正弦波振荡器学习课件
第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 反馈式振荡器的基本工作原理反馈式振荡器的基本工作原理4.3 4.3 LCLC正弦振荡电路正弦振荡电路 4.3.14.3.1互感反馈振荡器互感反馈振荡器 4.3.2 4.3.2 三点式振荡电路三点式振荡电路 4.3.3 4.3.3 改进型电容三点式振荡电路改进型电容三点式振荡电路4.4 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器补充补充 RCRC振荡器振荡器本章小结本章小结高频电子线路高频电子线路第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.1 概述概述一、振荡器与放大器的区别一、振荡器与放大器的区别w放大器：对外加的激励信号进行不失真的放大器：对外加的激励信号进行不失真的放大。放大。w振荡器：不需外加激励信号，靠电路本身振荡器：不需外加激励信号，靠电路本身产生具有一定频率、波形和幅度的交流信产生具有一定频率、波形和幅度的交流信号。号。二、振荡器的分类二、振荡器的分类 按振荡原理分按振荡原理分 反馈式振荡器：反馈式振荡器：依靠外加正反馈而得到依靠外加正反馈而得到的自激振荡。的自激振荡。RC低频振荡器低频振荡器 LC高频振荡器高频振荡器 负阻式振荡器负阻式振荡器二、振荡器的分类二、振荡器的分类 按振荡的波形分按振荡的波形分 正弦波振荡器正弦波振荡器 非正弦波振荡器非正弦波振荡器三、本章主要内容三、本章主要内容w反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理w对基本振荡器电路以及几种典型振荡电路对基本振荡器电路以及几种典型振荡电路进行分析进行分析高频电子线路高频电子线路第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.2 反馈式振荡器的基本工作原理反馈式振荡器的基本工作原理一、从调谐放大到自激振荡一、从调谐放大到自激振荡 调谐放大器分析调谐放大器分析 反馈式振荡器可以看成是由调谐放大器反馈式振荡器可以看成是由调谐放大器演变而来。演变而来。二、反馈式振荡器的组成二、反馈式振荡器的组成w反馈振荡器的基本原理就是利用正反馈方反馈振荡器的基本原理就是利用正反馈方法来获得等幅的正弦振荡。法来获得等幅的正弦振荡。w反馈振荡器是由主网络和反馈网络组成的反馈振荡器是由主网络和反馈网络组成的一个闭合环路。一个闭合环路。二、反馈式振荡器的组成二、反馈式振荡器的组成二、反馈式振荡器的组成二、反馈式振荡器的组成w主网络一般由放大器和选频网络组成（可主网络一般由放大器和选频网络组成（可以看成为一个调谐放大器），反馈网络一以看成为一个调谐放大器），反馈网络一般由无源器件组成。般由无源器件组成。二、反馈式振荡器的组成二、反馈式振荡器的组成三、自激振荡的平衡条件三、自激振荡的平衡条件 相位平衡条件相位平衡条件 UF和和Ui同同相，即相，即=2n 振幅平衡条件振幅平衡条件 UF=Ui，即即AuFu=1(即环路增益即环路增益T(jw)=1)四、起振过程和起振条件四、起振过程和起振条件w起振起振过程：在刚接通电源时，电路中存在过程：在刚接通电源时，电路中存在各种电子的扰动，比如接通电源瞬间引起各种电子的扰动，比如接通电源瞬间引起的电流突变，电路中的热噪声等等，这些的电流突变，电路中的热噪声等等，这些扰动均具有很宽的频谱，包含着各种频率扰动均具有很宽的频谱，包含着各种频率分量。由于选频网络是由分量。由于选频网络是由Q值极高的值极高的LC并并联谐振回路组成带宽极窄，这些扰动中只联谐振回路组成带宽极窄，这些扰动中只有角频率为谐振角频率的分量才能通过反有角频率为谐振角频率的分量才能通过反馈产生较大的反馈电压。馈产生较大的反馈电压。四、起振过程和起振条件四、起振过程和起振条件w若反馈电压与输入电压同相且具有更大的若反馈电压与输入电压同相且具有更大的振幅，则经过线性放大和反馈的不断循环，振幅，则经过线性放大和反馈的不断循环，振荡电压振幅就会不断增大。振荡电压振幅就会不断增大。w起起振振条件条件 相位起振条件相位起振条件 UF和和Ui同同相，即相，即=2n 振幅起振条件振幅起振条件 UFUi，即即AuFu1 (即环路增益即环路增益T(jw)1)互感互感反馈振荡电路反馈振荡电路自激自激振荡的建立过程振荡的建立过程自激自激振荡器的平衡过程振荡器的平衡过程w为为便于起振，必须给晶体管加较大的正向便于起振，必须给晶体管加较大的正向偏置，使放大器偏置，使放大器开始时工作在甲类工作状开始时工作在甲类工作状态态，随着振幅的增大随着振幅的增大，放大器由放大区进放大器由放大区进入饱和区或截止区入饱和区或截止区，工作于非线性的丙类工作于非线性的丙类状态状态，其增益逐渐下降。当增益下降到反，其增益逐渐下降。当增益下降到反馈电压等于输入电压时，振幅的增长过程馈电压等于输入电压时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡，进入等幅振荡将停止，振荡器达到平衡，进入等幅振荡状态。状态。五、平衡状态的稳定性和稳定条件五、平衡状态的稳定性和稳定条件 振幅平衡稳定条件振幅平衡稳定条件 振幅平衡稳定条件振幅平衡稳定条件w振幅的稳定条件是振幅的稳定条件是：在平衡点曲线在平衡点曲线Au Ubem斜率为负，即斜率为负，即 dAu/dUbem|Au=（1/Fu）0或或dT(jw)/dU|Ubem=UQ0 相位平衡稳定条件相位平衡稳定条件 相位平衡稳定条件相位平衡稳定条件 相位稳定平衡的条件是：在平衡点，相位稳定平衡的条件是：在平衡点，f曲线的斜率为负，即曲线的斜率为负，即 d/df|f=f00 高频电子线路高频电子线路第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.3 LC正弦振荡电路正弦振荡电路4.3.1互感反馈振荡器互感反馈振荡器一、振荡器的频率稳定度一、振荡器的频率稳定度w反馈振荡器如满足起振、平衡、稳定三个反馈振荡器如满足起振、平衡、稳定三个条件，就能够产生等幅持续的振荡波形。条件，就能够产生等幅持续的振荡波形。当受到不稳定因素影响时，振荡器的相位当受到不稳定因素影响时，振荡器的相位或振荡频率可能发生些微小变化，虽然能或振荡频率可能发生些微小变化，虽然能自动回到平衡状态，但振荡频率在平衡点自动回到平衡状态，但振荡频率在平衡点附近随机变化这一现象却不可避免，为了附近随机变化这一现象却不可避免，为了衡量实际振荡频率相对于标称振荡频率变衡量实际振荡频率相对于标称振荡频率变化的程度，提出了频率稳定度这一性能指化的程度，提出了频率稳定度这一性能指标。标。频率稳定度的定义频率稳定度的定义w振荡器的频率稳定度是指振荡器的频率稳定度是指由于外界条件的由于外界条件的变化，引起振荡频率的变动，且在新的平变化，引起振荡频率的变动，且在新的平衡点又达到稳定平衡时，衡点又达到稳定平衡时，新的频率偏离原新的频率偏离原频率的程度。（绝对稳定度、频率的程度。（绝对稳定度、相对稳定度相对稳定度）w常用的是相对稳定度，用常用的是相对稳定度，用10-n表示表示，n的值的值越大，稳定度越高。越大，稳定度越高。二、互二、互感感反馈振荡器的振荡原理反馈振荡器的振荡原理 基本电路基本电路调集型共射组态调集型共射组态互感反馈振荡器互感反馈振荡器 相位平衡条件相位平衡条件w由互感线圈的同名端来保证，满足正反馈。由互感线圈的同名端来保证，满足正反馈。w判断晶体管工作组态及线圈同名端的方法：判断晶体管工作组态及线圈同名端的方法：LC调谐回路所接端调谐回路所接端输出端输出端 反馈线圈所接端反馈线圈所接端输入端输入端 剩下的端口剩下的端口公共组态公共组态 共共e输出、输入反相输出、输入反相 共共c、共共b输出、输入同相输出、输入同相互感反馈振荡电路的反馈极性互感反馈振荡电路的反馈极性互感反馈振荡电路的反馈极性互感反馈振荡电路的反馈极性互感反馈振荡电路的反馈极性互感反馈振荡电路的反馈极性 起振条件和振荡频率起振条件和振荡频率w起振起振条件条件 Uo=yfe Ui Z0 Z0 为为谐振阻抗谐振阻抗 Au=Uo/Ui=yfe Z0 Fu=jwM（Uo/jwL）/Uo=M/L Au Fu=yfe Z0 M/L1 即要求即要求yfe、Mw振荡频率（估算）振荡频率（估算）fo=1/2LC 三、实用电路举例三、实用电路举例四、互感反馈振荡器优缺点四、互感反馈振荡器优缺点w优点：易起振，输出电压较大，结构简单，优点：易起振，输出电压较大，结构简单，调频方便，且调频时输出电压变化不大，调频方便，且调频时输出电压变化不大，常用于收音机中本振。常用于收音机中本振。w缺点：由于互感耦合元件分布电容的存在，缺点：由于互感耦合元件分布电容的存在，使高频时分布电容影响大，输出波形不好，使高频时分布电容影响大，输出波形不好，频率稳定性差，只适用于较低频段。频率稳定性差，只适用于较低频段。小结小结w振荡器与放大器的区别，振荡器的分类振荡器与放大器的区别，振荡器的分类w反馈式振荡器的组成反馈式振荡器的组成w自激振荡的起振条件、平衡条件和稳定条自激振荡的起振条件、平衡条件和稳定条件件w互感反馈振荡电路相位平衡的判断互感反馈振荡电路相位平衡的判断w互感反馈振荡电路振荡频率的计算互感反馈振荡电路振荡频率的计算高频电子线路高频电子线路 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.3 LC正弦振荡电路正弦振荡电路 4.3.2 三点式振荡电路三点式振荡电路一、电容三点式振荡电路一、电容三点式振荡电路 考毕兹考毕兹(Colpitts)振荡器振荡器w晶体管三个极分别与晶体管三个极分别与LCLC回路的三个点回路的三个点相联接，且反馈元件为电容，故称为相联接，且反馈元件为电容，故称为电容三点式振荡器电容三点式振荡器。1 1。电路组成。电路组成2 2。相位平衡条件。相位平衡条件w关键在于：从关键在于：从c-e看入，由电容看入，由电容C2和电感和电感L组成的支路呈感性。组成的支路呈感性。3 3。起振条件和振荡频率。起振条件和振荡频率w起振条件起振条件 Uo=yfe Ui Z0 Z0 为谐振阻抗为谐振阻抗 Au=Uo/Ui=yfe Z0 Fu=UF/Uo=（1/w C2）IL/（1/wC1）IC =C1/C2 Au Fu=yfe Z0 C1/C21 即即yfe、C1、C2w振荡频率（估算）振荡频率（估算）fo=1/2LC 其中其中C=C1 C2/（C1+C2）4。主要优缺点。主要优缺点w优点：电容作为输出、反馈元件，它对谐优点：电容作为输出、反馈元件，它对谐波呈现的阻抗小，因此输出波形好，振荡波呈现的阻抗小，因此输出波形好，振荡频率高。频率高。w缺点：改变频率不方便，缺点：改变频率不方便，Co、Ci影响频率影响频率稳定度。稳定度。二、电感三点式振荡电路二、电感三点式振荡电路 哈特莱哈特莱(Hartley)振荡器振荡器w晶体管三个极分别与晶体管三个极分别与LCLC回路的三个回路的三个点相联接，且反馈元件为电感，故点相联接，且反馈元件为电感，故称为称为电感三点式振荡器电感三点式振荡器。1。电路组成。电路组成2。相位平衡条件。相位平衡条件w关键在于：从关键在于：从c-e看入，由电容看入，由电容C和电感和电感L2组成的支路呈容性。组成的支路呈容性。3 3。起振条件和振荡频率。起振条件和振荡频率w起振条件起振条件 Uo=yfe Ui Z0 Z0 为谐振阻抗为谐振阻抗 Au=Uo/Ui=yfe Z0 Fu=UF/Uo=（w L2 IC）/（wL1 IL）=L2/L1 Au Fu=yfe Z0 L2/L11 即即yfe、L2、L1w振荡频率（估算）振荡频率（估算）fo=1/2LC 其中其中L=L1+L2 若考虑互感若考虑互感 则则L=L1+L2+2M4。主要优缺点。主要优缺点w优点：易起振、输出电压幅度大，调优点：易起振、输出电压幅度大，调节频率方便（在较宽的频段内）。节频率方便（在较宽的频段内）。w缺点：电感作为输出、反馈元件，输缺点：电感作为输出、反馈元件，输出波形不理想、振荡频率不高。出波形不理想、振荡频率不高。三、三、三点式振荡电路的判别法则三点式振荡电路的判别法则三、三点式振荡电路的判别法则三、三点式振荡电路的判别法则wXce、Xbe电抗性质相同，电抗性质相同，Xcb与它们与它
