LC正弦波振荡器ppt课件.ppt

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1、EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器以以LC谐振回路作选频网络谐振回路作选频网络的反馈振荡器称为的反馈振荡器称为LC正弦波振荡器正弦波振荡器正弦波振荡器按选频网络不同分：正弦波振荡器按选频网络不同分：RC振荡器振荡器LC振荡器振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器 1MHz , Po较大较大 fo 精确稳定精确稳定LC振荡器振荡器变压器反馈式变压器反馈式电感三点式电感三点式电容三点式电容三点式EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路主要要求：主要要求： 了解变压器反馈式振荡器的工

2、作原理和分析方法了解变压器反馈式振荡器的工作原理和分析方法掌握三点式振荡器的组成原则和工作原理掌握三点式振荡器的组成原则和工作原理掌握电感三点式和电容三点式振荡器的典型掌握电感三点式和电容三点式振荡器的典型电路、工作原理、工作特点和分析方法。电路、工作原理、工作特点和分析方法。4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器了解集成了解集成LCLC振荡器振荡器EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路P6770 变压器反馈式振荡器变压器反馈式振荡器 P6770 变压器反馈式振荡器变压器反馈式振荡器一、电路组成一、电路组成 三极管、三极管、LC谐振回路构谐振回路构成选频

3、放大器，成选频放大器，变压器变压器Tr构成反构成反馈网络。馈网络。 放大器在小放大器在小信号时工于甲类，信号时工于甲类，以保证起振时有以保证起振时有较大的环路增益。较大的环路增益。EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路二、工作原理二、工作原理L LC C+iUoU+变压器反馈式振荡器交流通路变压器反馈式振荡器交流通路fU+EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路二、工作原理二、工作原理 起振时放大器工作于起振时放大器工作于甲类，甲类，T1。随着振荡幅。随着振荡幅度的增大，放大器进入非度的增大，放大器进入非线性状态

4、，且由于线性状态，且由于自给偏自给偏置效应置效应进入乙类或丙类非进入乙类或丙类非线性工作状态，使线性工作状态，使T减小，减小，直至直至T=1，进入平衡状态，进入平衡状态L LC C+iUoU+变压器反馈式振荡器交流通路变压器反馈式振荡器交流通路fU+ 在回路谐振频率上构在回路谐振频率上构成正反馈，满足了振荡的成正反馈，满足了振荡的相位条件。相位条件。EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路振荡电路起振工作状态的变化振荡电路起振工作状态的变化EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路三、振荡条件的分析三、振荡条件的分析

5、L LC C+iUoU+变压器反馈式振荡器交流通路变压器反馈式振荡器交流通路fU+.i.c.i.o.UZIUUA 为集电极电流基波分量；为集电极电流基波分量； Z 为回路对基波电流呈现的为回路对基波电流呈现的阻抗。阻抗。.cI.cIEXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路三、振荡条件的分析三、振荡条件的分析L LC C+iUoU+变压器反馈式振荡器交流通路变压器反馈式振荡器交流通路fU+.i.c.i.o.UZIUUA Yfe 为晶体管的正向传输导纳为晶体管的正向传输导纳.cIZYfe EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高

6、频电子线路三、振荡条件的分析三、振荡条件的分析L LC C+iUoU+变压器反馈式振荡器交流通路变压器反馈式振荡器交流通路fU+.i.c.i.o.UZIUUA ）（Zfejfee ZY ZYfe fe.o.f. jFLjrMjUUF r 为电感线圈为电感线圈L的等效损耗电阻。的等效损耗电阻。 忽略忽略r 时，时， 。 如互感为全耦合，则如互感为全耦合，则 说明忽略说明忽略r 时，时， 为实数，为实数， fe0；且；且 为常数。为常数。LMF/. 12./ NNF .F.FEXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路三、振荡条件的分析三、振荡条件的分析L LC

7、 C+iUoU+变压器反馈式振荡器交流通路变压器反馈式振荡器交流通路fU+.i.c.i.o.UZIUUA ）（Zfejfee ZY ZYfe fe.o.f. jFLjrMjUUF 故故 ）（fZfejfe.e FZYFAT 即即 FZYTfe fZfeT 在小信号时为常数，在大信号非在小信号时为常数，在大信号非线性工作状态时，随振荡幅度增大而线性工作状态时，随振荡幅度增大而减小，故能满足减小，故能满足T的频率特性要求。的频率特性要求。feYEXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路三、振荡条件的分析三、振荡条件的分析 实际电路中，实际电路中， fe 和和

8、f 都很小，故相位平衡条件可近似为都很小，故相位平衡条件可近似为可得该振荡器相位平衡条件为可得该振荡器相位平衡条件为0fZfeT 因此采用因此采用LC谐振回路作选频网络的振荡器，其振荡频率谐振回路作选频网络的振荡器，其振荡频率约等于回路谐振频率。约等于回路谐振频率。0Z 当当 LC回路调谐于回路调谐于f0上时，即上时，即可满足此条件。可满足此条件。 210LCf EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路例例4.1.1试分析下图电路是否可能产生振荡试分析下图电路是否可能产生振荡解：解：该电路由共基放大电路和该电路由共基放大电路和LC反馈选频网络构成，反馈选

9、频网络构成，在在LC回路的谐振频率上构成正反馈，满足相位平衡条件。回路的谐振频率上构成正反馈，满足相位平衡条件。而共基放大电路具有较大增益，又具有内稳幅作用，而共基放大电路具有较大增益，又具有内稳幅作用，因此合理选择电路参数可满足振幅起振和平衡调节因此合理选择电路参数可满足振幅起振和平衡调节故此电路可能产生振荡。故此电路可能产生振荡。EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路作业作业备备P96 4.1(a)EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理三点式振荡器的基本工作原理三个电抗

10、元件组成三个电抗元件组成LC谐振回路谐振回路 谐振回路既是负载，又构成正反谐振回路既是负载，又构成正反馈选频网络。馈选频网络。 三点式振荡器组成原则：与三点式振荡器组成原则：与放大器同相输入端相连的为同性放大器同相输入端相连的为同性质电抗，不与同相输入端相连的质电抗，不与同相输入端相连的为异性质电抗。为异性质电抗。X X1 1X X2 2X X3 3三点式振荡器基本结构三点式振荡器基本结构_ _EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路X X1 1X X2 2X X3 3B BC CE E三点式振荡器基本结构三点式振荡器基本结构 与与E相连的为同性质电抗，

11、不相连的为同性质电抗，不与与E端相连的为异性质电抗。端相连的为异性质电抗。？ 只有这样，才能构成正反馈！只有这样，才能构成正反馈！4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理三点式振荡器的基本工作原理EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路X X1 1X X2 2X X3 3B BC CE E三点式振荡器基本结构三点式振荡器基本结构iUoUfU 为便于说明，忽略电抗元件为便于说明，忽略电抗元件的损耗及管子输入、输出阻抗的的损耗及管子输入、输出阻抗的影响。影响。时，时，当当X X1 1 + X+ X2 2 + X + X3 3 = = 0 0回路谐振，回路等效为

12、纯电阻，回路谐振，回路等效为纯电阻，得到得到 与与 反相。因此反相。因此 必须必须.oU.iU与与 反相，才能构成正反馈。反相，才能构成正反馈。.oU.fU 通常通常Q值很高，故回路谐振电流远大于值很高，故回路谐振电流远大于B、C、E极电流极电流 并联谐振回路谐振时，回路电流为输入电流的并联谐振回路谐振时，回路电流为输入电流的Q倍倍.I4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理三点式振荡器的基本工作原理EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路X X1 1X X2 2X X3 3B BC CE E三点式振荡器基本结构三点式振荡器基本结构iUoUfU 为便于说明

13、，忽略电抗元件为便于说明，忽略电抗元件的损耗及管子输入、输出阻抗的的损耗及管子输入、输出阻抗的影响。影响。时，时，当当X X1 1 + X+ X2 2 + X + X3 3 = = 0 0回路谐振，回路等效为纯电阻，回路谐振，回路等效为纯电阻，得到得到 与与 反相。因此反相。因此 必须必须.oU.iU与与 反相，才能构成正反馈。反相，才能构成正反馈。.oU.fU 通常通常Q值很高，故回路谐振电流远大于值很高，故回路谐振电流远大于B、C、E极电流极电流.I2.fXIjU 故故1.oXIjU ，.oU.fU ，为使，为使 和和 反相，反相， 要求要求X1和和X2 必须同性质。而必须同性质。而X3必

14、须与必须与X1、X2异性质异性质 。 4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理三点式振荡器的基本工作原理EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路X X1 1X X2 2X X3 3B BC CE E三点式振荡器基本结构三点式振荡器基本结构iUoUfU 有电感三点式和电容三点式两种有电感三点式和电容三点式两种.I4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理三点式振荡器的基本工作原理EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路4.2.2 电感三点式振荡器电感三点式振荡器 (Hartley 哈脱莱哈脱莱)哈脱莱电路哈脱莱电路交流通路

15、交流通路 )2(21210CMLLf MLMLIMLjIMLjUUF 12.1.2.o.f.)()( EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路哈脱莱电路哈脱莱电路4.2.2 电感三点式振荡器电感三点式振荡器 (Hartley 哈脱莱哈脱莱)优点：优点：易起振，频率易调（调易起振，频率易调（调C）缺点：缺点：高次谐波成分较大，高次谐波成分较大，输出波形差。输出波形差。EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路交流通路交流通路4.2.3 电容三点式振荡器电容三点式振荡器 (Colpitts 考毕兹考毕兹) L210Cf

16、考毕兹电路考毕兹电路 2121CCCCC 211.2.o.f.11CCCjICjIUUF EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路 L210Cf 考毕兹电路考毕兹电路 2121CCCCC 211.2.o.f.11CCCjICjIUUF 增大增大 C1/ C2 ，可增大反馈，可增大反馈系数，提高输出幅值，但会使系数，提高输出幅值，但会使三极管输入阻抗的影响增大，三极管输入阻抗的影响增大，使使Q值下降，不利于起振，且值下降，不利于起振，且波形变差，故波形变差，故C2/ C1不宜过大，不宜过大，一般取一般取0.10.5 。4.2.3 电容三点式振荡器电容三点式

17、振荡器 (Colpitts 考毕兹考毕兹) 12121C2C1 CCCCCnZnZinin ，EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路考毕兹电路考毕兹电路优点：优点：高次谐波成分小，高次谐波成分小，输出波形好。输出波形好。缺点：缺点： 频率不易调频率不易调（调（调L，调节范围小），调节范围小）4.2.3 电容三点式振荡器电容三点式振荡器 (Colpitts 考毕兹考毕兹)EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路例例4.2.1解：解：1. 求振荡频率求振荡频率下图中，下图中，IEQ=0.8mA，Gie=0.8mS ，

18、Goe=0.04mS ；C1=100pF， C2=360pF，L=12H ；空载；空载Q=70； RC=4.3k， RB=RB1/RB2=7.7 k 。试求振荡频率，并验证电路是否满足振。试求振荡频率，并验证电路是否满足振幅起振条件。幅起振条件。 考毕兹电路考毕兹电路 2121CCCCC 78.3pFpF360100360100 LCf210 MHzHz2 . 5103 .78101221126 EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路2. 验证振幅起振条件验证振幅起振条件 交流通路交流通路 回路谐振电导的折算值回路谐振电导的折算值忽略了忽略了Coe和和

19、Cie 开环开环小信号等效电路小信号等效电路EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路2. 验证振幅起振条件验证振幅起振条件 EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路2. 验证振幅起振条件验证振幅起振条件 而而 故故因此电路满足振幅起振条件。因此电路满足振幅起振条件。 通常通常T取取35EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路例例解：解：该电路由共基极小信号谐振放大电路和电容分压式反馈该电路由共基极小信号谐振放大电路和电容分压式反馈电路构成，符合电容三点式构成原则，且具有较大的

20、起电路构成，符合电容三点式构成原则，且具有较大的起振环路增益，因此可能产生振荡。其振荡频率为振环路增益，因此可能产生振荡。其振荡频率为分析下图电路是否可能产生振荡。若可能产生分析下图电路是否可能产生振荡。若可能产生振荡，试求其振荡频率。振荡，试求其振荡频率。交流通路交流通路EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路解：解：该电路由共基极小信号谐振放大电路和电容分压式反馈该电路由共基极小信号谐振放大电路和电容分压式反馈电路构成，符合电容三点式构成原则，且具有较大的起电路构成，符合电容三点式构成原则，且具有较大的起振环路增益，因此可能产生振荡。其振荡频率为振环

21、路增益，因此可能产生振荡。其振荡频率为分析下图电路是否可能产生振荡。若可能产生分析下图电路是否可能产生振荡。若可能产生振荡，试求其振荡频率。振荡，试求其振荡频率。放大器采用共基组态，放大器采用共基组态，可产生更高频率的振荡。可产生更高频率的振荡。例例EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路4.2.4 改进型电容三点式振荡器改进型电容三点式振荡器 (Clapp 克拉泼克拉泼)考毕兹电路考毕兹电路 考毕兹电路中，晶体管考毕兹电路中，晶体管极间电容与回路电容并联，极间电容与回路电容并联，会使振荡频率偏移，且极间会使振荡频率偏移，且极间电容随晶体管工作状态而电容

22、随晶体管工作状态而变，会使振荡频率不稳定。变，会使振荡频率不稳定。EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路4.2.4 改进型电容三点式振荡器改进型电容三点式振荡器 (Clapp 克拉泼克拉泼)C3 C1 ， C3 L2C2 L3C32. L1C1 L2C2 L3C34. L1C1 L2C2 L3C32. L1C1 L2C2 L3C34. L1C1 L2C2 = L3C3110121CLf 220221CLf 330321CLf 设电路为电感三点式，设电路为电感三点式，感性感性感性感性容性容性则：则：f03 fOSC f01 、 f02 设电路为电容三点式，设电路为电容三点式，容性容性容性容性感性感性则：则： f01 、f02 fOSC f03 EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路LC1C28R1RfuoR2CL1L28R1RfuoR2CL1L28R1RfuoR2L18R1RfuoR2LC1C2例例EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路作业作业P97 4.3 、4.4EXITEXIT 4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 高频电子线路高频电子线路总结总结