电路基础电子技术与元器件教案 第67章.docx
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电路基础电子技术与元器件教案第67章
第6章正弦波振荡器
【学习要点】:
本章主要讲述振荡器的振荡条件,正弦波振荡器的主要分类及工作原理。
要求读者掌握两方面内容:
1.充分理解反馈型正弦波振荡器的相位平衡条件及振幅平衡条件,并能以此为依据分析各类振荡器的工作原理;2.掌握LC振荡器的主要类型及特点,并能画出振荡器的交流通路和计算振荡频率。
6.1正弦波振荡器的基本工作原理
6.2LC正弦波振荡器
6.3石英晶体振荡器
6.1正弦波振荡器的基本工作原理
一.自激振荡现象
在没有输入信号的条件下,电路能自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率、一定波形和一定幅度的交流信号输出的现象,称为自激振荡现象。
二.自激振荡的产生
1.产生自激振荡的条件
参考图下图,当vf与vi相位相同,大小相等时,vf就能代替vi使电路产生振荡。
要想使电路产生振荡,必须满足两个条件:
相位平衡条:
电路中有正反馈存在。
振幅平衡条件:
正反馈强度足够。
即AV·F=1。
2.正弦波振荡器的结构
要想输出正弦波,还必须在振荡器中加入选频网络。
如图所示。
3.起振信号的获得
启始信号vi是从接通电源的瞬间获得的。
三.选频放大器介绍
图(a)为普通共射放大器电路图,若用LC并联谐振回路来替代集电极负载电阻R3后,就构成了选频放大器,或称调谐放大器。
如图(b)所示,LC并联谐振回路的阻抗特性如图(c)所示。
既使选频放大器输入信号的频率很多,在它的输出端得到的输出信号却始终是频率等于fo的正弦波信号。
由于LC回路具有选频特性,故常称它为选频网络。
6.2LC正弦波振荡器
一.变压器反馈式振荡器
变压器反馈式振荡器分类:
集-基耦合式和集-射耦合式。
1.集-基耦合式振荡器
1)电路结构
集-基耦合式振荡器如图所示,VT及其周边元件构成放大器。
LC是一个选频网络,其固有谐振频率为fo,它能将频率为fo的信号选出来。
因此,VT所构成的放大器是一个选频放大器。
L2绕组为正反馈绕组,它负责将反馈信号送至VT的基极。
2)电路工作原理
用瞬间极性法可以判断出电路中有正反馈存在。
说明满足相位平衡条件。
如果合理安排L2与L的匝数比,就可以满足振幅平衡条件。
电路是很容易振荡的。
2.集-射耦合式振荡器
集-射耦合式振荡器如图所示,L1为正反馈绕组,它将反馈信号从集电极引到发射极,故称集-射耦合式。
用瞬间极性法可以判断出电路中有正反馈存在。
说明满足相位平衡条件。
若合理安排L1和L的匝数比,就能满足振幅平衡条件,使电路产生振荡。
二.电感三点式振荡器
电感三点式振荡器如图(a)所示,图(b)是它的交流等效电路,从交流等效电路可以看出,三极管的三个电极分别与电感的三个端子相连,故称为电感三点式振荡器。
反馈信号取自L2两端,用瞬间极性法可以判断出是正反馈存在,说明满足相位平衡条件。
若合理安排L1和L的匝数比,就能满足振幅平衡条件,使电路产生振荡。
在不考虑L1、L2互感时,电感三点式振荡器的振荡频率为:
四.电容三点式振荡器
1.基本电路
电容三点式振荡器的基本电路如图(a)所示,图(b)是它的交流等效电路。
从交流等效电路可以看出,三极管的三个电极分别接在振荡电容的三个端点上,故而称为电容三点式振荡器,反馈电压取自电容C2的两端。
用瞬间极性法可以判断出电路中有正反馈存在。
说明满足相位平衡条件。
合理安排C1、C2的容量比,就能满足振幅平衡条件,使电路能够振荡。
该电路的振荡频率为:
上式中,C代表C1和C2串联后的总容量,其值为:
2.电容三点式振荡器的改进
由于三极管存在一定的极间电容,参考下图。
当振荡频率高到一定程度时,极间电容的影响也就变得十分明显。
结果使振荡频率变得不稳。
为了杜绝这种现象,必须对电路加以改进。
目前用得较多的改进电路是克拉泼振荡电路,其电路结构如图(a)所示,图(b)是它的交流等效电路。
由图可以看出,它仍属电容三点式振荡器,只不过在L上串联了一只小电容C,要求C< C1、C2和C串联后的总容量为: 故振荡频率fo为: 由上式可以看出,电路改进后的振荡频率fo基本与C1、C2无关,自然也就不会受CBE、CCE的影响了。 6.3石英晶体振荡器 一.石英晶体的特性 1.石英晶体的结构 从一块石英晶体上按一定的方位角切下的薄片称为晶片,再在薄片的两个相对面上喷涂金属层作为极板,然后装上电极引脚和外壳,就构成了石英晶体产品,如图(a)所示,图(b)是石英晶体的电路符号。 2.石英晶体的基本特性和等效电路 石英晶体的基本特性就是具有压电效应。 石英晶体的等效电路如下图(a)所示,图(b)是它的频率特性。 石英晶体可以看成是由L、C、R构成的网络。 从石英晶体的等效电路可以看出,它具有两个谐振频率。 一个是L、C、R支路的串联谐振频率,其大小为: 另一个是并联谐振频率,当频率大于fs时,L、C、R支路呈感性,可与Co发生并联谐振。 其大小为: 对于石英晶体来说,由于Co>>C,故fp≈fs,也就是说,石英晶体的感性区非常窄。 而石英晶体在应用中,通常工作在感性区,故其振荡频率稳定度非常高。 二石英晶体振荡器的工作原理 下图(a)所示的电路是石英晶体振荡器的典型电路,图中,X为石英晶体,它在应用时,工作于感性区,可视为一只电感。 因而可得到交流等效电路如图6-12(b)所示。 不难看出,这是一个电容三点式振荡器,其工作原理完全与电容三点式振荡器相同。 第7章串联型稳压源 学习要点: 本章主要讲述串联型稳压电源的结构及工作原理。 要求读者重点掌握两方面内容: 1.整流电路与滤波电路的类型及工作原理;2.串联型稳压电路的结构、元件作用及稳压过程。 在学习整流滤波电路时,应借助波形分析法;在分析串联稳压源的稳压过程时,应借助电流、电压及电阻推导法。 7.1串联稳压源的结构 7.2整流与滤波电路 7.3稳压电路 7.1串联稳压源的结构 一.串联稳压源的结构框图 串联稳压源一般由变压电路(变压器)、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成,如图所示。 二.直流稳压源的质量指标 简单提一下即可 7.2整流与滤波电路 整流: 将交流电转化为直流电的过程,实现整流功能的电路叫整流电路。 滤波: 将脉动直流电转化为平滑直流电的过程,实现滤波功能的电路叫滤波电路。 一.整流电路 整流电路的结构比较简单,它是利用二极管的单向导电性来实现整流目的的。 1.半波整流电路 半波整流电路如图(a)所示,图(b)是它的整流波形。 整流二极管VD只让半周通过,在R上获得一个单向电压,实现了整流的目的。 半波整流方式的特点是,削掉半周、保留半周。 若用VO表示vo的 平均值,用V1表示v1的有效值,则VO=0.45V1。 2.全波整流电路 全波整流电路如图所示,变压器次级线圈需要引出一个中心抽头,它把次级线圈分成两个对称的绕组,从而获得大小相等但极性相反的两个电压v1a和v1b。 全波整流电路效率高,VO=0.9V1a。 3.桥式整流电路 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路,它由四只二极管构成,这四只二极管接成“电桥”形状,如图所示,故称桥式整流电路。 VD2和VD4将正半周整流。 VD3和VD1将负半周整流。 结果在R上便得到了全波整流电压vo,其波形图和全波整流波形图是一样的。 桥式整流电路的效率也很高,输出电压为: VO=0.9V1。 二.滤波电路 滤波的任务,就是把整流输出的脉动直流电压中的波动成分尽可能地减小,使其成为比较稳定的直流电压。 1.电容滤波 由于电容器具有充、放电功能,其上电压不能突变,因而可以用来承担滤波任务。 在电源滤波电路中,滤波电容的容量一般选得较大。 1)电容在半波整流电路中的滤波作用 参考下图(a),C为滤波电容,它接在半波整流电路之后,负载电阻R与之并联。 利用C的充、放电特性实现滤波。 通过滤波后的输出电压要比滤波前的输出电压平稳得多。 2)电容在全波和桥式整流电路中的滤波作用 全波整流电路和桥式整流电路的输出电压波形是一样的,经滤波后所获得的直流电压波形也一样。 滤波前和滤波后的电压波形见下图所示。 波形的平滑程度比半波整流电路要好。 电容滤波的主要缺点是: 输出电压随输出电流变化较大,这对变化负载(如功放电路)来说是很不利的。 3.复式滤波 将电阻或电感串在整流电路的输出端,将滤波电容并在负载两端,就可以组成复式滤波器,见教材图7-9。 由电阻、电容构成的复式滤波器称为RC滤波器;由电感、电容构成的复式滤波器称为LC滤波器。 7.3稳压电路 稳压电路的作用: 将滤波后直流电压变为稳定的直流电压。 一.稳压管稳压电路 利用稳压管的稳压特性可以组成最简单的稳压电路,如下图所示。 VD为稳压管,在电路中起稳压作用。 R为限流电阻,在电路中起降压作用,同时可以限制负载电流,当流过负载的电流超过R允许的最大电流时,R会烧断。 二.串联稳压电路 1.基本稳压电路 串联稳压电路的基本结构如图所示,三极管VT为调整管。 由于调整管与负载相串联,所以这种电路称为串联稳压电路。 稳压管VD为调整管提供基极电压,称为基准电压。 电路稳压过程是这佯的: VI↑→VO↑→VBE↑→IB→VT导通程度减弱→VCE↑→VO↓。 2.带放大环节的稳压电路 若将输出电压的变化量加以放大,再去控制调整管,就能提高对调整管的控制作用,使输出电压的稳定性得到改善。 带放大环节的稳压电路如下图所示。 VT1是调整管;VT2是比较放大管;VD是稳压管,为VT2的发射极提供基准电压,R3、R4构成的电路叫做取样电路,R4上的电压叫取样电压。 当某种原因引起输出电压VO上升时,稳压过程可以表示如下: VO↑→VB(B点电压)↑→IB2↑→IC2↑→VC2↓→VB1↓→IBl↓→ICl↓→VCE1↑→VO↓ 3.输出电压可调的稳压电路 在取样电路中加一可变电阻RP1,便可以实现输出电压在一定范围内连续可调,参考下图。 例如,当RP1向上调时,VO也下降。 若RP1下调,则输出电压VO上升。 4.用复合管做调整管的稳压电路 要想提高电路的稳压性能,必然要求调整管有较高的β值,但是,大功率三极管的β值一般不高。 解决这些矛盾的办法,是用复合管做调整管,如图所示。 图中,VT3与VT1构成复合管。 为了减小VT3的穿透电流对VT1的影响,可增加一只分流电阻R5。 三.三端稳压电路 三端稳压电路是以三端稳压器为核心构成的,三端稳压器是一种集成式稳压电路,它将稳压电路中的所有元件做在一起,形成一个稳压集成块,它对外只引出三个引脚,即输入脚、接地脚和输出脚,如图(a)所示。 使用三端稳压器后,可使稳压电路变得十分简洁,如图(b)所示,它只需在输入端和输出端上分别加一个滤波电容就行了。 为了获得更大的输出电流,提高带负载能力,还可将三端稳压器并联使用,如图(c)所示。
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