电子发烧友网 > 电源/新能源 > 电源设计应用 > 正文

振荡器的类型及应用案例

2020年08月01日 11:51 次阅读

振荡电路的用途和振荡条件

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和一定频率的交流信号的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,能够产生交流信号的电路就叫做振荡电路。

一个振荡器必须包括三部分:放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的,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 f 0 能通过,使振荡器产生单一频率的输出。

振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的;一个是反馈电压 u f 和输入电压 U i 要相等,这是振幅平衡条件。二是 u f 和 u i 必须相位相同,这是相位平衡条件,也就是说必须保证是正反馈。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,主要是看它的相位平衡条件是否成立。

振荡器按振荡频率的高低可分成超低频( 20 赫以下)、低频( 20 赫~ 200 千赫)、高频( 200 千赫~ 30 兆赫)和超高频( 10 兆赫~ 350 兆赫)等几种。按振荡波形可分成正弦波振荡和非正弦波振荡两类。

正弦波振荡器按照选频网络所用的元件可以分成 LC 振荡器、 RC 振荡器和石英晶体振荡器三种。石英晶体振荡器有很高的频率稳定度,只在要求很高的场合使用。在一般家用电器中,大量使用着各种 L C 振荡器和 RG 振荡器。

LC 振荡器

LC 振荡器的选频网络是 LC 谐振电路。它们的振荡频率都比较高,常见电路有 3 种。

( 1 )变压器反馈 LC 振荡电路

振荡器的类型及应用案例

图 1 ( a )是变压器反馈 LC 振荡电路。晶体管 VT 是共发射极放大器。变压器 T 的初级是起选频作用的 LC 谐振电路,变压器 T 的次级向放大器输入提供正反馈信号。接通电源时, LC 回路中出现微弱的瞬变电流,但是只有频率和回路谐振频率 f 0 相同的电流才能在回路两端产生较高的电压,这个电压通过变压器初次级 L1 、 L2 的耦合又送回到晶体管 V 的基极。从图 1 ( b )看到,只要接法没有错误,这个反馈信号电压是和输入信号电压相位相同的,也就是说,它是正反馈。因此电路的振荡迅速加强并最后稳定下来。

变压器反馈 LC 振荡电路的特点是:频率范围宽、容易起振,但频率稳定度不高。它的振荡频率是: f 0 =1 / 2π LC 。常用于产生几十千赫到几十兆赫的正弦波信号。

( 2 )电感三点式振荡电路

振荡器的类型及应用案例

图 2 ( a )是另一种常用的电感三点式振荡电路。图中电感 L1 、 L2 和电容 C 组成起选频作用的谐振电路。从 L2 上取出反馈电压加到晶体管 VT 的基极。从图 2 ( b )看到,晶体管的输入电压和反馈电压是同相的,满足相位平衡条件的,因此电路能起振。由于晶体管的 3 个极是分别接在电感的 3 个点上的,因此被称为电感三点式振荡电路。

电感三点式振荡电路的特点是:频率范围宽、容易起振,但输出含有较多高次调波,波形较差。它的振荡频率是: f 0 =1/2π LC ,其中 L=L1 + L2 + 2M 。常用于产生几十兆赫以下的正弦波信号。

( 3 )电容三点式振荡电路

振荡器的类型及应用案例

还有一种常用的振荡电路是电容三点式振荡电路,见图 3 ( a )。图中电感 L 和电容 C1 、 C2 组成起选频作用的谐振电路,从电容 C2 上取出反馈电压加到晶体管 VT 的基极。从图 3 ( b )看到,晶体管的输入电压和反馈电压同相,满足相位平衡条件,因此电路能起振。由于电路中晶体管的 3 个极分别接在电容 C1 、 C2 的 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的特点是: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的振荡器。它的振荡频率是: f 0 =1/2π LC ,其中 C= C 1 C 2 C 1 +C 2 。

上面 3 种振荡电路中的放大器都是用的共发射极电路。共发射极接法的振荡器增益较高,容易起振。也可以把振荡电路中的放大器接成共基极电路形式。共基极接法的振荡器振荡频率比较高,而且频率稳定性好。

RC 振荡器

RC 振荡器的选频网络是 RC 电路,它们的振荡频率比较低。常用的电路有两种。

( 1 ) RC 相移振荡电路

振荡器的类型及应用案例

图 4 ( a )是 RC 相移振荡电路。电路中的 3 节 RC 网络同时起到选频和正反馈的作用。从图 4 ( b )的交流等效电路看到:因为是单级共发射极放大电路,晶体管 VT 的输出电压 U o 与输出电压 U i 在相位上是相差 180° 。当输出电压经过 RC 网络后,变成反馈电压 U f 又送到输入端时,由于 RC 网络只对某个特定频率 f 0 的电压产生 180° 的相移,所以只有频率为 f 0 的信号电压才是正反馈而使电路起振。可见 RC 网络既是选频网络,又是正反馈电路的一部分。

RC 相移振荡电路的特点是: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和要求不太高的场合。它的振荡频率是:当 3 节 RC 网络的参数相同时: f 0 = 1 2π 6RC 。频率一般为几十千赫。

( 2 ) RC 桥式振荡电路

振荡器的类型及应用案例

图 5 ( a )是一种常见的 RC 桥式振荡电路。图中左侧的 R1C1 和 R2C2 串并联电路就是它的选频网络。这个选频网络又是正反馈电路的一部分。这个选频网络对某个特定频率为 f 0 的信号电压没有相移(相移为 0° ),其它频率的电压都有大小不等的相移。由于放大器有 2 级,从 V2 输出端取出的反馈电压 U f 是和放大器输入电压同相的( 2 级相移 360°=0° )。因此反馈电压经选频网络送回到 VT1 的输入端时,只有某个特定频率为 f 0 的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和正反馈的作用。

实际上为了提高振荡器的工作质量,电路中还加有由 R t 和 R E1 组成的串联电压负反馈电路。其中 R t 是一个有负温度系数的热敏电阻,它对电路能起到稳定振荡幅度和减小非线性失真的作用。从图 5 ( b )的等效电路看到,这个振荡电路是一个桥形电路。 R1C1 、 R2C2 、 R t 和 R E1 分别是电桥的 4 个臂,放大器的输入和输出分别接在电桥的两个对角线上,所以被称为 RC 桥式振荡电路。

RC 桥式振荡电路的性能比 RC 相移振荡电路好。它的稳定性高、非线性失真小,频率调节方便。它的振荡频率是:当 R1=R2=R 、 C1=C2=C 时 f 0 = 1 2πRC 。它的频率范围从 1 赫~ 1 兆赫。

调幅和检波电路

广播和无线电通信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的。在接收机中还原的过程叫解调。其中低频信号叫做调制信号,高频信号则叫载波。常见的连续波调制方法有调幅和调频两种,对应的解调方法就叫检波和鉴频。

下面我们先介绍调幅和检波电路。

( 1 )调幅电路

调幅是使载波信号的幅度随着调制信号的幅度变化,载波的频率和相应不变。能够完成调幅功能的电路就叫调幅电路或调幅器。

调幅是一个非线性频率变换过程,所以它的关键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、基极调幅和发射极调幅 3 种。下面举集电极调幅电路为例。

振荡器的类型及应用案例

图 6 是集电极调幅电路,由高频载波振荡器产生的等幅载波经 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 是高频旁路电容, R1 、 R2 是偏置电阻。集电极的 LC 并联回路谐振在载波频率上。如果把三极管的静态工作点选在特性曲线的弯曲部分,三极管就是一个非线性器件。因为晶体管的集电极电流是随着调制电压变化的,所以集电极中的 2 个信号就因非线性作用而实现了调幅。由于 LC 谐振回路是调谐在载波的基频上,因此在 T2 的次级就可得到调幅波输出。

( 2 )检波电路

检波电路或检波器的作用是从调幅波中取出低频信号。它的工作过程正好和调幅相反。检波过程也是一个频率变换过程,也要使用非线性元器件。常用的有二极管和三极管。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和滤波器两部分。下面举二极管检波器为例说明它的工 作。

振荡器的类型及应用案例

图 7 是一个二极管检波电路。 VD 是检波元件, C 和 R 是低通滤波器。当输入的已调波信号较大时,二极管 VD 是断续工作的。正半周时,二极管导通,对 C 充电;负半周和输入电压较小时,二极管截止, C 对 R 放电。在 R 两端得到的电压包含的频率成分很多,经过电容 C 滤除了高频部分,再经过隔直流电容 C 0 的隔直流作用,在输出端就可得到还原的低频信号。

调频和鉴频电路

调频是使载波频率随调制信号的幅度变化,而振幅则保持不变。鉴频则是从调频波中解调出原来的低频信号,它的过程和调频正好相反。

( 1 )调频电路

能够完成调频功能的电路就叫调频器或调频电路。常用的调频方法是直接调频法,也就是用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法。图 8 画出了它的大意,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的变化,使载波振荡器的频率发生变化。

振荡器的类型及应用案例

( 2 )鉴频电路

能够完成鉴频功能的电路叫鉴频器或鉴频电路,有时也叫频率检波器。鉴频的方法通常分二步,第一步先将等幅的调频波变成幅度随频率变化的调频 — 调幅波,第二步再用一般的检波器检出幅度变化,还原成低频信号。常用的鉴频器有相位鉴频器、比例鉴频器等

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播

电子发烧友观察

一线报道 · 深度观察 · 最新资讯
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

模数转换器的性能及时钟抖动对其造成的影响分析

对高速信号进行高分辨率的数字化处理需审慎选择时钟,才不至于使其影响模数转换器(ADC)的性能。借助本....
发表于 2020-08-01 11:26 9次阅读
模数转换器的性能及时钟抖动对其造成的影响分析

采用MAX5467 10 kΩ数字电位器实现文氏...

对于图1,考虑到运算放大器的高阻输入和低阻输出特性,可以推导出文氏桥网络(R1、C1和R2、C2)的....
发表于 2020-07-27 12:22 60次阅读
采用MAX5467 10 kΩ数字电位器实现文氏...

MEMS振荡器的特点优势及为应用提供计时方案

MEMS振荡器、谐振器和时钟产品是计时市场中新的、迅速成长的一部分。这些产品正在取代传统的石英和时钟....
发表于 2020-07-26 11:56 107次阅读
MEMS振荡器的特点优势及为应用提供计时方案

利用模拟开关实现555自激振荡器的脉冲转换

本设计实例描述一种新方法,用一只基于555定时器的自激振荡器产生一个占空比可变波形。该电路有宽的调制....
发表于 2020-07-24 11:53 73次阅读
利用模拟开关实现555自激振荡器的脉冲转换

弛张充放电振荡器的工作原理及适用的片内温度补偿方...

弛张充放电振荡器在PWM电源和电容传感器中都得到了广泛的应用,也常常作为时钟产生电路用在单片功率集成....
发表于 2020-07-23 11:12 166次阅读
弛张充放电振荡器的工作原理及适用的片内温度补偿方...

采用两只MOSFET进行串联替代普通继电器实现应...

普通的机电式继电器具有低成本和低导通电阻的优点,经常用于大负载电流的通断切换,以及不需要按比例控制负....
发表于 2020-07-23 10:42 152次阅读
采用两只MOSFET进行串联替代普通继电器实现应...

基于数控振荡器在FPGA中实现伪码跟踪算法的改进...

在图1所示跟踪环路结构中,为了使码跟踪环同时具有大跟踪范围和高跟踪精度,可以采用多个具有不同相关间距....
发表于 2020-07-22 16:55 74次阅读
基于数控振荡器在FPGA中实现伪码跟踪算法的改进...

线圈匝间短路测试仪的工作原理和应用特点分析

在当前的工业生产及设备维护过程中,人们经常会进行线圈匝间短路故障的测试。但是一直以来,所用的测试方法....
发表于 2020-07-22 12:55 66次阅读
线圈匝间短路测试仪的工作原理和应用特点分析

AD698型LVDT信号调理系统的工作原理、特点...

AD698是美国Analog Devices公司生产的单片式线性位移差分变压器(LVDT)信号调理系....
发表于 2020-07-21 11:11 101次阅读
AD698型LVDT信号调理系统的工作原理、特点...

采用JFET晶体管置于电路中实现高频LC振荡器的...

将JFET用于不寻常的电路结构中,就可以设计出无源元件很少的简单高频LC振荡器。实现放大器级的结构包....
发表于 2020-07-21 09:08 56次阅读
采用JFET晶体管置于电路中实现高频LC振荡器的...

R&S SMC100A信号发生器的性能特...

R&S SMC100A 信号源可在有吸引力的价格下实现出众的信号质量,其覆盖从 9 kHz 到 1.....
发表于 2020-07-20 11:31 46次阅读
R&S SMC100A信号发生器的性能特...

双通道24位Σ-Δ模数转换器AD7787的工作原...

AD7787是ADI公司推出的适用于低频测量的低功耗、低噪声、双通道、24位Σ-Δ模数转换器。它利用....
发表于 2020-07-20 10:49 48次阅读
双通道24位Σ-Δ模数转换器AD7787的工作原...

数字万用表隐性故障的排除方法

数字万用表有很多的种类,应用的范围也很广,但毕竟万用表属于电子产品中的一种,或许在使用的过程中会出现....
发表于 2020-07-20 10:37 40次阅读
数字万用表隐性故障的排除方法

低功率振荡器LTC1799的特点及设计应用

以往产生方波信号的方法主要有RC振荡器、555定时电路和晶体振荡器。但是,用低成本的RC振荡器或55....
发表于 2020-07-18 10:48 94次阅读
低功率振荡器LTC1799的特点及设计应用

常见的视力保健台灯电路图

视力保健从最初的穴位按摩发展到现在的光学护视,足以见得人们对视力保护的重视,现在越来越多的视力保护和....
发表于 2020-07-17 17:53 555次阅读
常见的视力保健台灯电路图

DIFF_SSTL15由LVDS驱动的问题如何解答

在AC701板上,我惊讶地看到DDR sysclk输入(IO标准= DIFF_SSTL15,VCCO = 1.5V)由LVDS振荡器...
发表于 2020-07-17 13:45 0次阅读
DIFF_SSTL15由LVDS驱动的问题如何解答

谐振器和振荡器有什么不一样,具有什么优缺点

时常会把谐振器和振荡器搞混。经历了一些时间的对比,大概整理一下。我们习惯称晶振,这个讲法其实很模糊。....
发表于 2020-07-17 09:55 99次阅读
谐振器和振荡器有什么不一样,具有什么优缺点

肖克利二极管的特性、符号和特性曲线

肖克利二极管是因由肖克利(威廉布拉德福德肖克利,1910年- 1989年,美国物理学家)发明而命名的....
发表于 2020-07-16 14:52 112次阅读
肖克利二极管的特性、符号和特性曲线

关于N9040B信号分析仪的主要特性和功能

N9040B信号分析仪多点触控2Hz至50GHz 主要特性和功能: 通过以更宽(高达 1 GHz)、....
发表于 2020-07-16 09:24 42次阅读
关于N9040B信号分析仪的主要特性和功能

ISL1208电池供电的低功率RTC SRAM

  ISL1208设备是一个低功耗的实时时钟定时和晶体补偿、时钟/日历、电源故障指示器,定期或轮询报警,智能备用电池...
发表于 2020-07-15 09:07 44次阅读
ISL1208电池供电的低功率RTC SRAM

BOOST电路分析(振荡)

图中是C2的波形图 ,这个电路是BOOST电路 请问C2和T3,T1的关系是怎么得来的 我通过测定波形 初步判断C2放电...
发表于 2020-07-14 21:39 149次阅读
BOOST电路分析(振荡)

关于电动和混动汽车的大中型电池组管理方案

电动和混动汽车的大中型电池组管理方案MAX17853ACB/V+T 关键特性: 65V工作电压, 超....
发表于 2020-07-11 10:33 47次阅读
关于电动和混动汽车的大中型电池组管理方案

基频高达20GHz的宽带YIG振荡器解决方案

  微波频率的产生需要借助于许多奇异的结构,其中包括Gunn二极管、电介质谐振器以及小心切削的石英晶体片。但或许没...
发表于 2020-07-10 15:18 50次阅读
基频高达20GHz的宽带YIG振荡器解决方案

开关电源的基本原理是利用PWM方波来驱动功率MO...

作为一名电源研发工程师,自然经常与各种芯片打交道,可能有的工程师对芯片的内部并不是很了解,不少同学在....
发表于 2020-07-08 14:22 384次阅读
开关电源的基本原理是利用PWM方波来驱动功率MO...

STM32单片机的时钟源和时钟树的简介

在嵌入式系统中时钟是其脉搏,处理器内核在时钟驱动下完成指令执行,状态变换等动作。外设部件在时钟的驱动....
发表于 2020-07-04 10:34 515次阅读
STM32单片机的时钟源和时钟树的简介

L6598高压谐振控制器中文资料

  特征  高达600 V的高压轨  dV/dt抗扰度±50 V/ns(全温)  范围  驱动器电流能力:250 mA电源  450...
发表于 2020-07-02 16:51 93次阅读
L6598高压谐振控制器中文资料

电容三点式LC正弦波振荡电路的重要特性解析

三极管极间寄生电容也并非完全没有用武之地,当谐振频率超过GHz时,寄生电容可以代替谐振电容,如CBE....
发表于 2020-06-26 06:22 346次阅读
电容三点式LC正弦波振荡电路的重要特性解析

意法半导体推出低功耗蓝牙5.0标准的STEVAL...

意法半导体推出兼容低功耗蓝牙5.0标准的 STEVAL-IDB008V1M 评估板,可加快使用了基于....
发表于 2020-06-20 10:16 1712次阅读
意法半导体推出低功耗蓝牙5.0标准的STEVAL...

三级钟MEMS振荡器的性能特点和优势

三级钟MEMS振荡器的问世,让MEMS技术顺利切入高端精密频率组件市场,对石英振荡器带来全面性的威胁....
发表于 2020-06-19 09:49 540次阅读
三级钟MEMS振荡器的性能特点和优势

如何选好合适的全硅MEMS振荡器?

自从苹果手机使用了MEMS器件以来,市场上掀起了一股MEMS热,同时也激活了我们的全硅设计的MEMS....
发表于 2020-06-19 09:49 510次阅读
如何选好合适的全硅MEMS振荡器?

温补振荡器的温度补偿原理及未来方向

客户经常会问:什么是温补晶振?它和一般石英晶体振荡器有何区别?温补晶振是一种石英振荡器,与普通石英晶....
发表于 2020-06-19 09:32 505次阅读
温补振荡器的温度补偿原理及未来方向

石英晶体振荡器的特点和工作原理

石英晶体振荡器(Crystal Oscillator)在国内很多人叫做有源晶振、钟振,我们在国际上查....
发表于 2020-06-19 09:08 678次阅读
石英晶体振荡器的特点和工作原理

计算文氏桥振荡器的电路总增益

正弦波振荡电路的具体形有很多种,比如电容三点式、电感三点式、LC振荡式等等,文氏电桥振荡电路(Wie....
发表于 2020-06-17 14:21 557次阅读
计算文氏桥振荡器的电路总增益

如何用ADS的DesignGuide设计压控振荡器?

所有参数通过计算应该没有错误,采用ADS自带的指南进行简单的设计,但是仿真出现错误 ...
发表于 2020-06-02 17:39 238次阅读
如何用ADS的DesignGuide设计压控振荡器?

新兴汽车应用的新需求

现如今,汽车通常都会搭载高级驾驶辅助系统(ADAS)(包括车载摄像头、超声波传感器、激光雷达和雷达)....
发表于 2020-06-02 09:55 798次阅读
新兴汽车应用的新需求

Mouse Warrior鼠标芯片的引脚功能及应...

鼠标使用简单、操作方便,作为计算机的标准配置已有多年历史。现今一款普通鼠标的开发已经不存在技术难题,....
发表于 2020-05-31 16:10 736次阅读
Mouse Warrior鼠标芯片的引脚功能及应...

使用51单片机实现时钟及复位的资料详细概述

在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器,就构成了内部振荡方式。由于单片机....
发表于 2020-05-30 09:26 1073次阅读
使用51单片机实现时钟及复位的资料详细概述

TI推出高性能宽频带RF锁相环并集成了压控振荡器

德州仪器(TI)日推出了业内具有集成压控振荡器(VCO)的最高性能锁相环(PLLs)。
发表于 2020-05-28 10:21 119次阅读
TI推出高性能宽频带RF锁相环并集成了压控振荡器

晶振的详细资料讲解

什么是石英晶体振荡器?它有什么作用?石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器,被广泛应用于彩电、计算....
发表于 2020-05-24 11:30 1325次阅读
晶振的详细资料讲解

请帮帮看看这个振荡器,无法起振,请指教

请您帮忙看看,有什么问题请回复,在此十分感谢。如果能解决问题,愿意支付一定酬劳。 ...
发表于 2020-05-23 19:15 611次阅读
请帮帮看看这个振荡器,无法起振,请指教

在18LF26K22上使用内部快速振荡器运行x4 PLL时出现问题怎么办

我正试图让一个18LF26K22在内部高速振荡器和X4PLL上运行在64 MHz @ 3.3V。这是25K20和最近25K22上使用多年...
发表于 2020-05-13 14:46 96次阅读
在18LF26K22上使用内部快速振荡器运行x4 PLL时出现问题怎么办

TMR1不在外部振荡器上运行怎么回事

C是一个PIC18F67 J50,主频为8MHz,VDD为2.75伏,内部调节器使TMR1的振荡器连接到32.768 kHz XTAL...
发表于 2020-05-04 10:20 70次阅读
TMR1不在外部振荡器上运行怎么回事

空间小易使用的精密振荡器LTC1799

LTC1799的典型应用是一种易于使用且占用极小PC板空间的精密振荡器。振荡器频率由单个外部电阻(RSET)编...
发表于 2020-05-01 08:18 88次阅读
空间小易使用的精密振荡器LTC1799
博评网