《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》PPT課件及教案,電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能,電子技術(shù),基礎(chǔ),技能,PPT,課件,教案 《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》配套多媒體CAI課件 電子教案 *第五章 正弦波振蕩電路 教學(xué)重點 1．掌握正弦波振蕩條件、電路組成。 2．掌握LC振蕩電路振蕩頻率計算、起振條件。 3．掌握RC橋式振蕩電路組成和振蕩條件。 4．搭建、調(diào)試RC橋式正弦波振蕩器功能電路。 教學(xué)難點 1．正弦波振蕩可能性的判斷。 2．理解各種振蕩電路組成。 學(xué)時分配 序號 內(nèi) 容 學(xué) 時 1 5.1自激振蕩 2 2 5.2常用振蕩電路 2 3 技能實訓(xùn)：RC橋式正弦波振蕩電路的制作 4 4 本章總學(xué)時 8 5.1自激振蕩 振蕩器產(chǎn)生的信號是“自激”的，通常稱為自激振蕩器。 5.1.1自激振蕩的形成 1．自激振蕩的現(xiàn)象 通過擴音系統(tǒng)中的自激現(xiàn)象，感受放大器自激的效果。 聲波 擴音機 電信號 放大后的電信號 輸入 輸出 2．正弦波振蕩電路的組成 uo uf ui=0 ui′ 放大器 A 選頻網(wǎng)絡(luò) 穩(wěn)幅電路 反饋電路 F 正弦波振蕩電路由放大器、反饋電路、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路等部分組成。 （1）放大電路 （2）反饋網(wǎng)絡(luò) （3）選頻網(wǎng)絡(luò) （4）穩(wěn)幅電路 由于電路通電的瞬間，電路將產(chǎn)生微小的噪聲或擾動信號→電路對頻率為f0的正弦波產(chǎn)生正反饋過程，則輸出信號uo↑→uf↑（ui′↑）→uo↑↑。于是uo越來越大，由于管子的非線性特性，當(dāng)uo的幅值增大到一定程度時，放大倍數(shù)將減?。ǚ€(wěn)幅）→電路達到動態(tài)平衡。 5.1.2自激振蕩產(chǎn)生的條件 1．相位平衡條件 要維持振蕩，電路必須是正反饋，其條件是：=0或 =＋=2nπ （n=0，1，2，3…）。其中為放大器的相移，為反饋電路的相移，為相位差。 即，反饋電壓的相位與凈輸入電壓的相位必須相同，即反饋回路必須是正反饋。 2．振幅平衡條件 自激振蕩的振幅平衡條件是：AF≥1 。 即，要維持等幅振蕩，反饋電壓的大小必須等于凈輸入電壓的大小，即uf= ui′。 5.2 常用振蕩電路 正弦波振蕩電路按反饋網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)分類可分為兩大類： RC振蕩電路 由電阻、電容元件和放大電路組成的振蕩電路 LC振蕩電路（含石英晶體振蕩電路）是由電感、電容元件和放大電路組成的振蕩電路 5.2.1 RC橋式振蕩電路 做一做：用示波器觀察RC振蕩電路產(chǎn)生的正弦波形 1．RC網(wǎng)絡(luò)的選頻特性 將電阻R1與電容C1串聯(lián)、電阻R2與電容C2并聯(lián)所組成的網(wǎng)絡(luò)稱為RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。通常選取R1=R2=R，C1=C2=C。 1）諧振頻率f0取決于選頻網(wǎng)絡(luò)R、C元件的數(shù)值，計算公式為：f0= R1 R2 C1 C2 uo ＋ － ＋ － ui (a) RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò) (b) 幅頻特性和相頻特性 90° －90° 10f0 0.1f0 f0 0° φ f f uo 10f0 0.1f0 f0 1/3 2）當(dāng)輸入信號的頻率f=f0時，輸出電壓uo幅度最大為。其輸出信號與輸入信號之間的相移φF=0。 3）在f≠f0，輸出電壓幅度很快衰減，其存在一定的相移。所以RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性。 2．RC橋式正弦波振蕩電路 （1）電路組成 由R1 C1和R2 C2構(gòu)成具有選頻作用的正反饋支路。 由同相輸入運放構(gòu)成的放大器，二者構(gòu)成了正反饋放大器。 （2）振蕩原理 1）相位條件 同相放大器的輸入與輸出信號相位差為0o，RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的移相也為0o，滿足正弦波振蕩的相位平衡條件。 2）幅度條件 f=f0時，RC選頻網(wǎng)絡(luò)反饋系數(shù)F=1/3。同相放大器的放大倍數(shù) A=1＋，只要R3和R4的取值滿足R4≥2R3時，A≥3，振蕩電路就滿足振蕩的幅度平衡條件AF≥1。 （3）振蕩頻率。 通常情況下選取R1=R2=R，C1=C2=C，則振蕩頻率為：f0= 3．RC振蕩電路的穩(wěn)幅 如圖所示是利用二極管的非線性特性自動完成穩(wěn)幅的。 當(dāng)振蕩電路輸出幅值增大時，流過二極管的電流增大使二極管的動態(tài)電阻減小、同相放大器的負(fù)反饋得到加強，放大器的增益下降，從而使輸出電壓穩(wěn)定。 電阻R4選用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)輸出電壓升高時，通過負(fù)反饋電阻R4的電流增大，即溫度升高，R4阻值減小，負(fù)反饋增強，輸出幅度下降，從而實現(xiàn)穩(wěn)幅。 電阻R3選用正溫度系數(shù)的熱敏電阻，同樣可以實現(xiàn)穩(wěn)幅。 電路評價： RC橋式振蕩電路的頻率調(diào)節(jié)方便，波形失真度小，頻率調(diào)節(jié)范圍寬，適用于所需正弦波振蕩頻率較低的場合。當(dāng)振蕩頻率較高時，應(yīng)選用LC正弦波振蕩電路。 5.2.2 LC正弦波振蕩電路 做一做：用示波器觀察LC正弦波振蕩電路產(chǎn)生的正弦波形 LC正弦波振蕩電路是一種高頻振蕩電路。常用的LC正弦波振蕩電路有變壓器反饋式、電感三點式和電容三點式三種。 1．LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性 LC振蕩電路采用LC并聯(lián)諧振電路作為選頻網(wǎng)絡(luò)，如圖所示，其中R表示電感和電容的等效損耗電阻。 C L R ＋ － ui i LC并聯(lián)諧振回路 信號頻率f較低時，電容的容抗很大，網(wǎng)絡(luò)呈感性； 在信號頻率f較高時，網(wǎng)絡(luò)呈容性； 只有當(dāng)f=f0時，網(wǎng)絡(luò)才呈阻性，其阻抗無窮大，相移φ=0°。 LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率為：f0=
2．變壓器反饋式振蕩電路 （1）電路組成 采用分壓式偏置的共射放大電路； L1C并聯(lián)回路為選頻振蕩回路； 變壓器二次繞組L2作為反饋繞組，將輸出電壓的一部分反饋到輸入端； L3作為振蕩信號輸出。 LC選頻網(wǎng)絡(luò) 正反饋繞組 uf ＋VCC M N2 L2 N3 L3 N1 L1 uo RL Rb1 Rb2 Cb C VT Re Ce （2）振蕩原理 1）幅度條件 只要三極管的電流放大倍數(shù)β及L1和L2的匝數(shù)比合適，一般情況下，幅度平衡條件容易滿足。 2）相位條件 必須正確連接反饋繞組L2的極性，使之符合正反饋的要求，滿足相位平衡條件。 判斷電路是否滿足相位平衡條件通常采用瞬時極性法，具體判斷步驟如下： ①斷開反饋支路與放大電路輸入端的連接點。 ②在斷點處的放大電路輸入端引入信號ui，并設(shè)其極性對地為正，然后按照先放大支路，后反饋支路的順序，逐次推斷有關(guān)電路各點的電位極性，從而確定ui和uf的相位關(guān)系。 ③如果ui和uf同相，則電路滿足相位平衡條件。否則，不滿足相位平衡條件。 3）振蕩頻率 振蕩頻率為：f0≈
例：判斷如圖所示電路能否產(chǎn)生自激振蕩。 Cb P ⊕ × ui uf ⊕ T uf ＋VCC N2 L2 N3 L3 N1 L1 uo RL Rb1 Rb2 C VT Re Ce ⊕ ⊕ ⊕ ? （a） （b） uf ＋VCC T N2 L2 Rb1 Rb2 Re RL Ce C N1 L1 N3 L3 VT 解：（1）圖（a）所示電路中，三極管VT基極偏置電阻Rb2被反饋繞組L2短路接地，使VT處于截止?fàn)顟B(tài)，不能進行放大，所以電路不能產(chǎn)生自激振蕩。 （2）圖（b）所示電路中，經(jīng)檢查，放大電路、反饋和選頻電路都能正常工作。用瞬時極性法判斷電路是否滿足相位平衡條件，具體做法是：斷開P點，在斷開處引入信號ui，給定極性對地為正（用十表示），根據(jù)共射電路的倒相作用，可知集電極電位為負(fù)（用一表示），于是L1同名端為正，根據(jù)同名端的定義可知，L2同名端也為正，反饋電壓uf極性為正，顯然uf和ui同相，所以電路能產(chǎn)生自激振蕩。 電路評價： 變壓器反饋式振蕩電路易于產(chǎn)生振蕩，波形失真度小，應(yīng)用范圍廣泛，振蕩頻率通常在幾兆赫至幾十兆赫之間，但振蕩頻率的穩(wěn)定性較差，適用于固定頻率的振蕩電路。 3．電感三點式振蕩電路 （1）電路組成 Rb1、Rb2和Re為偏置電阻。 L1、L2和C組成了選頻網(wǎng)絡(luò)，反饋電壓取自L2兩端。 Cb為耦合電容，Ce為旁路電容。 由于電感的三個引出端分別與三極管的三個電極相連，所以稱為電感三點式振蕩電路。 一 （b） 交流通路 VT C L1 L2 十 一 十 一 uf uo 1 2 3 （a） 電路原理圖 十 ＋VCC R b1 R b2 Re VT Cb Ce C L1 L2 1 2 3 P 十 uf 十 ui （2）振蕩原理 1）相位平衡條件 采用瞬時極性法判斷，從三極管基極引入一個ui其瞬時極性為十的信號，如圖（a）所示。 2）幅度條件 改變繞組的抽頭，可以調(diào)節(jié)反饋量的強度，使電路滿足振幅平衡條件，就能振蕩并產(chǎn)生一定頻率的正弦信號。 （3）振蕩頻率 電路的振蕩頻率等于LC并聯(lián)電路的諧振頻率，即 f0= 式中， L=L1＋L2＋2M，其中M是L1與L2之間的互感系數(shù)。 電路評價： 電感三點式振蕩電路結(jié)構(gòu)簡單，容易起振，改變繞組抽頭的位置，可調(diào)節(jié)振蕩電路的輸出幅度。采用可變電容C可獲得較寬的頻率調(diào)節(jié)范圍，工作頻率一般可達幾十千赫至幾十兆赫。但波形較差，其頻率穩(wěn)定性也不高，通常用于對波形要求不高的設(shè)備中，如接收機的本機振蕩電路等。 4．電容三點式振蕩電路 （1）電路組成 選頻網(wǎng)絡(luò)由電感L、電容C1、C2組成，選頻網(wǎng)絡(luò)中的“1”端通過輸出耦合電容Cc接集電極，“2”端通過旁路電容Ce接發(fā)射極，“3”端通過耦合電容Cb接基極。 由于電容的三個端子分別與三極管VT的三個電極相連，故稱為電容三點式振蕩電路。 （b） 交流通路 VT C1 十 一 十 一 uf uo 1 2 3 L C2 （a） 電路原理圖 C1 C2 L ＋VCC Rb1 Rb2 Rc VT Cb Ce Re Cc 十 十 一 一 1 2 3 十 一 十 uf 十 × ui 十 uf P （2）振蕩原理 用瞬時極性法判斷：各點瞬時極性變化如圖（b）所示。uf與ui同相，即電路為正反饋，滿足相位平衡條件。 適當(dāng)選擇C1和C2的數(shù)值，就能滿足幅度平衡條件，電路起振。 （3）振蕩頻率f0 振蕩頻率由LC回路諧振頻率確定，電路的振蕩頻率為 f0≈
式中，C=C1C2 /（C1＋C2） 電路評價： 電容三點式振蕩電路的結(jié)構(gòu)簡單，輸出波形較好，振蕩頻率較高，可達100MHz以上。調(diào)節(jié)C1或C2可以改變振蕩頻率，但同時會影響起振條件，因此，這種電路適用于產(chǎn)生固定頻率的振蕩。實用中改變頻率的辦法是在電感L兩端并聯(lián)一個可變電容，用來微調(diào)頻率。 做一做：電容三點式振蕩電路的測試 X 鍍銀層 晶片 電極 結(jié)構(gòu)示意 圖形符號 5.2.3 石英晶體振蕩電路 通過實物認(rèn)識石英諧振器 1．石英晶體的壓電效應(yīng) 如果在石英晶片兩個極板間加一個交變電壓（電場），晶片就會產(chǎn)生與該交變電壓頻率相似的機械振動。而晶片的機械振動，又會在其兩個電極之間產(chǎn)生一個交變電場，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。 2．石英晶體的等效電路 石英晶體的壓電諧振等效電路如圖（a）所示，圖（b）是其電抗-頻率特性曲線。 fS——晶體串聯(lián)諧振頻率 fP——晶體并聯(lián)諧振頻率 產(chǎn)生諧振時的振蕩頻率稱為晶體諧振器的振蕩頻率 CO L R C （a） 等效電路 感性 X f O fS fP 容性 容性 （b） 電抗-頻率特性 3．石英晶體振蕩電路 1）并聯(lián)型石英晶體振蕩電路 2）串聯(lián)型石英晶體振蕩電路 Rb1 Rb2 Rc Re Cb C1 C2 X ＋VCC VT Rb1 Rb2 Rc Re1 Cb X ＋VCC VT1 VT2 Re2 R C uo ＋ － 技能實訓(xùn)：RC橋式正弦波振蕩電路的制作 作 業(yè) 任 務(wù) 書 一、任務(wù)目標(biāo) 1．會根據(jù)原理圖繪制裝接圖和布線圖。 2．會在通用印制電路板上搭建RC橋式正弦波振蕩電路。 3．能說明電路中各元器件的作用，并能檢測元器件。 4．學(xué)會對電路參數(shù)的調(diào)試和測量。 5．加深對振蕩電路的理解。 二、器材與工具 1．通用印制電路板、直流穩(wěn)壓電源、萬用表、信號發(fā)生器、示波器和毫伏表。 2．常用裝聯(lián)和焊接工具。 3．RC橋式振蕩電路元器件套件。 三、實施步驟 識讀電路原理圖 → 繪制安裝布線圖 → 清點元器件 → 元器件檢測 → 插裝和焊接 → 通電前檢查 → 通電調(diào)試與測量 → 數(shù)據(jù)紀(jì)錄。 四、調(diào)試與測量 檢查元器件安裝正確無誤后，才可以接通電源。測量時，先連線后接電源（或打開電源開關(guān)），拆線、改線或維修時一定要先關(guān)斷電源；電源線不能接錯，否則將可能損壞元器件。 1．測量RC選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù) （1）電路連接。按電路原理圖連接RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，把函數(shù)信號發(fā)生器調(diào)至正弦波輸出。輸出端接至網(wǎng)絡(luò)，作為輸入電壓u1，把網(wǎng)絡(luò)的輸出端接至示波器。先估算選頻網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率f01，然后將信號發(fā)生器調(diào)至估算頻率的附近，反復(fù)調(diào)節(jié)頻率旋鈕，直到在示波器上找到u2的最大值為止。此時信號發(fā)生器的輸出頻率就是RC選頻網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率f0。 （2）參數(shù)測量。用電子毫伏表測出u1和u2的幅度，填入表中，并保持此時函數(shù)信號發(fā)器的輸出頻率不變，待下一步與振蕩電路的振蕩頻率相比較。 RC選頻網(wǎng)絡(luò) ＋ － ＋ － C 0.1μF R 10kΩ 輸入 輸出 u1 u2 C 0.1μF R 10kΩ 示波器 Y1 Y2 函數(shù)信號發(fā)生器 RC選頻網(wǎng)絡(luò)參數(shù) 測量值f0 計算值f01 u1 u2 2．RC橋式正弦波振蕩器測量 （1）按電路原理圖接線，將穩(wěn)壓電源的±12V電壓接入運放7腳和4腳。電源的零端接電路中uo的地端。 （2）用雙蹤示波器觀測振蕩電路的輸出波形uo，調(diào)節(jié)RP使uo為不失真的正弦波。用示波器測量電路的振蕩頻率f0記入表中，再將函數(shù)信號發(fā)生器的原輸出頻率送入到示波器中與振蕩頻電路的輸出頻率相比較。然后將此值與計算值進行比較。 振蕩電路參數(shù)的測試 測量值f0 計算值 f01= 誤差 ×100﹪ （3）反復(fù)調(diào)節(jié)電位器RP，用示波器監(jiān)測波形為不失真時，用電子毫伏表分別測試輸出uo的最大值和最小值，同時測量相應(yīng)的RP值，記錄在表中。 uo值與RP大小的關(guān)系 波形 示波器 萬用表 時間擋位： 幅度擋位： 測量值: uo（P-P）最大值： uo（P-P）最小值： RP值： 最大值： 最小值： 五、問題討論 1．根據(jù)uo值與RP大小的關(guān)系分析振蕩電路的輸出電壓與負(fù)反饋強弱的關(guān)系。 2．通過電路的制作，寫出安裝調(diào)試的整個過程。 3．學(xué)會了哪些收集和整理資料的方法。 4．談?wù)勀銓Υ穗娐穼嵱没倪M一步設(shè)想。 10