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1、电子电路竞赛讲座,振荡器专题,振荡器:无须外加信号控制,本身能将直流电能转换为指定频率和波形的电信号的装置。,振荡器分类:,分为正弦振荡器 和非正弦振荡器,一、按振荡波形分:,分为高频振荡器 和低频振荡器,二、按频率分:,三、按振荡原理分:,分为反馈型振荡器和负阻型振器,分为LC振荡器和RC振荡器,四、按选频回路分:,振 荡 器 概 述,实例:1.在无线通信的发送、接收系统中扮演角色。 2.电子测试仪器,(如:信号发生器、电子琴),举例说明振荡器的应用?,一、谐振回路的自由振荡:,1)当K闭合时:i(t)向谐振回路充电。 2)当K断开时:将发生瞬态过程。,数学描述: 节点电流方程为,衰减系数:
2、,振荡频率:,当0 ,则回路将产生自由振荡。,解上述二阶微分方程得振荡电压为:,第一节 反馈振荡器的基本原理,t,u(t),e-t,此为振幅衰减的正弦波。 衰减速度由决定。,当=0时,则回路产生等幅振荡。,当0 ,则回路将产生自由振荡。,衰减的原因:有损耗电阻的存在。(损耗无法降为零 ) 产生的结果:振荡逐渐消失。,反馈振荡器的基本原理(续),因此正反馈是振荡的必要条件。,-巴克豪森条件(振荡的平衡条件),若AB=1,1-AB=0,Af; 此时反馈放大器成为振荡器。,反馈振荡器的基本原理(续),|AB|=1; 幅值平衡条件 A+B=2n(n=0,1,2);相位平衡条件,三、振荡器的起振过程和起
3、振条件,起振条件:,即AB1,分成幅频、相频后得:,表明补充能量消耗能量,表明是正反聩。,起振条件:振幅条件 相位条件,平衡条件:振幅条件 相位条件,稳定条件:振幅条件 相位条件,|AB|=1 A+B=2n(n=0,1,2),|AB|1 A+B=2n(n=0,1,2),起振 、平衡 、 稳定三个条件缺一不可。,目前分立电路中采用较多的是三点式LC振荡器(可达几十MHz几百MHz )。 本节就典型的三点式振荡器进行分析和讨论。,第二节 三点式LC振荡器,设LC回路由纯电抗元件组成:,回路谐振时呈纯阻性,电抗为零.,即: Xbc+Xce+Xbe=0 即: -Xbc=Xce+Xbe,回路纯阻时(如图
4、),Uf与Uo反相(晶体管的输入、输出) Xbe与Xce必须为同等性质电抗,而Xbc为异性电抗。,一、三点式电路的组成法则,所谓三点式振荡器:指LC回路的三个端点分别接在晶体 管三个极而组成的振荡器。,在三点式电路中,LC回路中与发射极相连的两个电抗元件 (Xbe、Xce)必须为同性质;另一个电抗元件必须为异性质。 即 (1) Xbe和Xce性质相同。 (2) Xbc性质与Xbe和Xce相反。 此为三点式电路的组成法则(三点式振荡器的相位平衡法则),当Xbe、Xce为电容时,称电容三点式振荡器,也称科皮兹 (Colpits)振荡器; 当Xbe、Xce为电感时,称电感三点式振荡器,也称哈特莱(H
5、artley)振荡器。,结论:,二、电容三点式振荡器,电路组成: Lc高频扼流圈,通直隔交提供直流通路; CB隔直通交。使交、直流不致相互短路。 C1、C2、L为LC回路,满足三点式电路的组成法则。,交流通路(如图),满足相位平衡准则,即满足了相位条件; 只要再满足振幅条件,即可正常工作。,可求出振荡频率:,可求出起振条件:,起振条件可改写为,电感三点式振荡器电路,三、电感三点式振荡器,电路和交流通路如图,交流通路,四、改进型电容三点式电路,问题:电容三点比电感三点性能好,但如何减小Cie、Coe对频稳度影响仍是需解决的问题。,在colpitts电路基础上在L支路上串联C3,满足C3C1、C2
6、。 又称串联改进型电容三点式振荡器。,基本思想:设法实现管、路分离,以甩掉Coe、Cie的影响。,所以其振荡频率,与C1、C2无关。,1电路(如图):,(一)克拉泼振荡器,可求出起振条件:,由于上述缺点,只适于频率不太高,频率覆盖系数要求不高的场合。,结论:,问题:当 f 要求很低(几十KHz以下)时,若采用LC振荡器,此时L、C要求很大,体积必然很大,成本也昂贵; 解决办法:为解决上述问题常采用RC振荡器来产生低频信号。 它是以RC构成选频回路,其0=1/RC。,它由RC选频回路和放大器构成。首先讨论RC选频回路的传输特性。,RC选频回路如右图:,Z1,Z2,RC振荡器分两类:移相式,桥式(
7、最为常用)。,一、桥式RC振荡器原理,第三节 RC振荡器,当=0时,|B|=1/3最大,B=0满足平衡条件; 只要A3即可起振。,/2,-/2,B,0,0,|B|,1/3,依此作出其波特图如图:,幅值:,相位:,将RC选频回路与放大器相连接,就构成RC桥式振荡器。,RC回路构成具有正反馈的选频回路。,R1(t) R2构成具有负反馈的支路;其中R1(t) 为具有负温度系数的热敏电阻。,闭环增益,当起振时,应满足|AfB|1,uo,优点: (1)波形失真小(运放本身工作在线性状态,且加有深度 负反馈),其非线性失真很小,可达0.10.01%。,缺点:振荡频率很低,频稳度不高(10-2到10-3),(2)频率复盖系数大,(3)振幅在全频内基本不随 f 而变(有深负反馈),二、RC振荡器(文氏振荡器)元件选择,1 RC振荡器元器件选择计算,(1)振荡器参数的计算,(2)运放参数的选择 主要是增益带宽积的选择,根据起振条件得,R12R2,f0=1/(2RC),od3fo,(3)稳幅电路的选择 利用元件的非线性自动实现,如R1可并联二极管来实现,三、RC振荡器的设计实例,1 设计任务 设计一个振荡频率fo =1000Hz的RC振荡器(文氏振荡器)。 2 要求 输出电压的峰值为4V,波形失真系数为0.1%0.2% 3 参考电路如图所示,