3章波形发生与变换电十讲上课内容.ppt
3章波形章波形发生与生与变换电十十讲上上课内容内容5.画出一高频功率放大器的实际电路图。要求1）采用NPN型晶体管，发射极直接接地；2）集电极用并联馈电；3）基极用串联馈电，自偏压，与前级互感耦合。6.要求第一级基极零偏，第二级基极负偏。请改正电路图中的错误。电路图中错误，修改后如下图。3.2 3.2 反馈型晶体管反馈型晶体管反馈型晶体管反馈型晶体管LCLC振荡器电路振荡器电路振荡器电路振荡器电路3.2.23.2.2电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路3.2.33.2.3电容三端式振荡电路电容三端式振荡电路射射频频电电子子线线路路射射频频电电子子线线路路 第十讲第十讲作业：作业：3-5、3-6、3-7、3-8复习上一讲内容复习上一讲内容3.2.5 LC3.2.5 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则三端式振荡器相位平衡条件的判别准则3.3 3.3 振荡器频率稳定度的物理定义及改进型电容三端式振荡电路振荡器频率稳定度的物理定义及改进型电容三端式振荡电路振荡器频率稳定度的物理定义及改进型电容三端式振荡电路振荡器频率稳定度的物理定义及改进型电容三端式振荡电路3.3.1 3.3.1 频率稳定度的定义频率稳定度的定义3.3.2 3.3.2 改进型电容三端式振荡电路改进型电容三端式振荡电路3.1 LC 反馈正弦波振荡器的工作原理n(1)具有放大能力的有源器件。它的作用是不断地向振荡系统补充能量，以维持等幅振荡具有放大能力的有源器件。它的作用是不断地向振荡系统补充能量，以维持等幅振荡并输出给负载。并输出给负载。n(2)由储能元件组成的选频网络。选频网络决定着振荡器的振荡频率。由储能元件组成的选频网络。选频网络决定着振荡器的振荡频率。n(3)控制能量补充的正反馈网络。该网络控制能量适时、适度地补充给振荡系统。控制能量补充的正反馈网络。该网络控制能量适时、适度地补充给振荡系统。n振荡器的工作原理与振荡器的工作原理与LC谐振回路的自由振荡类似，它至少应由以下三部分组谐振回路的自由振荡类似，它至少应由以下三部分组成。成。3.1.1 自激振荡的建立过程及起振条件放大器放大器 振荡器振荡器1、决定振荡频率的储能回路、决定振荡频率的储能回路2、控制合适补充能量的系统、控制合适补充能量的系统3、能源的提供与合适的偏置电路、能源的提供与合适的偏置电路+-+-+正反馈（由同名端保证的）正反馈（由同名端保证的）也称为相位条件也称为相位条件放大器（放大器（）也称为振幅条件也称为振幅条件3.1 LC 反馈正弦波振荡器的工作原理在电路中引入正反馈就相当于引入了负电阻。在电路中引入正反馈就相当于引入了负电阻。负电阻提供能量，能量的提供需要合适的时间！负电阻提供能量，能量的提供需要合适的时间！A点补充，相位超前，点补充，相位超前，T ,f 。B点补充，相位滞后，点补充，相位滞后，T ,f 。3.1.1 自激振荡的建立过程及起振条件放大器放大器 振荡器振荡器限幅放大器的放大倍数（开环增益）反馈网络的反馈系数 正反馈：闭环增益：闭环增益：3.1.1 自激振荡的建立过程及起振条件放大器放大器 振荡器振荡器闭环增益：闭环增益：建立等幅振荡器的条件建立等幅振荡器的条件（振荡平衡条件振荡平衡条件）3.1.1 自激振荡的建立过程及起振条件放大器放大器 振荡器振荡器使振荡器输出的幅度越来越大 起振条件起振条件能否输出变得越来越大无限增长？能否输出变得越来越大无限增长？希望最终可以输出等幅振荡。希望最终可以输出等幅振荡。3.1.2振荡器的平衡条件n如何让振荡器输出由起振时的振幅逐渐加大到最终输出的稳幅振荡？如何让振荡器输出由起振时的振幅逐渐加大到最终输出的稳幅振荡？限幅放大器的放大倍数（开环增益）反馈网络的反馈系数 一般不变一般不变如何让如何让A由增长变为恒定？由增长变为恒定？3.1.2振荡器的平衡条件振荡器的偏置电路振荡器的偏置电路VBVEV b(t)VQ工作状态发生改变，工作状态发生改变，由甲类到丙类！由甲类到丙类！让让A由增长变为恒定。由增长变为恒定。3.1.2振荡器的平衡条件工作状态发生改变，工作状态发生改变，由甲类到丙类！由甲类到丙类！3.1.2振荡器的平衡条件振幅平衡振幅平衡振幅平衡振幅平衡3.1.3 振荡器的振幅平衡的稳定条件N点点 稳定平衡点稳定平衡点 在实际设计中，如果静态工作点设计不当，振荡在实际设计中，如果静态工作点设计不当，振荡特性可能不是单调下降的。特性可能不是单调下降的。这种振荡器电路一般这种振荡器电路一般不能自行起振，而必须给以不能自行起振，而必须给以一个较大幅度的初始激励，一个较大幅度的初始激励，使动态点越过不稳定平衡点使动态点越过不稳定平衡点M才能起振，这叫硬激励起振，才能起振，这叫硬激励起振，设计电路要力加避免。设计电路要力加避免。3.1.3 振荡器的振幅平衡的稳定条件振荡器的振幅平衡的稳定条件振幅平衡的稳定条件是平衡点的位置必须满足：3.1.4 振荡器的相位平衡的稳定条件振荡器平衡的相位条件实际上是正反馈条件放大器的相移 放大器本身的相移(可认为是 引起的相移)谐振回路的相移 或相位平衡若遭到破坏，产生一个正的相位增量反馈电压 超前原来输入电压 (前一次反馈电压)一个相角3.1.4 振荡器的相位平衡的稳定条件相位平衡若遭到破坏，产生一个正的相位增量反馈电压 超前原来输入电压 (前一次反馈电压)一个相角相位超前导致频率升高，相位滞后导致频率降低，相位超前导致频率升高，相位滞后导致频率降低，振荡器本身的某一机构应有恢复相位平衡的能力振荡器本身的某一机构应有恢复相位平衡的能力什么电路结构具有此种相位特性？什么电路结构具有此种相位特性？3.1.4 振荡器的相位平衡的稳定条件谐振回路的相频特性曲线在工作频率附近具有负的斜率，谐振回路的相频特性曲线在工作频率附近具有负的斜率，能保证相位平衡的稳定性。能保证相位平衡的稳定性。3.2.13.2.1变压器耦合变压器耦合LCLC反馈振荡器反馈振荡器1.电路组成电路组成如下图所示为一变压器反馈式LC振荡电路。图中，LC并联回路作为三极管的集电极负载，是振荡电路的选频网络。变压器反馈式振荡电路由放大电路、反馈网络和选频网络三部分组成。电路中三个线圈作变压器耦合。线圈L与电容C组成选频电路，L2是反馈线圈，与负载相接的L3为输出线圈。2.振荡条件及振荡频率振荡条件及振荡频率3.电路特点电路特点电路结构简单，容易起振，改变电容大小可方便地调节振荡频率。“切环注入法切环注入法”判断电路是否满足相位条件判断电路是否满足相位条件(1)在电路中某一个合适的位置在电路中某一个合适的位置(往往是放大器往往是放大器的输入端的输入端)把电路断开，把电路断开，(用用X号表示号表示)；(2)在断开处的一侧在断开处的一侧(往往是放大器的输入端往往是放大器的输入端)对地对地引入一个外加电压源引入一个外加电压源 ,该电压源频率从低到高该电压源频率从低到高覆盖回路的谐振频率；覆盖回路的谐振频率；(3)看经过放大器反馈网络之后转回看经过放大器反馈网络之后转回到断开处另一侧对地的电压到断开处另一侧对地的电压 是是否与否与 同相，为同相则其中必有同相，为同相则其中必有某一个频率满足自激振荡的相位条某一个频率满足自激振荡的相位条件件(注意这里是实际方向注意这里是实际方向)，电路有，电路有振荡的可能。振荡的可能。如果电路又同时满足振幅条件就可以如果电路又同时满足振幅条件就可以产生正弦振荡了产生正弦振荡了,下面用巴克好森准则下面用巴克好森准则分析集电极调谐型反馈振荡器的振荡分析集电极调谐型反馈振荡器的振荡条件。条件。故故式中式中其中等效接入系数为其中等效接入系数为互感耦合振荡器大信号等效电路互感耦合振荡器大信号等效电路设工作频率远小于振荡器晶设工作频率远小于振荡器晶体管的特征频率，忽略其内体管的特征频率，忽略其内部反馈的影响，用平均参数部反馈的影响，用平均参数画出了图画出了图(a)的大信号等效电的大信号等效电路，如图所示。它与变压器路，如图所示。它与变压器耦合放大器区别在于次级负耦合放大器区别在于次级负载就是放大器输入端的载就是放大器输入端的Gie。其其 为为而而 根据巴克好森准则，根据巴克好森准则，即即可得可得即即解上述方程组得解上述方程组得 起振时，应用微变参数代替平均参数，因此互感耦合振起振时，应用微变参数代替平均参数，因此互感耦合振荡器的起振条件是：荡器的起振条件是：上式说明，上式说明，r越大，越大，M越小，电路起振所需要的跨导越小，电路起振所需要的跨导gm就越大。当就越大。当M=0时，起振需要的跨导时，起振需要的跨导gm为无穷大。这表明为无穷大。这表明电路已不再是振荡器了。电路已不再是振荡器了。还可以看出，振荡器的频率和晶体管的参数有关。（还可以看出，振荡器的频率和晶体管的参数有关。（G=Goe+2Gie）实际上，管子的极）实际上，管子的极间电容对高频振荡频率影响较大，这一点是不希望的。因为这些参数与温度有关。间电容对高频振荡频率影响较大，这一点是不希望的。因为这些参数与温度有关。3.2.23.2.2电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路(Hartly Oscillators)(Hartly Oscillators)L2L1CgLgoegmubek2gie+ube-+uce-+uce-+ube-iiC1C2LLECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc3.2.33.2.3电容三端式振荡电路电容三端式振荡电路(Colpitts Oscillators)(Colpitts Oscillators)+uce-+ube -LECRb1Rb2ReCeCbC2C1LcC1C2LC2C1LgiegLgoegmube+uce-+ube-iC1LgiegLgmubegoe+ube-i+uce-C2+uce-C2LC1gLgoegmubek2Bgie+ube-iC1LgiegLgmubegoe+ube-i+uce-C2C1LgiegLgmubegoe+ube-i+uce-C2即即为满足相位条件，回路引出的三个端点应如何与晶体管的三个电极相连接？为满足相位条件，回路引出的三个端点应如何与晶体管的三个电极相连接？如图所示，振荡器的如图所示，振荡器的振荡频率十分接近回路的谐振频率，于是有振荡频率十分接近回路的谐振频率，于是有假设假设:(1)不计晶体管的电抗效应；不计晶体管的电抗效应；(2)LC回路由纯电抗元件组成，回路由纯电抗元件组成，即即3.2.5 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则三端式振荡器相位平衡条件的判别准则三端式振荡器的相位判据三端式振荡器的相位判据 因为放大器已经倒相因为放大器已经倒相,即即 与与 差差180180，所以要求反馈电，所以要求反馈电压压 必须与必须与 反相才能满足相位条件，如上图所示。反相才能满足相位条件，如上图所示。因此，因此，Xbe必须与必须与Xce同性质，才能保证同性质，才能保证 与与 反相。反相。归结起来，归结起来，Xbe和和Xce性质相同；性质相同；Xcb和和Xce、Xbe性质相反。就是三点式振荡器的相位判据。性质相反。就是三点式振荡器的相位判据。例例3.1 如图如图3-13(c)所示电容三点式振荡电路中，所示电容三点式振荡电路中，C1=100pF，C2=200pF,L=1.3H忽略三极管的输入及输出电容。忽略三极管的输入及输出电容。1)计算振荡器的振荡频率计算振荡器的振荡频率2)求反馈系数求反馈系数B解：解：答：振荡频率为答：振荡频率为17.1MHz，反馈系数为三分之一，反馈系数为三分之一LC1C2C3RLBA3.3.2 3.3.2 改进型电容三端式振荡电路改进型电容三端式振荡电路RLECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABLC1C2C3RLBARLLC1C2C3C4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABECLC1C2C3C4AB3.3.1 3.3.1 频率稳定度的定义频率稳定度的定义 放大器放大器LC选频选频 反馈网络反馈网络uiic1ZLuouf Q
