资源简介

【课题】
13.7 正弦波振荡器
【教学目标】
知道正反馈、自激振荡和正弦波振荡器。
【教学重点】
1．自激振荡的两个条件。
2．RC正弦波振荡器。
3．石英晶体正弦波振荡器。
【教学难点】
1．自激振荡的两个条件。
2．RC正弦波振荡器。
3．石英晶体正弦波振荡器。
【教学过程】
【一、复习】
1．反馈极性的判断。
2．放大电路的结构与工作情况。
3．变压器器的同名端概念。
【二、引入新课】
正弦波振荡器是一种没有输入信号的放大器，振荡器产生的各种正弦波信号作为基准信号提供给电子电路。分析振荡器要抓住两个条件（相位条件，幅值条件）。
【三、讲授新课】
13.7.1 正弦波振荡器的基本原理
1．自激振荡的概念
（1）自激振荡。电路没有外加输入信号，却能输出具有一定频率、一定幅值的正弦波信号。能形成自激振荡的电路就称为振荡电路。
（2）图13.28所示的方框图说明了振荡过程。振荡电路是一种无需外加信号就能将直流电能变为交流电能的能量变换电路。
图13.28　由放大电路到自激振荡电路
2．自激振荡的条件
（1）振荡的幅值平衡条件
│AF│1
它说明振荡时，反馈信号uf和加到放大电路输入端的信号ui大小相等。
（2）振荡的相位平衡条件
a f2n（n为整数）
式中：a为输入信号经放大电路产生的相移量；
　 f 为输出信号经反馈网络产生的相移量。
3．自激振荡的建立
振荡器利用外界的微弱干扰（如刚接通电源时所带来的微弱干扰）作最初的信号（包含有各种频率成份），通过选频网络，使某一特定频率的信号满足起振条件。这个特定频率的信号经过放大、输出、反馈、再放大、再输出、再反馈……的循环过程，使输出信号从无到有、从小到大逐渐增大，从而建立起振荡。
4．正弦波振荡器的基本组成
（1）放大电路，满足幅值平衡条件。
（2）正反馈电路，满足相位平衡条件。
（3）选频电路，振荡器输出所需要的、单一频率的正弦波信号。
（4）稳幅电路，稳定振荡器输出信号的振幅。
13.7.2 RC正弦波振荡器
RC正弦波振荡器，如图13.29所示。
图13.29　RC正弦波振荡器
调节RF时RF略大于2R1时，电路能形成自激振荡，振荡频率f0。
13.7.3　LC正弦波振荡器
1．变压器反馈式正弦波振荡器
变压器反馈式正弦波振荡器，如图13.30所示。
图13.30　变压器反馈式正弦波振荡器
集成运放组成放大电路。
正反馈由变压器一次绕组、二次绕组之间的互感耦合，为反馈绕组。
和并联谐振组成选频电路。
为负反馈电阻起稳幅作用。
为平衡电阻。
为耦合电容。
振荡频率
2．电感三点式正弦波振荡器
电感三点式正弦波振荡器，如图13.31所示。
图13.31　电感三点式正弦波振荡器
等效电感L（和串联）与并联组成选频电路。
正反馈信号从两端取出。
为负反馈电阻，起稳幅作用。
为平衡电阻。
为耦合电容。
振荡频率
3．电容三点式正弦波振荡器
电容三点式正弦波振荡器，如图13.32所示。
图13.32　电容三点式正弦波振荡器
反馈信号uf从C2两端取出。
振荡频率
f0
式中 C为C1和C2的串联值。
13.7.4 石英晶体正弦波振荡器
1．石英晶体的结构和特性
（1）石英晶体，如图13.33所示。
图13.33　石英晶体的结构和符号
（2）石英晶体在电路中可等效为一个损耗很小的谐振回路。串联谐振频率和并联谐振频率，在和范围内，石英晶体呈感性，相当于一个电感元件；在频率上，石英晶体呈纯电阻性，相当于一个阻值很小的电阻；在其他频率下，石英晶体呈容性，相当于一个电容元件。
2．石英晶体振荡器
（1）串联型石英晶体振荡器，如图13.34（a）所示。
石英晶体接在正反馈电路中起选频作用，电路振荡频率为fs。调节电阻R可获得良好的正弦波输出。
(a)串联型石英晶体正弦波振荡器
(b)并联型石英晶体正弦波振荡器
图13.34　石英晶体正弦波振荡器
（2）并联型石英晶体振荡器，如图13.34（b）所示。
电路的振荡频率在fs与fp之间，石英晶体呈感性，相当于一个电感，其工作原理与电容三点式LC正弦波振荡器相似，振荡频率近似为fs。
【四、小结】
1．正弦波振荡器是一种不需外加输入信号也能产生一定频率和一定幅度正弦信号的正反馈放大电路。
2．正弦波振荡器的起振条件：
（1）振幅平衡条件。反馈信号振幅应与输入信号振幅相等；
（2）相位平衡条件。反馈信号的相位应与输入信号的相位相同。
3．正弦波振荡器组成。放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅环节。
4．正弦波振荡器性能比较（详见表10.1）
表10.1　正弦波振荡器性能比较
类型 性能 RC LC 石英晶体
串并联式 变压器反馈式 电感三点式 电容三点式 串联式 并联式
振荡频率 其中： 其中： <<
电路特点 波形较好，频率易调。 灵活，易调且频率范围宽 易起振，频率易调且范围宽，波形较差 不易调，范围小，波形好，频率高且较稳定 频率高且较稳定度高，石英晶体串接于反馈电路中 频率高且较稳定度高，石英晶体相当于LC并联回路中的L
判断方法 用+= 2n 因=0只要=2n 即满足相位平衡条件 用瞬时极性法，注意变压器同名端 用瞬时极性法 用瞬时极性法 用瞬时极性法。=时，石英晶体呈纯电阻性 用瞬时极性法。和之间时，石英晶体相当于电感
适用场合 适用于频率可调的音频信号发生器 波形要求不高，频率调节范围较大 同左 波形要求较高，频率固定或可调范围小 频率固定，稳定度高，频率高 同左
【五、习题】
一、是非题：8、9；三、填空题：6。

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