高频电子线路阳昌汉版第4章正弦波振荡器.ppt
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1、第第 4 章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 概述概述 反馈型反馈型LC振荡原理振荡原理 反馈型反馈型LC振荡器振荡器 振荡器的频率稳定原理振荡器的频率稳定原理 高稳定度的高稳定度的LC振荡器振荡器 晶体振荡电路晶体振荡电路 RC正弦波振荡器正弦波振荡器 1 4.1 4.1 概概 述述一、一、振荡器的功能振荡器的功能在无输入信号情况下,在无输入信号情况下,将电源的直流能量转换成具有一将电源的直流能量转换成具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号能量输出。定频率、一定波形和一定振幅的交流信号能量输出。二、振二、振荡荡器与放大器的区器与放大器的区别别 振荡器:不需外加激励信号振荡器:不需外加激励信号
2、相同点:相同点:直流能量直流能量 交流能量交流能量不同点:不同点:放大器:需外加的激励信号放大器:需外加的激励信号2振荡器振荡器振荡器振荡器正弦波正弦波正弦波正弦波非正弦波:非正弦波:非正弦波:非正弦波:反馈型反馈型反馈型反馈型振荡器振荡器振荡器振荡器负阻型振荡器负阻型振荡器负阻型振荡器负阻型振荡器 LCLC振荡器振荡器振荡器振荡器 晶体振荡器晶体振荡器晶体振荡器晶体振荡器 RCRC振荡器振荡器振荡器振荡器三、三、振荡器的分类振荡器的分类产生三角波、锯齿波、矩形波等产生三角波、锯齿波、矩形波等产生三角波、锯齿波、矩形波等产生三角波、锯齿波、矩形波等负阻器件负阻器件+振荡回路振荡回路(正反馈原理
3、)(正反馈原理)3四、正弦波振荡器的用途四、正弦波振荡器的用途高频加热设备高频加热设备医疗仪器医疗仪器发射机发射机(载波频率载波频率fc)接收机接收机(本地振荡频率本地振荡频率fL)数字系统:时钟信号数字系统:时钟信号通信系统:通信系统:测量仪器:信号源测量仪器:信号源高频能源:高频能源:五、主要技术指标五、主要技术指标振荡频率、振荡波形、振荡幅度、振荡频率、振荡波形、振荡幅度、频率稳定度频率稳定度44.2 反馈型反馈型LC振荡原理振荡原理定义:从放大器的输出信号中取出一部分反馈到输入端定义:从放大器的输出信号中取出一部分反馈到输入端作为输入信号,无需外部提供激励信号,能产生等幅正作为输入信号
4、,无需外部提供激励信号,能产生等幅正弦波输出称为反馈型振荡器。弦波输出称为反馈型振荡器。一、一、反馈型正弦波振荡器的组成反馈型正弦波振荡器的组成 正反馈正反馈 网络网络 放大器放大器 (选频网络)(选频网络)5组成:组成:放大器放大器是对反馈信号进行放大;是对反馈信号进行放大;正反馈网络正反馈网络是将输出回路中的能量取出一部分加是将输出回路中的能量取出一部分加 到放大器的输入端;到放大器的输入端;选频网络选频网络 是获得单一确定的振荡频率;是获得单一确定的振荡频率;稳幅环节稳幅环节使振荡的输出稳定。使振荡的输出稳定。内稳幅内稳幅外稳幅外稳幅利用放大器利用放大器件的非线性件的非线性6二、振荡的建
5、立与起振条件二、振荡的建立与起振条件放大器的电压增益:放大器的电压增益:反馈系数:反馈系数:这时调谐放大器与反馈网络就构成了自激振荡器。这时调谐放大器与反馈网络就构成了自激振荡器。环路增益环路增益调谐放大器调谐放大器反馈网络反馈网络7起振条件:起振条件:n=0,1,2振幅起振条件振幅起振条件相位起振相位起振条件条件增幅振荡增幅振荡正反馈正反馈调谐放大器调谐放大器反馈网络反馈网络8三、三、振荡的平衡条件振荡的平衡条件刚起振时,起始偏压为正偏置刚起振时,起始偏压为正偏置电路的偏置电压为:电路的偏置电压为:IEUB+UE _+UBE _9UoOA 振荡特性振荡特性反馈特性反馈特性10n=0,1,2振
6、幅平衡条件振幅平衡条件相位相位平衡条件平衡条件u 平衡条件:平衡条件:等幅振荡等幅振荡丙类丙类乙类乙类甲乙类甲乙类甲类甲类u 放大器进入平衡的原因:放大器进入平衡的原因:(1)放大器固有的非线性特性)放大器固有的非线性特性(2)自给偏压效应)自给偏压效应u 从起振到平衡,放大器工作状态的变化从起振到平衡,放大器工作状态的变化:11 晶体管晶体管 反馈网络反馈网络 LC选选 频频网络网络u平衡条件的另一种表示形式:平衡条件的另一种表示形式:振幅平衡条件振幅平衡条件:相位平衡条件相位平衡条件:12四、四、振荡器平衡状态的稳定条件振荡器平衡状态的稳定条件1)稳定平衡与不稳定平衡稳定平衡与不稳定平衡2
7、)振荡器的稳定平衡振荡器的稳定平衡因某一外因的变化,振荡的原平衡条件遭到破坏,振因某一外因的变化,振荡的原平衡条件遭到破坏,振荡器能在新的条件下建立新的平衡,当外因去掉后,荡器能在新的条件下建立新的平衡,当外因去掉后,电路能自动返回原平衡状态。满足这样条件的平衡称电路能自动返回原平衡状态。满足这样条件的平衡称为稳定平衡。为稳定平衡。133)振幅平衡的稳定条件振幅平衡的稳定条件UoOA Q外因变化外因变化F1/FQ1AF 1(增幅振荡)(增幅振荡)输出增大输出增大Q1点达到新的平衡点达到新的平衡外因消失外因消失FAF 1(增幅振荡)(增幅振荡)输出增大输出增大Q1点达到新的平衡点达到新的平衡F1
8、/FQ1外因消失外因消失AF1(减幅振荡)(减幅振荡)输出减小输出减小回到回到Q点达到平衡点达到平衡FQ点稳定:点稳定:软激励软激励 硬激励硬激励振幅的稳定条件:振幅的稳定条件:(应避免)(应避免)14tui4)相位平衡的稳定条件相位平衡的稳定条件频率随相位变化的关系:频率随相位变化的关系:频率与相位的关系:频率与相位的关系:(频率的稳定条件)(频率的稳定条件)信号周期信号周期信号频率信号频率信号频率信号频率信号周期信号周期15Oo0)(+j j j jj jj jZFZY 相位平衡的稳定条件:相位平衡的稳定条件:即要求选频网络的相频特性曲线即要求选频网络的相频特性曲线在工作频率附近应具有负斜
9、率。在工作频率附近应具有负斜率。实际中的实际中的并联并联LC谐振回路正好具有这种相频特性。谐振回路正好具有这种相频特性。16总总 结结1)正弦振荡器工作条件包括正弦振荡器工作条件包括起振条件:起振条件:平衡条件:平衡条件:稳定条件:稳定条件:保证振荡器从无到有建立起振荡保证振荡器从无到有建立起振荡保证振荡器进入平衡状态,产生持续的等幅振荡保证振荡器进入平衡状态,产生持续的等幅振荡保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏 振幅稳定条件振幅稳定条件相位稳定条件相位稳定条件172)振荡器的静态工作点应设计在振荡器的静态工作点应设计在软激励状态软激励状态
10、4)判断能否产生正弦振荡的方法判断能否产生正弦振荡的方法 a)是否可能振荡是否可能振荡首先看电路供电是否正确;二是首先看电路供电是否正确;二是看是否满足相位平衡条件(看是否满足相位平衡条件(正反馈正反馈)b)是否起振是否起振看是否满足振幅起振条件看是否满足振幅起振条件 c)是否产生正弦波是否产生正弦波看是否有正弦选频网络看是否有正弦选频网络3)从振荡到平衡是由晶体管非线性与自给反偏压共同作用从振荡到平衡是由晶体管非线性与自给反偏压共同作用的结果,称为的结果,称为内稳幅;内稳幅;需要外加稳幅电路的称为需要外加稳幅电路的称为外稳幅外稳幅184.3 反馈型反馈型LC振荡器振荡器以以LC谐振回路作选频
11、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LC振荡器振荡器互感耦合互感耦合电感三点式电感三点式电容三点式电容三点式19一、互感耦合一、互感耦合LC振荡器振荡器 互感耦合振荡器是依靠互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合线圈之间的互感耦合实现正反馈的,实现正反馈的,耦合线圈同名端的正确位置的放置,选择合适的耦合量耦合线圈同名端的正确位置的放置,选择合适的耦合量M M,使,使之满足振幅起振条件很重要。之满足振幅起振条件很重要。互感耦合振荡器有三种形式:互感耦合振荡器有三种形式:调基电路、调集电路和调射调基电路、调集电路和调射电路,电路,这是根据振荡回路是在集
12、电极电路、基极电路和发射极这是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极电路来区分的。电路来区分的。判断相位平衡条件是否满足的方法:通常采用判断相位平衡条件是否满足的方法:通常采用瞬时极性法。瞬时极性法。20共基调集型共基调集型bce高频旁路高频旁路电容电容1)判断是否可能振荡的基本准则:是否是正反馈。判断是否可能振荡的基本准则:是否是正反馈。正反馈系数正反馈系数:振荡频率振荡频率:2)是否能起振:取决于变压器是否有足够的耦合量是否能起振:取决于变压器是否有足够的耦合量M方法:瞬时极性法方法:瞬时极性法21共共e调调b型型bce高频旁高频旁路电容路电容共共b调调e型型高频旁高频旁路电容路电容
13、ebc互感耦合振荡器在调整反馈互感耦合振荡器在调整反馈(改变改变M)时,基本上不影响振时,基本上不影响振荡频率。但由于分布电容的存在,在频率较高时,难于做荡频率。但由于分布电容的存在,在频率较高时,难于做出稳定性高的变压器。因此,它们的工作频率不宜过高,出稳定性高的变压器。因此,它们的工作频率不宜过高,一般应用于中、短波波段。一般应用于中、短波波段。22二、电容反馈式振荡器二、电容反馈式振荡器(考毕兹电路考毕兹电路)1、电路结构、电路结构直流通路直流通路交流等效电路交流等效电路电容三点电容三点式振荡器式振荡器becC1C2L反馈信号取自反馈信号取自C2两端两端232、相位平衡条件、相位平衡条件
14、 用用矢量法矢量法分析其交流通路是否分析其交流通路是否满足相位平衡条件,即分析电路是满足相位平衡条件,即分析电路是否为正反馈。否为正反馈。+-+-243、起振条件、起振条件分析起振条件时可以利用分析起振条件时可以利用高高频小信号放大器的频小信号放大器的分析法。分析法。(1 1)电压增益电压增益25(2 2)反馈系数()反馈系数(忽略各个忽略各个g g的的影响)影响)(3)起振条件)起振条件 满足起振条件是选取晶体管的满足起振条件是选取晶体管的 从输出电导和负载电导的影响看,从输出电导和负载电导的影响看,F越大越容易起振,越大越容易起振,从输入电导看,从输入电导看,F不能太大。因而兼顾二者,不能
15、太大。因而兼顾二者,F一般选取一般选取。264、振荡频率、振荡频率振荡频率一般可以利用振荡频率一般可以利用相位平衡条件相位平衡条件求解。求解。在忽略在忽略 、等的影响,可得近似式为等的影响,可得近似式为若忽略晶体管输入电容和输出电容的影响若忽略晶体管输入电容和输出电容的影响27三、电感反馈式振荡器三、电感反馈式振荡器(哈特莱电路哈特莱电路)1、电路结构、电路结构电感三点式振荡器电感三点式振荡器becCbceeL2L1b反馈信号取自反馈信号取自L2两端两端28becL2L1C2、相位平衡条件、相位平衡条件+-+-3、起振条件、起振条件反馈系数反馈系数:若忽略互感若忽略互感M的影响则有:的影响则有
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