正弦波振荡器 (3)精选PPT.ppt

《正弦波振荡器 (3)精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《正弦波振荡器 (3)精选PPT.ppt（28页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、关于正弦波振荡器(3)第1页，讲稿共28张，创作于星期二反馈型反馈型LC振荡原理振荡原理闭环增益闭环增益自激振荡时自激振荡时us=0，所以振荡的平衡条件是，所以振荡的平衡条件是第2页，讲稿共28张，创作于星期二为了得到自激振荡的输出电压，使振荡能够为了得到自激振荡的输出电压，使振荡能够建立建立起来，需满足：起来，需满足：为振荡器的为振荡器的起振条件起振条件，其中：，其中：A0是电源接通时的电压增益。是电源接通时的电压增益。增幅振荡增幅振荡正反馈正反馈3 3 振荡建立的振荡建立的起振条件起振条件?2 2 自激振荡器，若满足自激振荡器，若满足AF=1，能否起振？，能否起振？(a)通电后，通电后，i

2、c产生跃变在谐振回路中激起振荡。产生跃变在谐振回路中激起振荡。(b)谐振回路选频作用。谐振回路选频作用。(c)因为：因为：Uo（n+1）=AUi=AUf=AFUo（n）所以：所以：Uo（n+1）=AFUo（n）数值很小，不可能得到振荡输出电压。数值很小，不可能得到振荡输出电压。因为：因为：Uo(n+1)=A0FUo(n)所以：所以：Uo(n+1)Uo(n)1 如何自激？如何自激？Vcc闭合的脉冲电流；闭合的脉冲电流；基极的噪声电流基极的噪声电流第3页，讲稿共28张，创作于星期二起振过程起振过程:微小的电压脉冲微小的电压脉冲选频选频 反馈反馈 放大放大 再选频再选频 再反馈再反馈 如此循环，如此

3、循环，振荡电压就会增长起来，建立了振荡。振荡电压就会增长起来，建立了振荡。4 4 起振后，振荡是否无限增大下去？起振后，振荡是否无限增大下去？（A0F1为增幅震荡）为增幅震荡）第4页，讲稿共28张，创作于星期二4 4 起振后，振荡是否无限增大下去？起振后，振荡是否无限增大下去？（A0F1为增幅震荡）为增幅震荡）由于晶体管的非线性，振荡从线性放大进入失真的非线性状态。波形失真，由于晶体管的非线性，振荡从线性放大进入失真的非线性状态。波形失真，其电流的直流分量产生负反馈，使工作点向负变化。其电流的直流分量产生负反馈，使工作点向负变化。A，直到，直到AF=1达到等达到等幅震荡。幅震荡。第5页，讲稿共

4、28张，创作于星期二波形失真，其电流的直流分量产波形失真，其电流的直流分量产生负反馈，使工作点向负变化。生负反馈，使工作点向负变化。A，直到，直到AF=1达到等幅震荡。达到等幅震荡。第6页，讲稿共28张，创作于星期二4 4 起振后，振荡是否无限增大下去？起振后，振荡是否无限增大下去？（A0F1为增幅震荡）为增幅震荡）5 5 平衡状态平衡状态（大信号工作）（大信号工作）平衡后工作在什么状态？平衡后工作在什么状态？平衡平衡时：时：起振起振时为小信号放大，时为小信号放大，A=A0，甲类状态，甲类状态，c=180o，所以，所以A0=gcRp由于晶体管的非线性，振荡从线性放大进入失真的非线性状态。波形失

5、真，其由于晶体管的非线性，振荡从线性放大进入失真的非线性状态。波形失真，其电流的直流分量产生负反馈，使工作点向负变化。电流的直流分量产生负反馈，使工作点向负变化。A，直到，直到AF=1达到等幅震达到等幅震荡。荡。所以：所以：co13g11.02.02第7页，讲稿共28张，创作于星期二2A0F1时，时，1(c)0.5，所以，所以180o c 90o，平衡后为，平衡后为甲乙类甲乙类；A0F=2时，时，(c)=0.5，所以所以 c=90o，平衡后为平衡后为乙类乙类；A0F2时，时，(c)0.5，所以所以 c 1，满足起振条件，满足起振条件 平衡时：平衡时：AF=A0(c)F=1 则：则：(c)=0.

6、625=(1-cos c)a1(c)则：则：c=101.5o 则：则：平衡时放大器工作在甲乙类状态平衡时放大器工作在甲乙类状态co13g11.02.02第8页，讲稿共28张，创作于星期二（2）A0=10，F=0.2时时分析：分析：起振时：起振时：A0F=21，满足起振条件，满足起振条件 平衡时：平衡时：AF=A0(c)F=1 则：则：(c)=0.5=(1-cos c)a1(c)则：则：c=90o 则：则：平衡时放大器工作在乙类状态平衡时放大器工作在乙类状态（3）A0=20，F=0.2时时分析：分析：起振时：起振时：A0F=41，满足起振条件，满足起振条件 平衡时：平衡时：AF=A0(c)F=1

7、 则：则：(c)=0.25=(1-cos c)a1(c)则：则：c=66.3o 则：则：平衡时放大器工作在丙类状态平衡时放大器工作在丙类状态第9页，讲稿共28张，创作于星期二振幅平衡条件振幅平衡条件：相位平衡条件：相位平衡条件：（n=0,1,2）2、平衡条件的另一种表示形式、平衡条件的另一种表示形式 由于电路中有源器件、寄生参量及阻隔元件的影响，由于电路中有源器件、寄生参量及阻隔元件的影响，为了使电路工作在相位平，为了使电路工作在相位平衡状态，需衡状态，需 ，因此振荡器的频率并不等于回路的谐振频率。回路处于微小失谐状态。，因此振荡器的频率并不等于回路的谐振频率。回路处于微小失谐状态。为简化问题

8、，通常都近似地认为振荡频率就等于回路的谐振频率为简化问题，通常都近似地认为振荡频率就等于回路的谐振频率 晶体管晶体管 反馈网络反馈网络LC选频网络选频网络uiic1uc1uf第10页，讲稿共28张，创作于星期二3.振荡平衡的稳定条件振荡平衡的稳定条件（1）稳定平衡定义：）稳定平衡定义：指某一外因的变化使振荡的指某一外因的变化使振荡的原平衡条件遭到破坏，振荡器能在新的条件下建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，电路能自动返回原立新的平衡。当外因去掉后，电路能自动返回原平衡状态。平衡状态。包括：包括：振幅稳定条件振幅稳定条件和和相位稳定条件相位稳定条件 上面所讨论的

9、振荡平衡条件只能说明振荡能在某一状态平衡，但还不上面所讨论的振荡平衡条件只能说明振荡能在某一状态平衡，但还不能说明这种平衡状态是否稳定。平衡状态只是建立振荡的必要条件，但还能说明这种平衡状态是否稳定。平衡状态只是建立振荡的必要条件，但还不是充分条件。已建立的振荡能否维持，还必须看平衡状态是否稳定。不是充分条件。已建立的振荡能否维持，还必须看平衡状态是否稳定。第11页，讲稿共28张，创作于星期二1)振幅平衡的稳定条件振幅平衡的稳定条件UcA0AUcQ2UcQ1UcQQQ2Q11/F假设电路在假设电路在Q点达到平衡态，即点达到平衡态，即AF=1。Uc(n+1)=AFUc(n)如果由于某种因素使振幅

10、增大超过如果由于某种因素使振幅增大超过UcQ，达到了，达到了Q1点，则此时出现点，则此时出现AF1，于是振幅就自动增强，从而又，于是振幅就自动增强，从而又回到回到UcQ。因此。因此Q点是稳定平衡点。点是稳定平衡点。振荡特性振荡特性反馈特性反馈特性第12页，讲稿共28张，创作于星期二如果晶体管的静态工作点取得太低，而且如果晶体管的静态工作点取得太低，而且反馈系数反馈系数F又较小时，可能会出现另外一种振又较小时，可能会出现另外一种振荡形式。这时荡形式。这时A=f(Uc)的变化曲线不是单调的变化曲线不是单调下降的，而是先随下降的，而是先随Uc的增大而上升，达的增大而上升，达到最大值后，又随到最大值后

11、，又随Uc的增大而下降。因此，的增大而下降。因此，它与它与1/F线可能出现两个交点线可能出现两个交点B与与Q。这两个。这两个点都是平衡点。点都是平衡点。UcA0A1/FQ1BQB点的平衡态是不稳定的。当点的平衡态是不稳定的。当Uc0第14页，讲稿共28张，创作于星期二为了保持振荡器相位平衡点稳定，振荡器本身应该具有恢复相位平衡为了保持振荡器相位平衡点稳定，振荡器本身应该具有恢复相位平衡的能力。即，在振荡频率发生变化的同时，振荡电路中能够产生一个的能力。即，在振荡频率发生变化的同时，振荡电路中能够产生一个新的相位变化，以抵消由外因引起的新的相位变化，以抵消由外因引起的变化，因而这两者的符号应变化

12、，因而这两者的符号应该相反，即相位稳定条件应为该相反，即相位稳定条件应为/0。写成偏微分形式，即写成偏微分形式，即 Y为为ic1与基极输入电压与基极输入电压ui的相角；的相角；Z为为LC谐振回路基波谐振阻抗谐振回路基波谐振阻抗的相角。的相角。第15页，讲稿共28张，创作于星期二相位稳定条件：相位稳定条件：c cc c0 0 YFYF YFYF z z YFYF振荡器的相位稳定的条件说明只有谐振回路的相频特性曲线振荡器的相位稳定的条件说明只有谐振回路的相频特性曲线 Z=f()在工作频率附近具有负的斜率，才能满足频率稳定条件。事实上，在工作频率附近具有负的斜率，才能满足频率稳定条件。事实上，并联谐

13、振回路的相频特性正好具有负的斜率。因而并联谐振回路的相频特性正好具有负的斜率。因而LC并联谐振回路并联谐振回路不但是决定振荡频率的主要角色，而且是稳定振荡频率的机构。不但是决定振荡频率的主要角色，而且是稳定振荡频率的机构。纵坐标也表示与纵坐标也表示与 Z等值异号的等值异号的 YF相角相角如如 FY增大到增大到 FY，即产生了一个增量，即产生了一个增量 FY，从而破，从而破坏原来工作频率坏原来工作频率 c的平衡条件。这种不平衡促的平衡条件。这种不平衡促使使 c升高。由于频率升高，使谐振回路产生负升高。由于频率升高，使谐振回路产生负的相角增量的相角增量 Z。当。当 Z=FY时，相位重新时，相位重新

14、满足满足 =2n，振荡器在，振荡器在 c的频率上再一次达到平的频率上再一次达到平衡。但新的平衡点偏离原平衡点衡。但新的平衡点偏离原平衡点 =c c。Q越大越大 越小。越小。第16页，讲稿共28张，创作于星期二4.振荡电路分析实例振荡电路分析实例VTRb1Rb2ReCeCL1LfECCbM主网络主网络反馈网络反馈网络+ui-ic-uo+uf-uiuoA1/F可见起振初期是一个增幅的振荡过程可见起振初期是一个增幅的振荡过程 第17页，讲稿共28张，创作于星期二总结总结:起振条件起振条件平衡条件平衡条件平衡的稳定条件平衡的稳定条件第18页，讲稿共28张，创作于星期二4.3 反馈型反馈型LC振荡器振荡

15、器 电源电源有源器件有源器件 选频网络选频网络反馈网络反馈网络第19页，讲稿共28张，创作于星期二0.相关背景知识相关背景知识输入输出相位共射bc负共基ec正共集be正互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈的，互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈的，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，使之满足振幅起振条件很重要。，使之满足振幅起振条件很重要。互感耦合振荡器有三种形式：调基电路、调集电路和调互感耦合振荡器有三种形式：调基电路、调集电路和调发电路，这是根据振荡回路是在基极、集电极和发射极发电路，这是根据振荡回路是

16、在基极、集电极和发射极来区分的。来区分的。第20页，讲稿共28张，创作于星期二1.互感耦合振荡电路互感耦合振荡电路利用利用L1和和L2之间的互感来实现正之间的互感来实现正反馈，适用于短波段以下反馈，适用于短波段以下。优点：互感耦合振荡电路在调优点：互感耦合振荡电路在调整反馈（改变整反馈（改变M）时，基本不）时，基本不影响振荡频率影响振荡频率判断是否可能振荡的方法，以能否满足相位平衡条件，即是否判断是否可能振荡的方法，以能否满足相位平衡条件，即是否构成正反馈为判断准则。构成正反馈为判断准则。瞬时极性法瞬时极性法来判断是否为正反馈。来判断是否为正反馈。振荡频率的估算：振荡频率的估算：共基放大电路为

17、同向放大。共基放大电路为同向放大。L1和和L2的的同名端同名端接法决定是否满接法决定是否满足正反馈的要求。足正反馈的要求。共基调集共基调集第21页，讲稿共28张，创作于星期二共射调基共射调基共基调射共基调射注意：注意：1 L1和和L2的同名端接法，从而满足相位平衡条件；的同名端接法，从而满足相位平衡条件；2 由于输入阻抗低，由于输入阻抗低，采用部分接入法，不影响采用部分接入法，不影响Q值；值；3 由于高频时由于高频时L会有分布电容，所以互感会有分布电容，所以互感耦合方式工作频率不宜过高；耦合方式工作频率不宜过高；4 M越大，越易起振。越大，越易起振。其它电路形式其它电路形式+-+-+-第22页

18、，讲稿共28张，创作于星期二三端式三端式LC振荡器振荡器 三端式三端式LC振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在几振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在几MHz到几百到几百MHz的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些，约为些，约为10-310-4量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。三端式三端式LC振荡器有多种形式，主要有：振荡器有多种形式，主要有：电感三端式，又称哈特莱振荡器（电感三端式，又称哈特莱振荡器（Hartley）电容三端式，又称考毕兹振荡器（电容三端式，又称考毕兹振荡器（Copli

19、tts）串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器（串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器（Clapp）并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器（并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器（Selier）LC三端式振荡器组成法则（相位平衡条件的判断准则）三端式振荡器组成法则（相位平衡条件的判断准则）第23页，讲稿共28张，创作于星期二C1C2LLECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc2.电容反馈振荡电路电容反馈振荡电路(Colpitts Oscillators)+uce-+ube -LECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc典型的电容三端式振荡电路。满足典型的电容三端式振荡电路。满足相位平衡条件，只要适当

20、选取相位平衡条件，只要适当选取C1与与C2的比值，并使放大器有足够的放大的比值，并使放大器有足够的放大量，电路就能产生振荡。量，电路就能产生振荡。第24页，讲稿共28张，创作于星期二25=C1+Coe=C+Ceg 0是电感是电感L的内电导的内电导g0折合到折合到ce两端的电导值两端的电导值g 0=p12 g0,其中其中p1=(C 1+C 2)/C 2 bceC2C1LyieRLyoe-Uc+ube-yfeubebecC 2C 1giegLgoeyfeube-Uc+ube-gieg 0Lbec第25页，讲稿共28张，创作于星期二26电压增益电压增益LgiegLyfeubegoe+uf-uce+g

21、 0C 1C 2其中，其中，起振条件起振条件 得得C 2C 1giegLgoeyfeube-Uc+ube-gieg 0第26页，讲稿共28张，创作于星期二总结：总结：（1）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（2）晶体管一旦选定）晶体管一旦选定(参数参数 一定一定)可以改变可以改变F和和 来保证起振。来保证起振。F一般选取一般选取0.1-0.5。即适当选择。即适当选择C1和和C2的值的值（3）由于晶体管输入电导的影响，）由于晶体管输入电导的影响，F并不是越大越容易起振。并不是越大越容易起振。（5）振荡频率的估算）振荡频率的估算其中其中：LgiegLyfeubegoe+uf-uce+g 0C 1C 2第27页，讲稿共28张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第28页，讲稿共28张，创作于星期二