模拟数字化PPT学习教案.pptx
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1、会计学1模拟模拟(mn)数字化数字化第一页,共91页。2二、正弦波振荡器的应用二、正弦波振荡器的应用二、正弦波振荡器的应用二、正弦波振荡器的应用(yngyng)(yngyng)(yngyng)(yngyng)1作信号源(本章(bn zhn)将讨论)正弦波信号源:电子(dinz)测量仪器;要求:振荡频率和振幅的准确性和稳定性。2正弦交变能源(本章不讨论)用途:高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。要求:功率足够大,高效。载波信号:无线发射机;本振信号:超外差接收机;时钟信号:数字系统。第1页/共91页第二页,共91页。3三、分类(fn li)(1)反馈(fnku)振荡器利用正反馈原理构成(
2、guchng),应用广泛。(2)负阻振荡器利 用 负 阻 效 应 抵 消 回 路 中 的 损 耗,以 产 生 等 幅 自 由 振 荡。主要工作于微波段。1、按组成原理2、按产生的波形(1)正弦波振荡器(2)非正弦波振荡器 矩形脉冲、三角波、锯齿波。3、按选频网络所采用的器件LC振荡器、晶体振荡器、RC振荡器。第2页/共91页第三页,共91页。4第一节 反馈(fnku)振荡器的原理一、反馈振荡器的原理(yunl)分析组成(z chn):(1)放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作负载,是调谐放大器。一般是由无源器件组成的线性网络。(2)反馈网络正反馈:Ui(s)与Ui(s)相位相同。第3页/
3、共91页第四页,共91页。5振荡的建立(jinl)过程(1)刚通电时,须经历一段振荡(zhndng)电压从无到有逐步增长的过程 (2)进入平衡状态(zhungti)时,振荡电压的振幅和频率要能维持在相应的平衡值上。(3)当外界不稳时,振幅和频率仍应稳定,而不会产生突变或停止振荡。第4页/共91页第五页,共91页。6一、反馈(fnku)振荡器的原理分析闭环电压(diny)放大倍数:放大器电压(diny)放大倍数:反馈网络的电压反馈系数:放大器输入信号:反馈系统的环路增益:第5页/共91页第六页,共91页。7一、反馈(fnku)振荡器的原理分析反馈系统的环路(hun l)增益:闭环电压放大(fng
4、d)倍数:自激振荡的条件:又称为振荡器的平衡条件。二、平衡条件:相位平衡条件:振幅平衡条件第6页/共91页第七页,共91页。8分析K(j)与F(j)的意义(yy):(以单调谐谐振放大器为例)若输出(shch)信号:放大(fngd)器电压放大(fngd)倍数:因为(Yf 晶体管的正向转移导纳)(ZL放大器的负载阻抗)所以输入信号:相位平衡条件:振幅平衡条件::决定了振荡器输出振幅的大小。:决定了振荡器输出信号的频率大小。第7页/共91页第八页,共91页。9三、振荡器的起振条件(tiojin)初始的激励(jl)是从哪里来的呢?振荡的最初来源是振荡器在接通电源(dinyun)时不可避免地存在的电冲击
5、及各种热噪声等。:振幅起振条件:相位条件Ub1U01Ub2U02Ub3U0Ub振荡开始时应为增幅振荡!振幅条件的图解表示第8页/共91页第九页,共91页。101、振幅(zhnf)稳定条件四、稳定(wndng)条件UiAUiUi 因此,振荡器由增幅振荡过渡到稳幅振荡,是由放大器的非线性完成的。由于放大器的非线性,振幅(zhnf)稳定条件很容易满足。即:在平衡点附近具有负斜率的变化!第9页/共91页第十页,共91页。11稳定(wndng)不稳定(wndng)1、振幅(zhnf)稳定条件在平衡点附近具有负斜率的变化!第10页/共91页第十一页,共91页。122、相位稳定(wndng)条件 0 在平衡
6、点附近(fjn)具有负斜率变化,即随增大而下降的特性。第11页/共91页第十二页,共91页。13起振条件:保证接通电源后从无到有地建立(jinl)起振荡。平衡条件:保证进入(jnr)平衡状态、输出等幅持续振荡。稳定(wndng)条件:保证平衡状态不受外界不稳定(wndng)因素的破坏。闭合环路成为反馈振荡器(Feedback Oscillator)的三个条件:第12页/共91页第十三页,共91页。14对三个条件(tiojin)的讨论1、三个条件都必须满足(mnz),缺一不可,但是它们在实际情况下有 所不同。往往稳定条件隐含在电路结构中,如:振幅稳定条 件一般由放大管的非线性放大特性和自给偏置效
7、应予以保证,相位稳定条件一般由振荡电路中选频网络的负斜率相频特性 予以保证。2、如果电路结构合理,那么只要满足起振条件,就能自动进入(jnr)平 衡状态,产生持续振荡。3、平衡条件可以用来确定振荡振幅。但这时由于放大管已进入非 线性,因此平衡条件的分析十分困难。第13页/共91页第十四页,共91页。15 4、振幅稳定条件(tiojin)和相位稳定条件(tiojin)的讨论可以进一步定性地了解 稳定振荡幅度和提高频率稳定度所应采取的措施。5、基于上述讨论(toln),振荡器的分析可分为定性和定量两个步骤:定性分析判断电路结构是否合理,包括电路中有否选频网络,选频网络的相频特性是否为负斜率(比如,
8、并联谐振网络与晶 体管并联时具有负斜率的相频特性),电路中是否具有正反馈。定量分析仅需分析电路是否满足起振条件,由于起振时,振荡管 处于线性放大状态,且输入信号很微弱,可以采用小信号等效电 路的方法进行分析。第14页/共91页第十五页,共91页。16主网络(wnglu)反馈(fnku)网络五、振荡(zhndng)线路举例互感耦合振荡(zhndng)器 互感耦合反馈振荡器的正反馈是由互感耦合回路中的同名端来保证的。反馈振荡器工作原理第15页/共91页第十六页,共91页。17集电极调谐(tioxi)型电路(dinl)的三种形式发射极调谐(tioxi)型基极调谐型第16页/共91页第十七页,共91页
9、。18集电极调谐(tioxi)型第17页/共91页第十八页,共91页。19发射极调谐(tioxi)型第18页/共91页第十九页,共91页。20基极(j j)调谐型第19页/共91页第二十页,共91页。21第二节 LC 振 荡 器一、振荡器的组成(z chn)原则1、三端(sn dun)式振荡器的组成 LC 回路的三个端点(dun din)与晶体管的三个电极分别连接。什么是三端式(又称三点式)振荡器?并联谐振回路:决定振荡频率。反馈网络:构成正反馈。三个电抗元件X1、X2、X3:第20页/共91页第二十一页,共91页。22X1+X2+X3=0谐振(xizhn)条件 电路中三个电抗元件必须由两种不
10、同(b tn)性质的电抗元件组成。相位(xingwi)平衡条件,即正反馈条件X1、X2为同性质电抗元件!判断三端式振荡器能否振荡的原则:“射同余异”或“源同余异”第21页/共91页第二十二页,共91页。23三端式振荡器的两种基本(jbn)电路(a)电容(dinrng)反馈振荡器(b)电感(din n)反馈振荡器三点式振荡电路组成法则反馈电压取自L 和C2组成的分压器反馈电压取自C 和L2组成的分压器第22页/共91页第二十三页,共91页。24例:根据(gnj)组成法则判断下列电路能否振荡思考:如何改正,才可以使电路满足(mnz)振荡条件?第23页/共91页第二十四页,共91页。25例:图是三回
11、路(hul)振荡器的等效电路,设有下列几种情况:试分析上述四种情况是否都能振荡,振荡频率 f1 与回路谐振频率有何关系(gun x)?属于何种类型的振荡器?第24页/共91页第二十五页,共91页。26二、电容(dinrng)反馈振荡器交流(jioli)等效电路 1)电阻R1、R2、Re 起直流偏置(pin zh)作用。2)Ce 为旁路电容,Cb 为隔直电容,保证起振时有合适 的静态工作点及交流通路。3)Lc可防止集电极交流电流从电源入地。下面分析该电路的振荡频率及起振条件。第25页/共91页第二十六页,共91页。27二、电容(dinrng)反馈振荡器(2)晶体管Cie、Coe很小,可忽略(hl
12、)它们的影响;高频(o pn)小信号等效电路:假设条件:(3)忽略晶体管集电极电流ic对输入信号ub的相移,将Yfe用跨导gm表示。设:(1)忽略Yre=0 的影响;:除晶体管以外的电路中所有电导折算到ce两端后的总电导。第26页/共91页第二十七页,共91页。28电压(diny)增益:反馈(fnku)系数:环路(hun l)增益:下面分析环路增益!分析振荡频率、起振条件第27页/共91页第二十八页,共91页。29T(j)(令T(j)虚部等于零。)振荡频率的推导(tudo)过程又:振荡(zhndng)频率表达式:第28页/共91页第二十九页,共91页。30将gie折算(sh sun)到放大器输
13、出端:放大器总的负载(fzi)电导gL:放大器电压(diny)放大倍数:起振条件的推导过程起振条件:第29页/共91页第三十页,共91页。31第一项:输出电导和负载电导对振荡(zhndng)的影响:F 越大,越容易振荡(zhndng);第二项:输入电阻对振荡的影响(yngxing):gie、F 越大,越不容易振荡。只要在设计(shj)电路时使晶体管的跨导满足此式,振荡器就可以振荡。因此,考虑晶体管输入电阻对回路的加载作用,反馈系数F并非越大越好。F一般取0.10.5,起振时环路增益一般取 3 5。对起振条件的分析第30页/共91页第三十一页,共91页。32三、电感(din n)反馈振荡器(a)
14、实际(shj)电路(b)交流(jioli)等效电路通常电感是绕在同一带磁芯的骨架上,它们之间存在有互感,用 M 表示。第31页/共91页第三十二页,共91页。33三、电感(din n)反馈振荡器(b)交流(jioli)等效电路振荡(zhndng)频率表达式:反馈系数:起振时的gm应满足:条件与电容反馈振荡器相同!第32页/共91页第三十三页,共91页。34电感反馈(fnku)振荡器与电容反馈(fnku)振荡器的比较(1)两种线路(xinl)都简单,容易起振。(2)电感(din n)反馈振荡器的工作频率不能过高;(3)电容反馈振荡器的输出波形比电感反馈振荡器的输出波形要好。综上,由于电容反馈振荡
15、器具有工作频率高、波形好等优点,在许多场合得到了应用。电容反馈振荡器,工作频率可以较高。第33页/共91页第三十四页,共91页。35四、两种改进型电容(dinrng)反馈振荡器1.克拉(kl)泼振荡器实际(shj)电路:交流等效电路:(克拉泼振荡器、西勒振荡器)第34页/共91页第三十五页,共91页。361.克拉(kl)泼振荡器回路(hul)的总电容振荡(zhndng)频率回路总电容主要由C3决定,极间电容对总电容的影响很小!反馈系数接入系数晶体管与回路间的耦合很弱!第35页/共91页第三十六页,共91页。371.克拉(kl)泼振荡器等效(dn xio)到晶体管ce两端的负载电阻RL(1)主要
16、用于固定频率或波段(bdun)范围较窄的场合。(2)频率覆盖系数一般只有 1.2 1.3。结论:改变 C3RL变化K变化停振。RL的变化 波段范围内输出振幅变化较大。第36页/共91页第三十七页,共91页。382.西勒振荡器实际(shj)电路交流(jioli)等效电路,C3起频率(pnl)微调作用。2)C4用来改变振荡器的工作波段。第37页/共91页第三十八页,共91页。392.西勒振荡器回路(hul)的总电容振荡(zhndng)频率改变频率主要是通过(tnggu)调整C4完成的!接入系数(1)C4的改变并不影响接入系数 p,波段内输出幅度较平稳。西勒振荡器适用于较宽波段工作,在实际中用得较多
17、。(2)改变C4,频率变化较明显,故西勒振荡器的频率覆盖系数较大,可达1.6 1.8。结论:第38页/共91页第三十九页,共91页。40五、场效应管振荡器1、互感(hgn)耦合场效应管振荡器第39页/共91页第四十页,共91页。412、电感(din n)反馈场效应管振荡器第40页/共91页第四十一页,共91页。423、电容(dinrng)反馈场效应管振荡器第41页/共91页第四十二页,共91页。43六、压控振荡器应用(yngyng):广泛应用于频率(pnl)调制器、锁相环路,以及无线电发射机和接收机中。第42页/共91页第四十三页,共91页。44七、单片集成(j chn)振荡器举例见书P131
18、第43页/共91页第四十四页,共91页。45作作作作 业业业业n n4-24-2n n4-34-3n n4-44-4(a a、b b、d d、e e)n n检查振荡器线路是否检查振荡器线路是否检查振荡器线路是否检查振荡器线路是否(sh f(sh f u)u)正确的步骤:正确的步骤:正确的步骤:正确的步骤:n n 1.1.检查交流通路是否检查交流通路是否检查交流通路是否检查交流通路是否(sh f(sh f u)u)存在正反馈存在正反馈存在正反馈存在正反馈n n 2.2.检查直流通路检查直流通路检查直流通路检查直流通路n n 为满足起振的振幅条件,起振时应使放大器工作为满足起振的振幅条件,起振时应
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