3-4反馈线圈，构成正反馈。
LC选频电路
假设基极的瞬时电压极性
反馈回基极的瞬时电压极性
振荡信号输出端
图5.8 共发射极变压器耦合LC振荡器
图5.15 石英晶体谐振器
（a）等效电路 （b）电路符号
图5.16 石英晶体谐振器的电抗—频率特性（设R≈0）
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