LC-RC自激振荡电路原理.ppt

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下一页总目录 章目录 返回 上一页 第第 18章章 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 18 1 自激振荡自激振荡 18 2 RC振荡电路振荡电路 18 3 LC振荡电路振荡电路 下一页总目录 章目录 返回 上一页 第第 18章章 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 本章要求 本章要求 1 了解正弦波振荡电路自激振荡的条件 了解正弦波振荡电路自激振荡的条件 2 了解了解 LC振荡电路和振荡电路和 RC振荡电路的工作原理 振荡电路的工作原理 下一页总目录 章目录 返回 上一页 正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦 交流信号 交流信号 它的频率范围很广 可以从一赫以下到它的频率范围很广 可以从一赫以下到 几百兆以上 输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦 几百兆以上 输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦 输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的 输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的 18 1 自激振荡自激振荡 常用的正弦波振荡器常用的正弦波振荡器 LC振荡电路振荡电路 输出功率大 频率高 输出功率大 频率高 RC振荡电路振荡电路 输出功率小 频率低 输出功率小 频率低 石英晶体振荡电路 频率稳定度高 石英晶体振荡电路 频率稳定度高 应用 应用 无线电通讯 广播电视 工业上的高频感无线电通讯 广播电视 工业上的高频感 应炉 超声波发生器 正弦波信号发生器 半导体应炉 超声波发生器 正弦波信号发生器 半导体 接近开关等 接近开关等 下一页总目录 章目录 返回 上一页 1 S u 1 自激振荡自激振荡 放大电路在无输入信号的情况下 就能输出一定放大电路在无输入信号的情况下 就能输出一定 频率和幅值的交流信号的现象 频率和幅值的交流信号的现象 开关合在开关合在 1 为为 无反馈放大电路无反馈放大电路 2 1 S u 开关合在开关合在 2 为有为有 反馈放大电路 反馈放大电路 开关合在开关合在 2 时时 去掉 去掉 ui 仍有稳定的输出 仍有稳定的输出 反馈信号代替了放大电路的输入信号 反馈信号代替了放大电路的输入信号 自激振荡状态自激振荡状态 2 下一页总目录 章目录 返回 上一页 2 自激振荡的条件自激振荡的条件 1 幅度条件 幅度条件 2 相位条件 相位条件 n 是整数是整数 相位条件相位条件 意味着振荡电路必须是意味着振荡电路必须是 正反馈正反馈 幅度条件幅度条件 表明反馈放大器要产生自激振荡 还表明反馈放大器要产生自激振荡 还 必须有足够的反馈量必须有足够的反馈量 可以通过调整放大倍数可以通过调整放大倍数 A 或或 反馈系数反馈系数 F 达到达到 自激振荡的条件自激振荡的条件 下一页总目录 章目录 返回 上一页 3 起振及稳幅振荡的过程起振及稳幅振荡的过程 设 设 Uo 是振荡电路输出电压的幅度 是振荡电路输出电压的幅度 B 是要求达到的输出电压幅度 是要求达到的输出电压幅度 起振时起振时 Uo 0 达到稳定振荡时达到稳定振荡时 Uo B 起振过程中起振过程中 Uo 1 稳定振荡时稳定振荡时 Uo B 要求要求 AuF 1 从从 AuF 1 到到 AuF 1 就是自激振荡建就是自激振荡建 立的过程 立的过程 可使输出电压的幅度不断增大 可使输出电压的幅度不断增大 使输出电压的幅度得以稳定 使输出电压的幅度得以稳定 起始信号的产生 起始信号的产生 在电源接通时 会在电路中激起在电源接通时 会在电路中激起 一个微小的扰动信号 它是个非正弦信号 含有一一个微小的扰动信号 它是个非正弦信号 含有一 系列频率不同的正弦分量 系列频率不同的正弦分量 下一页总目录 章目录 返回 上一页 4 正弦波振荡电路的组成正弦波振荡电路的组成 1 放大电路放大电路 放大信号放大信号 2 反馈网络反馈网络 必须是正反馈 反馈信号即是必须是正反馈 反馈信号即是 放大电路的输入信号放大电路的输入信号 3 选频网络选频网络 保证输出为单一频率的正弦波保证输出为单一频率的正弦波 即使电路只在某一特定频率下满即使电路只在某一特定频率下满 足自激振足自激振 荡条件荡条件 4 稳幅环节稳幅环节 使电路能从使电路能从 AuF 1 过渡到过渡到 AuF 1 从而达到稳幅振荡 从而达到稳幅振荡 下一页总目录 章目录 返回 上一页 18 2 RC振荡电路振荡电路 RC选频网络选频网络 正反馈网络正反馈网络 同相比例电路同相比例电路 放大信号放大信号 用正反馈信号用正反馈信号 uf 作为输入信号作为输入信号 选出单一频选出单一频 率的信号率的信号 1 电路结构电路结构 uf R RF R1 C R C uO 下一页总目录 章目录 返回 上一页 2 RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性 传输系数 传输系数 R C R C 式中式中 分析上式可知 仅当分析上式可知 仅当 o时 时 达最大达最大 值 且值 且 u2 与与 u1 同相同相 即网络具有选频特性 即网络具有选频特性 fo决决 定于定于 RC 下一页总目录 章目录 返回 上一页 u1 u2 u2 与 u1 波形 相频特性 f fo 幅频特性 ffo 1 3 下一页总目录 章目录 返回 上一页 3 工作原理工作原理 输出电压输出电压 uo 经正反馈 兼选频 网络分压后 经正反馈 兼选频 网络分压后 取取 uf 作作 为为 同相比例电路的输入信号同相比例电路的输入信号 ui 1 起振过程 下一页总目录 章目录 返回 上一页 2 稳定振荡 A 0 仅在 f 0处 F 0 满足相位平衡条件 所以振荡频率 f 0 1 2 RC 改变 R C可改变振荡频率 RC振荡电路的振荡频率一般在 200KHz以下 3 振荡频率 振荡频率由相位平衡条件决定 下一页总目录 章目录 返回 上一页 振荡频率的调整振荡频率的调整 RF R C C uO S S R1R2R3 R3 R2 R1 改变开关改变开关 K的位置可改变选频的位置可改变选频 网络的电阻 实现频率粗调 网络的电阻 实现频率粗调 改变电容改变电容 C 的大小可实现频率的大小可实现频率 的细调 的细调 振荡频率振荡频率 下一页总目录 章目录 返回 上一页 4 起振及稳定振荡的条件 起振及稳定振荡的条件 稳定振荡条件稳定振荡条件 AuF 1 F 1 3 则则 起振条件起振条件 AuF 1 因为因为 F 1 3 则则 考虑到起振条件 AuF 1 一般应选取 RF 略大 2R1 如果这个比值取得过大 会引起振荡波形严重失真 由运放构成的由运放构成的 RC串并联正弦波振荡电路不是靠运串并联正弦波振荡电路不是靠运 放内部的晶体管进入非线性区稳幅 而是通过在外部放内部的晶体管进入非线性区稳幅 而是通过在外部 引入负反馈来达到稳幅的目的 引入负反馈来达到稳幅的目的 下一页总目录 章目录 返回 上一页 带稳幅环节的电路带稳幅环节的电路 1 热敏电阻具有负温度系热敏电阻具有负温度系 数 利用它的非线性可以数 利用它的非线性可以 自动稳幅 自动稳幅 在起振时 由于在起振时 由于 uO 很很 小 流过小 流过 RF的电流也很小 的电流也很小 于是发热少 阻值高 使于是发热少 阻值高 使 RF 2R1 即即 AuF 1 随着振荡幅度的不断加强随着振荡幅度的不断加强 uO增大 流过增大 流过 RF 的电流也的电流也 增大 增大 RF受热而降低其阻受热而降低其阻 值 使得值 使得 Au下降 直到下降 直到 RF 2 R1时 稳定于时 稳定于 AuF 1 振荡稳定 振荡稳定 半导体半导体 热敏电阻热敏电阻 R RF R1 C R C uO 下一页总目录 章目录 返回 上一页 带稳幅环节的电路带稳幅环节的电路 1 热敏电阻具有负温度系热敏电阻具有负温度系 数 利用它的非线性可以数 利用它的非线性可以 自动稳幅 自动稳幅 半导体半导体 热敏电阻热敏电阻 R RF R1 C R C uO 稳幅过程 稳幅过程 思考 思考 若热敏电阻具有正温度系若热敏电阻具有正温度系 数 应接在何处 数 应接在何处 uo t RF Au 下一页总目录 章目录 返回 上一页 带稳幅环节的电路带稳幅环节的电路 2 ID U D振荡幅度较小时振荡幅度较小时 正向电阻大正向电阻大 振荡幅度较大时振荡幅度较大时 正向电阻小正向电阻小 利用二极管的正向伏安利用二极管的正向伏安 特性的非线性自动稳幅 特性的非线性自动稳幅 R RF2 R1 C R C uO D1 D2 RF1 稳幅环节稳幅环节 下一页总目录 章目录 返回 上一页 带稳幅环节的电路带稳幅环节的电路 2 R RF2 R1 C R C uO D1 D2 RF1 图示电路中 图示电路中 RF分为两部分 在分为两部分 在 R F1上上 正反并联两个二极管正反并联两个二极管 它们在输出电压 它们在输出电压 uO 的正负半周内分别导的正负半周内分别导 通 在起振之初 通 在起振之初 由由 于于 uo 幅值很小 尚不幅值很小 尚不 足以使足以使 二极管导通 二极管导通 正向二极管近于开路正向二极管近于开路 此时 此时 RF 2 R1 而而 后 后 随着振荡幅度的增大 正向二极管导通 其正向随着振荡幅度的增大 正向二极管导通 其正向 电阻逐渐减小 直到电阻逐渐减小 直到 RF 2 R1 振荡稳定 振荡稳定 下一页总目录 章目录 返回 上一页 18 3 LC振荡电路振荡电路 LC 振荡电路振荡电路 的选频电路由电感和电容构成 可的选频电路由电感和电容构成 可 以产生高频振荡以产生高频振荡 几百千赫以上几百千赫以上 由于高频运放价 由于高频运放价 格较高 所以一般用分离元件组成放大电路 本节格较高 所以一般用分离元件组成放大电路 本节 只对只对 LC振荡电路的结构和工作原理作简单介绍 振荡电路的结构和工作原理作简单介绍 下一页总目录 章目录 返回 上一页 18 3 l 变压器反馈式变压器反馈式 LC振荡电路振荡电路 1 电路结构电路结构 正正 反反 馈馈 2 振荡频率振荡频率 即即 LC并联电并联电 路的谐振频率路的谐振频率 uf LC UCC RLC 1 RB1 RB2 RE C E 放大电路放大电路 选频电路选频电路 反馈网络反馈网络 下一页总目录 章目录 返回 上一页 在调节变压器反馈式振荡电路中 试解释下列在调节变压器反馈式振荡电路中 试解释下列 现象 现象 1 对调反馈线圈的两个接头后就能起振 对调反馈线圈的两个接头后就能起振 2 调 调 RB1 RB2或或 RE的阻值后即可起振 的阻值后即可起振 3 改用 改用 较大的晶体管后就能起振 较大的晶体管后就能起振 4 适当增加反馈线圈的圈数后就能起振 适当增加反馈线圈的圈数后就能起振 5 适当增加 适当增加 L值或减小值或减小 C值后就能起振 值后就能起振 6 反馈太强 波形变坏 反馈太强 波形变坏 7 调整 调整 RB1 RB2或或 RE的阻值后可使波形变好 的阻值后可使波形变好 8 负载太大不仅影响输出波形 有时甚至不能 负载太大不仅影响输出波形 有时甚至不能 起振 起振 例例 1 下一页总目录 章目录 返回 上一页 解解 2 调调 RB1 RB2或或 RE的阻的阻 值后即可起振 值后即可起振 原反馈线圈接反 对原反馈线圈接反 对 调两个接头后满足相调两个接头后满足相 位条件 位条件 1 对调反馈线圈的两个接对调反馈线圈的两个接 头后就能起振 头后就能起振 调阻值后使静态工作调阻值后使静态工作 点合适 以满足幅度点合适 以满足幅度 条件 条件 3 改用改用 较大的晶体管后就能起振 较大的晶体管后就能起振 改用改用 较大的晶体管 以满足幅度条件 较大的晶体管 以满足幅度条件 LC UCC RLC1 RB1 RB2 RE C E 下一页总目录 章目录 返回 上一页 解解 5 适当增加适当增加 L值或减小值或减小 C值后就能起振 值后就能起振 增加反馈线圈的圈数 增加反馈线圈的圈数 即增大反馈量 以满即增大反馈量 以满 足幅度条件 足幅度条件 4 适当增加反馈线圈的适当增加反馈线圈的 圈数后就能起振 圈数后就能起振 当适当增加当适当增加 L 值或减小值或减小 C 值后值后 等效阻抗等效阻抗 Zo 增大 增大 因而就增大了反馈量 容易起振 因而就增大了反馈量 容易起振 LC并联电路在谐振并联电路在谐振 时的等效阻抗时的等效阻抗 LC UCC RLC1 RB1 RB2 RE C E 下一页总目录 章目录 返回 上一页 解 7 调整调整 RB1 RB2或或 RE 的阻值可使波形变好的阻值可使波形变好 反馈线圈的圈数过多或反馈线圈的圈数过多或 管子的管子的 太大使反馈太太大使反馈太 强而进入非线性区 使强而进入非线性区 使 波形变坏 波形变坏 6 反馈太强 波形变坏 反馈太强 波形变坏 调阻值调阻值 使静态工作点使静态工作点 在线性区 使波形变好在线性区 使波形变好 8 负载太大不仅影响输出波形 有时甚至不能起振 负载太大不仅影响输出波形 有时甚至不能起振 负载大 就是增大了负载大 就是增大了 LC并联电路的等效电阻并联电路的等效电阻 R R的增大的增大 一方面使一方面使 Zo 减小减小 因而反馈幅度减小因而反馈幅度减小 不易不易 起振起振 也使品质因数也使品质因数 Q减小减小 选频特性变坏选频特性变坏 使波形使波形 变坏 变坏 LC UCC RLC1 RB1 RB2 RE C E 下一页总目录 章目录 返回 上一页 例例 2 正反馈正反馈 注意 注意 用瞬时极性法判断反馈的极性时 用瞬时极性法判断反馈的极性时 耦合电容 旁路电容两端的极性相同 耦合电容 旁路电容两端的极性相同 属于选频网络的电容 其两端的极性相反 属于选频网络的电容 其两端的极性相反 UCC C1 RB1 RB2 RE C E L C 试用相位平衡条件判断下图电路能否试用相位平衡条件判断下图电路能否 产生自激振荡产生自激振荡 下一页总目录 章目录 返回 上一页 18 3 2 三点式三点式 LC振荡电路振荡电路 1 电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路 正反馈正反馈 放大电路放大电路 选频电路选频电路 反馈网络反馈网络 UCC C1 RB1 RB2 RE C E L1 C L2 RC 振荡频率振荡频率 通常改变电容通常改变电容 C 来来 调节振荡频率 调节振荡频率 反馈电压取自反馈电压取自 L2振荡频率一般在几十振荡频率一般在几十 MHz以下 以下 下一页总目录 章目录 返回 上一页 2 电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路 正反馈正反馈 放大电路放大电路 反馈网络反馈网络 振荡频率振荡频率 通常再与线圈串联一通常再与线圈串联一 个较小的可变电容来调个较小的可变电容来调 节振荡频率 节振荡频率 反馈电压取自反馈电压取自 C2 UCC C1 RB1 RB2 RE C E C1 L C2 RC 反相反相 振荡频率可达振荡频率可达 100MHz以上 以上 选频电路选频电路 下一页总目录 章目录 返回 上一页 例例 3 图示电路能否产生正弦波振荡图示电路能否产生正弦波振荡 如果不能振如果不能振 荡 加以改正 荡 加以改正 L UCCC 1R B1 RB2 RE C E C2 解 解 直流电路合理 直流电路合理 旁路电容旁路电容 CE将反馈信将反馈信 号旁路 号旁路 即电路中不存即电路中不存 在反馈 所以电路不能在反馈 所以电路不能 振荡 将振荡 将 CE开路 则电开路 则电 路可能产生振荡 路可能产生振荡 反馈电压取自反馈电压取自 C1 正反馈正反馈 下一页总目录 章目录 返回 上一页 例例 4 半导体接近开关半导体接近开关 L2C2 UCC RE2 T1 RP1 R2 R E1 CE1 C1 L1 RP2 L3 T2 T3 KA D R3 RC2 R4 LC振荡器振荡器 开关电路开关电路 射极输出器射极输出器 继电器继电器 半导体接近开关是一种无触点开关 具有反映速半导体接近开关是一种无触点开关 具有反映速 度快 定位准确 寿命长等优点 度快 定位准确 寿命长等优点 它在行程控制 定位控制 自动计数以及各种报它在行程控制 定位控制 自动计数以及各种报 警电路中得到了广泛应用 警电路中得到了广泛应用 下一页总目录 章目录 返回 上一页 L2C2 UCC RE2 T1 RP1 R2 R E1 CE1 C1 L1 RP2 L3 T2 T3 KA D R3 RC2 R4 LC振荡器振荡器 开关电路开关电路 射极输出器射极输出器 继电器继电器 例例 4 半导体接近开关半导体接近开关 变压器反馈式振荡器是接近变压器反馈式振荡器是接近 开关的核心部分 开关的核心部分 L1 L2及及 L3 绕在右图所示的的磁芯上 又绕在右图所示的的磁芯上 又 称感应头 称感应头 L2 L3 L1 移动的金属体移动的金属体 感应头感应头 下一页总目录 章目录 返回 上一页 L2C2 UCC RE2 T1 RP1 R2 R E1 CE1 C1 L1 RP2 L3 T2 T3 KA D R3 RC2 R4 例例 4 半导体接近开关半导体接近开关 当某金属被测物体移近感应头时 当某金属被测物体移近感应头时 金属体内感应出涡流 由于涡流的消磁金属体内感应出涡流 由于涡流的消磁 作用 破坏了线圈之间的磁耦合 作用 破坏了线圈之间的磁耦合 使使 L1上的反馈电压显著降低 破坏了上的反馈电压显著降低 破坏了 自激振荡的幅值条件 振荡器停振 自激振荡的幅值条件 振荡器停振 使使 L3上输出交流电压为零 上输出交流电压为零 L2 L3 L1 移动的金属体移动的金属体 感应头感应头 下一页总目录 章目录 返回 上一页 L2C2 UCC RE2 T1 RP1 R2 R E1 CE1 C1 L1 RP2 L3 T2 T3 KA D R3 RC2 R4 例例 4 半导体接近开关半导体接近开关 当当 L3上输出交流电压为零时 二极管的整流输出上输出交流电压为零时 二极管的整流输出 电压也为零 因此电压也为零 因此 T2截止 截止 T3饱和导通 继电器饱和导通 继电器 KA 通电 通电 继电器继电器 KA的常闭触点接在电动机的控制回路内 的常闭触点接在电动机的控制回路内 可在被测金属体接近危险位置时 立即断电使电动可在被测金属体接近危险位置时 立即断电使电动 机停转 也可将机停转 也可将 KA的常开触点接在报警电路上 同的常开触点接在报警电路上 同 时发出声光报警 时发出声光报警 下一页总目录 章目录 返回 上一页 L2C2 UCC RE2 T1 RP1 R2 R E1 CE1 C1 L1 RP2 L3 T2 T3 KA D R3 RC2 R4 例例 4 半导体接近开关半导体接近开关 当金属被测物体离开感应头后 振荡电路立即起当金属被测物体离开感应头后 振荡电路立即起 振 在振 在 L3上输出正弦电压 上输出正弦电压 经二极管的整流后 使经二极管的整流后 使 T2饱和导通 饱和导通 T3截止 继截止 继 电器电器 KA断电 常闭触点重新闭合 电动机运转 断电 常闭触点重新闭合 电动机运转 RP1用来调节振荡输出幅度 用来调节振荡输出幅度 RP2可使振荡电路迅可使振荡电路迅 速而可靠的停振 也能促使振荡电路在被测金属物速而可靠的停振 也能促使振荡电路在被测金属物 体离开感应头时迅速恢复振荡 体离开感应头时迅速恢复振荡
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