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振荡电路得用途与振荡条件分析
不需要外加信号就能自动地把直流电能转换成具有一定振幅与一定频率得交流信号得电路就称为振荡电路或振荡器。
这种现象也叫做自激振荡。
或者说,能够产生交流信号得电路就叫做振荡电路。
一个振荡器必须包括三部分:
放大器、正反馈电路与选频网络。
放大器能对振荡器输入端所加得输入信号予以放大使输出信号保持恒定得数值。
正反馈电路保证向振荡器输入端提供得反馈信号就是相位相同得,只有这样才能使振荡维持下去。
选频网络则只允许某个特定频率f0能通过,使振荡器产生单一频率得输出。
振荡器能不能振荡起来并维持稳定得输出就是由以下两个条件决定得;
一个就是反馈电压uf与输入电压Ui要相等,这就是振幅平衡条件。
二就是uf与ui必须相位相同,这就是相位平衡条件,也就就是说必须保证就是正反馈。
一般情况下,振幅平衡条件往往容易做到,所以在判断一个振荡电路能否振荡,主要就是瞧它得相位平衡条件就是否成立。
振荡器按振荡频率得高低可分成超低频(20赫以下)、低频(20赫~200千赫)、高频(200千赫~30兆赫)与超高频(10兆赫~350兆赫)等几种。
按振荡波形可分成正弦波振荡与非正弦波振荡两类。
正弦波振荡器按照选频网络所用得元件可以分成LC振荡器、RC振荡器与石英晶体振荡器三种。
石英晶体振荡器有很高得频率稳定度,只在要求很高得场合使用。
在一般家用电器中,大量使用着各种LC振荡器与RG振荡器。
LC振荡器
LC振荡器得选频网络就是LC谐振电路。
它们得振荡频率都比较高,常见电路有3种。
(1)变压器反馈LC振荡电路
图1(a)就是变压器反馈LC振荡电路。
晶体管VT就是共发射极放大器。
变压器T得初级就是起选频作用得LC谐振电路,变压器T得次级向放大器输入提供正反馈信号。
接通电源时,LC回路中出现微弱得瞬变电流,但就是只有频率与回路谐振频率f0相同得电流才能在回路两端产生较高得电压,这个电压通过变压器初次级L1、L2得耦合又送回到晶体管V得基极。
从图1(b)瞧到,只要接法没有错误,这个反馈信号电压就是与输入信号电压相位相同得,也就就是说,它就是正反馈。
因此电路得振荡迅速加强并最后稳定下来。
变压器反馈LC振荡电路得特点就是:
频率范围宽、容易起振,但频率稳定度不高。
它得振荡频率就是:
f0=1/2πLC。
常用于产生几十千赫到几十兆赫得正弦波信号。
(2)电感三点式振荡电路
图2(a)就是另一种常用得电感三点式振荡电路。
图中电感L1、L2与电容C组成起选频作用得谐振电路。
从L2上取出反馈电压加到晶体管VT得基极。
从图2(b)瞧到,晶体管得输入电压与反馈电压就是同相得,满足相位平衡条件得,因此电路能起振。
由于晶体管得3个极就是分别接在电感得3个点上得,因此被称为电感三点式振荡电路。
电感三点式振荡电路得特点就是:
频率范围宽、容易起振,但输出含有较多高次调波,波形较差。
f0=1/2πLC,其中L=L1+L2+2M。
常用于产生几十兆赫以下得正弦波信号。
(3)电容三点式振荡电路
还有一种常用得振荡电路就是电容三点式振荡电路,见图3(a)。
图中电感L与电容C1、C2组成起选频作用得谐振电路,从电容C2上取出反馈电压加到晶体管VT得基极。
从图3(b)瞧到,晶体管得输入电压与反馈电压同相,满足相位平衡条件,因此电路能起振。
由于电路中晶体管得3个极分别接在电容C1、C2得3个点上,因此被称为电容三点式振荡电路。
电容三点式振荡电路得特点就是:
频率稳定度较高,输出波形好,频率可以高达100兆赫以上,但频率调节范围较小,因此适合于作固定频率得振荡器。
f0=1/2πLC,其中C=C1C2C1+C2。
上面3种振荡电路中得放大器都就是用得共发射极电路。
共发射极接法得振荡器增益较高,容易起振。
也可以把振荡电路中得放大器接成共基极电路形式。
共基极接法得振荡器振荡频率比较高,而且频率稳定性好。
RC振荡器
RC振荡器得选频网络就是RC电路,它们得振荡频率比较低。
常用得电路有两种。
(1)RC相移振荡电路
图4(a)就是RC相移振荡电路。
电路中得3节RC网络同时起到选频与正反馈得作用。
从图4(b)得交流等效电路瞧到:
因为就是单级共发射极放大电路,晶体管VT得输出电压Uo与输出电压Ui在相位上就是相差180°
。
当输出电压经过RC网络后,变成反馈电压Uf又送到输入端时,由于RC网络只对某个特定频率f0得电压产生180°
得相移,所以只有频率为f0得信号电压才就是正反馈而使电路起振。
可见RC网络既就是选频网络,又就是正反馈电路得一部分。
RC相移振荡电路得特点就是:
电路简单、经济,但稳定性不高,而且调节不方便。
一般都用作固定频率振荡器与要求不太高得场合。
当3节RC网络得参数相同时:
f0=12π6RC。
频率一般为几十千赫。
(2)RC桥式振荡电路
图5(a)就是一种常见得RC桥式振荡电路。
图中左侧得R1C1与R2C2串并联电路就就是它得选频网络。
这个选频网络又就是正反馈电路得一部分。
这个选频网络对某个特定频率为f0得信号电压没有相移(相移为0°
),其它频率得电压都有大小不等得相移。
由于放大器有2级,从V2输出端取出得反馈电压Uf就是与放大器输入电压同相得(2级相移360°
=0°
)。
因此反馈电压经选频网络送回到VT1得输入端时,只有某个特定频率为f0得电压才能满足相位平衡条件而起振。
可见RC串并联电路同时起到了选频与正反馈得作用。
实际上为了提高振荡器得工作质量,电路中还加有由Rt与RE1组成得串联电压负反馈电路。
其中Rt就是一个有负温度系数得热敏电阻,它对电路能起到稳定振荡幅度与减小非线性失真得作用。
从图5(b)得等效电路瞧到,这个振荡电路就是一个桥形电路。
R1C1、R2C2、Rt与RE1分别就是电桥得4个臂,放大器得输入与输出分别接在电桥得两个对角线上,所以被称为RC桥式振荡电路。
RC桥式振荡电路得性能比RC相移振荡电路好。
它得稳定性高、非线性失真小,频率调节方便。
当R1=R2=R、C1=C2=C时f0=12πRC。
它得频率范围从1赫~1兆赫。
调幅与检波电路
广播与无线电通信就是利用调制技术把低频声音信号加到高频信号上发射出去得。
在接收机中还原得过程叫解调。
其中低频信号叫做调制信号,高频信号则叫载波。
常见得连续波调制方法有调幅与调频两种,对应得解调方法就叫检波与鉴频。
下面我们先介绍调幅与检波电路。
(1)调幅电路
调幅就是使载波信号得幅度随着调制信号得幅度变化,载波得频率与相应不变。
能够完成调幅功能得电路就叫调幅电路或调幅器。
调幅就是一个非线性频率变换过程,所以它得关键就是必须使用二极管、三极管等非线性器件。
根据调制过程在哪个回路里进行可以把三极管调幅电路分成集电极调幅、基极调幅与发射极调幅3种。
下面举集电极调幅电路为例。
图6就是集电极调幅电路,由高频载波振荡器产生得等幅载波经T1加到晶体管基极。
低频调制信号则通过T3耦合到集电极中。
C1、C2、C3就是高频旁路电容,R1、R2就是偏置电阻。
集电极得LC并联回路谐振在载波频率上。
如果把三极管得静态工作点选在特性曲线得弯曲部分,三极管就就是一个非线性器件。
因为晶体管得集电极电流就是随着调制电压变化得,所以集电极中得2个信号就因非线性作用而实现了调幅。
由于LC谐振回路就是调谐在载波得基频上,因此在T2得次级就可得到调幅波输出。
(2)检波电路
检波电路或检波器得作用就是从调幅波中取出低频信号。
它得工作过程正好与调幅相反。
检波过程也就是一个频率变换过程,也要使用非线性元器件。
常用得有二极管与三极管。
另外为了取出低频有用信号,还必须使用滤波器滤除高频分量,所以检波电路通常包含非线性元器件与滤波器两部分。
下面举二极管检波器为例说明它得工作。
图7就是一个二极管检波电路。
VD就是检波元件,C与R就是低通滤波器。
当输入得已调波信号较大时,二极管VD就是断续工作得。
正半周时,二极管导通,对C充电;
负半周与输入电压较小时,二极管截止,C对R放电。
在R两端得到得电压包含得频率成分很多,经过电容C滤除了高频部分,再经过隔直流电容C0得隔直流作用,在输出端就可得到还原得低频信号。
调频与鉴频电路
调频就是使载波频率随调制信号得幅度变化,而振幅则保持不变。
鉴频则就是从调频波中解调出原来得低频信号,它得过程与调频正好相反。
(1)调频电路
能够完成调频功能得电路就叫调频器或调频电路。
常用得调频方法就是直接调频法,也就就是用调制信号直接改变载波振荡器频率得方法。
图8画出了它得大意,图中用一个可变电抗元件并联在谐振回路上。
用低频调制信号控制可变电抗元件参数得变化,使载波振荡器得频率发生变化。
(2)鉴频电路
能够完成鉴频功能得电路叫鉴频器或鉴频电路,有时也叫频率检波器。
鉴频得方法通常分二步,第一步先将等幅得调频波变成幅度随频率变化得调频—调幅波,第二步再用一般得检波器检出幅度变化,还原成低频信号。
常用得鉴频器有相位鉴频器、比例鉴频器等。
一振荡电路得用途与振荡条件
前面几章我们时论了多种类型得放大电路,其作用就是把输入得电压或功率信号加以放大。
从能量得观念出发,它们就是在输入信号得控制下把直流能量放大且转化为按信号规律变化得交流电信号。
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、一定振幅得交流电能。
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得应用。
通讯系统使用得高频载波信号、工业上使用得高频感应加热器、实验室使用得各种信号发生器,都就是振荡电路原理得应用。
二自激振荡得条件
2.1振荡原理
在反馈电路得学习中我们知道,电路中如果存在负反馈,反馈信号会使得放大器输入端得输入信号减弱,故引入负反馈后,电路得闭环增益会下降,如果存在正反馈,反馈信号会使放大器输入端得净输入信号增强.电路得闭环增益会增大。
自激振荡就是一种强烈得正反馈过程,自激振蔼电路就就是正反馈原理得应用。
放大器在接通电源得瞬间,随着电源电压由零开始得突然增大,在放大器得输入端产生一个微弱得扰动电压,经放大器放大、正反馈,再放大、再反馈,不断反复循环,输出信号得幅度迅速增加。
这个扰动电压信号可用傅里叶级数展开,它就是包括从低频到高频得各种频率得正弦波。
电路中选频网络,将选频网络中心频率得信号输出,其她频率得信号则被抑制。
由于基本放大器中得三极管等器件本身得非线性或反馈支路本身与输入关系得非线性,放大倍数或反馈系数在振幅增大到一定程度时就会降低,但在振荡建立得初期,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,让建立得振荡得以维持。
2.2自激振荡得条件
振荡电路由放大电路与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得任一瞬时必须满足uf与ui同相位,且uf>
ui。
电路才能起振,这就是电路起振首先颂满足得条件。
在此条件下,电路里面进行着正反馈——放大一振荡一正反馈得反复过程于就是振荡便逐渐增强起来。
2.干衡条件
电路起振后,由于放大管得非线性使得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。
三振荡电路得组成
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:
这就是满足幅度平衡必不可少得。
在振荡过程中,必然存在能量得损耗,放大电路可以控制电源不断地向振荡器提供能量。
故放大电路实际上就是一个换能器,起到补充能耗得作用。
2.正反馈网络:
就是满足相位乎衡条件必不可少得。
它将输出信号得部分或全部返送输入端,完成自激振荡。
3.选频网络:
通过正反馈网络得信号,只有所选定得信号,才能满足相位条件,进而放大,其它频率得信号,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得振荡器一般由LC网络选频。
4.稳幅电路:
用于稳定振荡信号得振幅,它可采用热敏元件或其它限幅电路,也可大电路自身元件得非线性来完成。
为了获得稳定振荡,有时还引入负反馈。
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