高频电子第五章-正弦波振荡器课件.ppt

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1、第五章 正弦波振荡器 本章主要讨论的内容：n 正弦波振荡器的起振条件和平衡条件。n 反馈式正弦波振荡器的振荡原理和典型电路分析。（LC 振荡器：电容三点式，电感三点式，电容三点式改进型振荡器）n 振荡器的稳定度及提高稳定度的措施。n 石英晶体振荡器。（高精确度，高稳定度振荡器）5 1 概述n 一、振荡器的定义：振荡器是在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率、一定波形和一定振幅的交变信号输出的装置。二、与放大器的异同点：相同：都是能量转换装置不同：放大器：需外加激励信号 振荡器：不需外加激励信号 5 1 概述n 三、应用：n 四、分类：根据产生波形的不同，可分

2、为：正弦波振荡器非正弦波振荡器（三角波，方波，锯齿波）根据采用的分析法和振荡器的特性，可分为：反馈式振荡器负阻式振荡器五、常用正弦波振荡器的分类n RC 振荡器n LC 振荡器n 石英晶体振荡器六、振荡电路的主要技术指标n 振荡频率n 频率稳定度n 振荡幅度n 振荡波形的频谱纯度 5 2 反馈式振荡器 n 组成：振荡回路：包含两个或以上的储能元件直流电源：补充由振荡回路电阻产生的能量损耗控制设备：控制能量转换的有源器件、具有正反馈作用的选频网络如LC 回路，RC 网络等n 5.2.1 反馈式振荡器的基本原理5.2.2 振荡器的平衡与稳定条件n 1、起振过程和起振条件幅度条件：（5.2.5）相位

3、条件：n 2、平衡过程和平衡条件：振荡器的平衡状态进入等幅振荡状态。选饱和特性还是截止特性限幅的考虑维持振荡器的振幅平衡条件：维持振荡器的相位平衡条件：3、平衡状态的稳定条件 n 稳定平衡状态：n 不稳定平衡状态：n 1）.振幅平衡的稳定条件n 说明放大器的增益A 必须与Ui变化趋势相反。2）、相位稳定条件 n 影响相位稳定的因素：电源波动，温度变化 n 相位平衡稳定条件：n 说明要保证相位稳定必须有一个相频特性为负（负斜率）的网络。（LC 并联网络正好具有此特性）5.3 振荡器的分析方法n 瞬态分析法n 稳态分析法5.4 RC 正弦波振荡器n 5.4.1 RC 串并联网络振荡电路：文式桥振荡

4、器相位条件：振幅起振条件：Au 3振幅平衡条件：Au=3振荡频率：5.4.2 移相式振荡电路n 组成：n 优点：n 缺点：5.4.3 双T 选频网络振荡电路n 组成：n 优点：n 缺点：5.5 互感耦合振荡器n 5.5.1 单管互感耦合振荡器：n 1、分类：n 特点：n a.共 发：功 率 增 益 高，输 入 阻 抗 高，但 截 止 频 率 较低。n b.和c.共 基：功 率 增 益 小，输 入 阻 抗 低，难 于 起 振，但截止频率高，工作较稳定。n 2、反馈网络是否正反馈的判断相位判据：n“切环注入法”n 3、振荡条件：n 集电极调谐型互感振荡器分析 集电极调谐型互感振荡器分析 集电极调谐

5、型互感振荡器分析n 相位保证：同名端的正确接法 n 起振条件和振荡频率：n 起振条件：（5.5.7）n(跨导：总电导：耦合度：M)n（5.5.7）式结论：n（1）只有 满足（5.5.7）式才起振。n（2）M 越大越易起振。n（3）对起振有利。n 振荡频率：（5.5.6）集电极调谐型互感振荡器分析n 结论：n（1）、不仅决定于LC，也受 r 和n 的影响。n（2）、略高于，r 越小，与 越接近。n（3）、fo受 变化影响。互感耦合振荡器的特点和适用性：n 变压器分布电容限制了振荡频率的提高，宜工作在频率不太高的中、短波段本机振荡。5.5.2 差分对管互感耦合振荡器 n 1、电路：图5.18n 2

6、、元件介绍n 3、优点：5.6 LC 正弦波振荡器 n LC 正弦波振荡器：n 采 用LC 谐 振 回 路 作 为 相 移 网 络 的 反 馈 振 荡 器 称为LC 正弦波振荡器。n LC 振荡器的分类：1.变压器耦合式2.差分对管式3.三点式（电感三点式、电容三点式及它的改进型）本节讨论要点：1.LC 正弦波振荡器的构成原则。2.电感三点式和电容三点式振荡器的特点。3.改进型电容三点式振荡器克拉波振荡器和西勒振荡器。三点式振荡器 n 1、何谓三点式振荡器n 2、三点式振荡器的基本类型和它的一般电路：5.6.1 三点式振荡器的组成原则（相位判据）n LC 回路谐振时满足：n 反馈系数：结论：三

7、点式电路的正确构成如图：5.6.2 电容三点式振荡器考毕兹振荡器 1.电容三点式振荡器n 元件的作用 2、振荡条件和振荡频率 n 根据等效电路和前面已学知识可列出电路方程（过程略）n 令其虚部等于0，得振荡频率为：n 其中：n 令其实部等于0，并近似认为n 可求得其振幅平衡条件为：n n 用微变参数代替平均参数、起振条件为：n n 反馈系数F 为：n 3、反馈电容C2 大小对起振的影响 n 1）说 明F 只 有 在 某 些 范围内才满足起振条件。n 2）当 较小，（Ri较大）此情况：n 3）当 较大（Ri较小），n 4）通常取n 若考虑电阻r 损耗：gm要求将会增大n 5.6.3 电感三点式振

8、荡器哈特莱振荡器 电感三点式振荡器及其作用：n 元件作用：2、交流等效电路：3、振荡条件与振荡频率：n 说明：n n n 通常选取：n 所以 n n 振幅平衡条件：n 起振条件：n 反馈系数：n n 起振条件可写成：n 5.6.4 电容三点式和电感三点式振荡器的比较（优缺点）n 电容三点式 电感三点式n 1、（C1/C2）n 2、XL=L,XL 对高次谐波可滤 不能滤去高次谐波，除，波形失真小，接近正弦波 输出波形较差（失真大）Ci+Co并入LC 回路：Ci+Co对回路特性影响但回路C1 和C2 较大，Ci+C 0 较大（因回路L 大C 小）影响较小 工作频率高 工作频率低n 调整频率困难 易

9、起振频率调节方便。5.6.5 改进型电容反馈三点式振荡器 n Cie和Coe对振荡频率的影响n 减小Cie和Coe对回路的影响可在L 串一电容C3变成克拉波振荡器 一、串联改进型电容三点式振荡器克拉波振荡器 a)克拉波振荡器 b)交流等效电路2、性能分析：n C3的作用：n a)决定振荡频率 n b)减小Cie和Coe对振荡频率的影响 C1和C3大小对起振和振幅的影响 n 接入系数：n gP折合到ce 回路Gln 起振条件：n 基本放大器增益：讨论：电路参数变化对振荡器特性的影响 n 1、n 2、n 这 说 明，要 使 振 荡 稳 定 和 幅 度 均 匀，不 允许 变化太大，即说明振荡覆盖不宽

10、。n 3、克拉波振荡器存在的问题和解决的方法 n 问题：n 解决方法西勒振荡器 二、并联改进型电容三点式振荡器西勒（Seiler）振荡器 n 1、电路特点：2、性能分析n 振荡频率：n 调节C4可调f0n 起振条件：n n 分析 n a)Pce与C4无关，改变C4不影响Pce和gL。n b)n Kd1.61.8，且幅度均匀 5.6.6 几种三点式振荡器的性能比较n 考毕兹n 哈特莱n 克拉波n 西勒5.7 振荡器的频率稳定度 n 本节要点：n 频率稳定度的含义n 影响频率稳定度的主要因素n 提高频率稳定度的措施一、频率准确度n 准确度和稳定度的重要性n 1、定义n 2、分类及表征：n f 准确

11、度：绝对准确度n 相对准确度二、频率稳定度 n 1、定义n 2、分类及表征：n f 稳定度：绝对稳定度n 相对稳定度 5.7.2 频率稳定度分析n 一、影响频率不稳定的因素：n LC 回路参数的不稳定n 晶体管参数的不稳定n 二、定性分析：提高频率稳定度的一般规律n 要 小 n a)设法减小 n b)设 法 使Y，Z，F 不 完 全 同 号，相 互 低偿一部分n c)提高回路Q 值，以得较大的电路参量变化对振荡频率稳定度影响的定量关系 结论：要提高回路的频率稳定度 a)要提高回路的标准性b)回路Q 值要高c)电路的YF要小5.7.3 提高频率稳定度的措施：n 1、减小外界因素变化的措施：P16

12、9(1)（7）n 2、提高电路抗外界因素影响的能力：P169 P172 1）（1）（4）2）（1）（2）5.8 石英晶体振荡器石英晶体振荡器的特点：高准确度，高稳定度（一般105106，最高1091011），点频工作。5.8.1石英谐振器的性能和等效电路n 石英晶片的固有机械振动频率与晶片的几何尺寸和结构有关。n 石英晶片的正压电效应与逆压电效应n 正压电效应：振动力交变电荷量n 逆压电效应：交变电压交变机械振动n 谐振：外加交变电压的频率等于晶体固有机械振动频率时，晶片的机械振动最大，晶片两片的电荷量最多，在外电路中交流电流最大，使产生了谐振。石英谐振器的符号及等效电路 n（1）n n Lq

13、 很大，Cq 很小，Qq 很大，几万至几百万n（2）接入系数P 很小104103（3）串联谐振频率和并联谐振频率串联：(5.8 1)并联：(5.8 2)电抗特性 石英谐振器的电抗频率特性曲线 讨论：n a)感性区曲线斜率大，利于稳频。n 设外因使n 振荡器应用感性区特性。n b)容性区不宜用原因：n 1、容性区曲线变化缓慢，不利于稳频n 2、如 晶 体 弄 坏，仍 呈C0无 法 判 定 晶 体 是否起作用。5.8.2 石英晶体振荡器 n 分类：以石英谐振区在谐振器中的作用分：n 并 联 型 晶 体 振 荡 器：石 英 振 荡 器 在 回 路 作 为 等 效电感元件（高Q,L）皮尔斯，密勒。n

14、并联泛音振荡器（图5.88）n 串 联 谐 振 型 振 荡 器：石 英 振 荡 器 在 回 路 作 为 串 联谐振元件（选频纲络）n 串联晶体振荡器（图5.818）一、并联型晶体振荡器 n 1、皮尔斯振荡器 元件作用JT 接法和作用：JT 接BG 的C 与B，又称CB 振荡器属电容三点式，JT 起电感作用，uf 由C1 和C2 分压而得 石英谐振参数说明 n 1）负载电容CL 并联在石英谐振器两端的电容（H：CL=30pF L：CL=100pF）(厂家给定)n 2）fq,fp,fN的含义：n n fN考虑CL后晶体振动器的标称频率 n 3）微调电容石英晶体振动器频率稳定的原因分析 n 振荡器频

15、率：石英晶体谐振器频率稳定度高原因分析 n a)晶体回路的标准性高，非常稳定，n，CL变化对影响很小。n b)振 荡 回 路 与 晶 体 管 之 间 的 耦 合 很 弱，Pcb103104，外 电 路 参 数 不 稳 定，对 石英谐振器的等效参数影响极微。n c)石英谐振器具极其灵敏的电抗补偿能力。2、并联型泛音晶体振荡器 A.a)泛 音 晶 体 振 荡 器 的 特 点：振 荡 器 工 作 在晶体的泛音频率上。n b)要 点：振 荡 回 路 的C1 换 成L1 C1，要 调谐在n次泛音频率上。n c)泛音晶体振荡器电路及其分析：二、串联型晶体振荡器 n 基本电路与等效电路：本章小结：F 反 馈

16、 式 正 弦 波 振 荡 器 主 要 由 放 大 器、反 馈 网 络、选 频 网 络和稳幅环节组成。有LC、RC 和晶体振荡器。F 振 荡 器 必 须 满 足 振 荡 的 平 衡 条 件 和 起 振 条 件 及 平 衡 稳 定 条件。F LC 振 荡 器 分 为 变 压 器 反 馈 式、电 容 三 点 式 和 电 感 三 点 式。常见的有克拉泼振荡器和西勒振荡器等。F 石 英 晶 体 振 荡 器 频 率 稳 定 性 高。石 英 晶 体 振 荡 器 有 串 联 型和并联型两种。F RC 振 荡 器 的 振 荡 频 率 较 低。常 用 的RC 振 荡 器 是 文 氏 电 桥振 荡 器，其 振 荡 频 率f01（2RC），只 取 决 于R、C的数值。