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1、正弦波振荡器,知识结构：,7.1 概述 7.2 LCR回路中的瞬变现象 7.3 LC振荡器的基本原理 7.4 由正反馈的观点来决定振荡的条件 7.5 振荡器的平衡与稳定条件 7.6 反馈型LC振荡器线路 7.7 振荡器的频率稳定问题 7.8 石英晶体振荡器 7.9 负阻振荡器 7.10 几种特殊振荡现象,学习目标：,掌握振荡器的工作原理 掌握振荡器的平衡与稳定条件 掌握LC振荡器三端电路的组成法则 熟悉频率稳定的意义，了解稳频的方法 熟悉石英晶体振荡器的优点和电路类型 了解负阻振荡器 了解几种特殊的振荡现象,7.1 概述,7.1.1、振荡器的定义 7.1.2、振荡器的功能 7.1.3、振荡器的
2、分类 7.1.4、振荡器的主要技术指标,7.1.1、振荡器的定义：不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。火花发射机、电弧发生器电子管、晶体管等与L、C、R回路组成的振荡器。,优点：1）将直流电能转换成交流电能，而本身静止不动2）产生的是等幅振荡3）使用方便，灵活性大,功率： mWkW 频率：低频高频,思考：振荡器和功放的异同点。同：都是将直流电能转换成交流电能。异：振荡器是自动的，不需外加激励的控制；功放是被动的，需输入信号的控制。,7.1.2、振荡器的功能,1作信号源,载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机；正弦波信号源：电子测量仪器；时钟信号：数字系统。,要求：振荡频率
3、和振幅的准确性和稳定性。,2正弦交变能源,用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。,要求：功率足够大，高效。,7.1.3、振荡器的分类1）按输出波形分：正弦波振荡器非正弦波振荡器2）按工作原理分：反馈式振荡器负阻式振荡器3）按选频网络的组成分：LC振荡器、RC振荡器、晶体振荡器4）按振荡频率分：高频振荡器低频振荡器,7.1. 4、振荡器的主要技术指标振荡频率频率稳定度振荡幅度振荡波形,7.2 LCR回路中的瞬变现象,由基尔霍夫定律得：,（7.2.1）,LCR自由振荡电路,回路的衰减系数,回路的固有角频率,解方程： 初始条件：t0时，i0，,负号说明放电电流的方向正好和充电时相反。,（
4、7.2.2）,（7.2.2）,讨论：,1） ，式（7.2.2）可以写成,电流随时间变化的曲线如右图所示，可知，不能产生振荡。此种情况称为过阻尼，也就是说R太大，无法产生振荡。,（7.2.2）,讨论：,电流随时间变化的曲线如右图所示，可知，仍然不能产生振荡。此种情况称为临界阻尼，也就是说R再小一点，即可产生振荡。,2） ，式（7.2.2）可以写成,（7.2.2）,讨论：,此时回路电流做周期性变化，产生了自由振荡。,3） ，此时 成为虚数，可令，则式（7.2.2）可以写成,振荡频率：,等幅持续振荡的条件, 刚通电时，须经历一段振荡电压从无到有逐步增长的过程。, 进入平衡状态时，振荡电压的振幅和频率
5、要能维持在相应的平衡值上。, 当外界条件不稳时，振幅和频率仍应稳定，而不会产生突变或停止振荡。,振荡器需满足的三个条件：, 起振条件接通电源后可从无到有建立起振荡。, 平衡条件进入平衡状态后可输出等幅持续振荡。,稳定条件平衡状态不因外界不稳定因素的影响而受到破坏。,7.3 LC振荡器的基本工作原理,7.3.1、振荡器的必备条件 7.3.2、互感耦合调集振荡器的工作原理,7.3.1、振荡器的必备条件：1）振荡的建立与起振条件要有一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。2）振荡的平衡条件一个能量来源，补充振荡回路电阻耗能3）振荡平衡状态的稳定条件一个控制设备，保证在正确的时刻对电路补充能量,
6、7.3.2、互感耦合调集振荡器的工作原理,Rb1 、Rb2 ： 基极偏置电阻； Re射级偏置电阻；Cb：旁路电容；Ce：隔直电容,问题一：互感的同名端分别接至哪里？,为了完成正反馈,射极和集电极,问题二：此电路为共基极？共射极？还是共集电极？,共基极,LC既是振荡回路，又与L1和M组成晶体管的正反馈回路，完成控制作用。,由图可得：,由上列方程组，消去i、iC 、ie 、vC ，可得：,其中：,以上两式进行比较，所以等幅振荡（=0）时 ：,振荡条件为：,振荡角频率为：,当r很小时,M和hfb越大，越容易起振（ VomB ，则 A 随之增大，导致 Vom进一步增大，从而更远离平衡点 B。最后到达平
7、衡点 Q。,可见，这种振荡器不满足振幅起振条件，必须加大电冲击，产生大于VomB 的起始扰动电压，才能进入平衡点 Q，产生持续等幅振荡。,这种要预先加上一个一定幅度的信号才能起振的现象，称为硬自激。应当避免。,2环路增益存在两个平衡点的情况,3振幅稳定条件,由以上讨论可见，要使平衡点稳定，A 必须在 VomQ 附近具有随 Vom 增大而下降(负斜率变化)的特性，即,斜率越陡，则 因Vom 的变化而产生的 A 变化越大，系统回到稳态的时间越短，调节能力越强。,三、相位(频率)稳定条件,不稳定因素同样也会破坏相位平衡条件。如电源电压的波动或工作点的变化会使晶体管正向传输导纳的相角发生变化，相角的变
8、化必然引起频率的变化。相位稳定条件等同于频率稳定条件。,或,由外因引起的相位变化与频率的关系：相位超前， 频率升高；相位滞后，频率降低。频率随相位的变化关系是：,为了保持振荡器相位平衡点稳定，必须在频率变化时产生相反方向的相位变化，以补偿外因引起的相位变化。因此，相位平衡的稳定条件是：,或,当,时,简化成,并联谐振回路的相频特性,思考：为了减小振荡频率的变化，应该采取什么样的措施？,（1）尽量减小YF，即减小Y和F对外界影响的敏感性。 （2）提高振荡回路相频特性曲线的斜率绝对值，即提高回路的品质因数Q。 （3）尽可能的使YF=0，也有利于振荡频率的稳定。,7.6 反馈型LC振荡器线路,按照反馈
9、耦合元件可分为：互感耦合振荡器电感反馈式振荡器电容反馈式振荡器,三端式振荡器,7.6.1 互感耦合振荡器,通过线圈之间的互感耦合实现正反馈。所以要特别注意耦合线圈同名端位置的放置，如果同名端接反了，则变成了负耦合。通过调整互感系数M可以使电路具备起振条件。,根据振荡回路在集电极回路、基极回路和发射极回路来分，互感耦合振荡器可分为三种形式：,调集电路 调基电路 调发电路,互感耦合调集振荡器,高频输出稳定，幅度较大，谐波分量较小。,互感耦合调基、调发电路,振荡频带较宽，振幅比较平稳。,晶体管与振荡回路做部分耦合（基极与发射极之间的输入阻抗较低，为避免影响Q值）,缺点：由于分布电容的存在，在频率较高
10、时，难于作出稳定性较高的变压器。,互感耦合振荡器优缺点：,优点：在调整反馈（改变M ）时，基本上不影响振荡频率,因此他们的工作频率不易过高，一般应用于中、短波波段。,三端式振荡器,7.6.2 电感反馈式三端振荡器哈特莱振荡器 7.6.3 电容反馈式三端振荡器考毕兹振荡器,三端式LC振荡器是经常采用的一类振荡电路，其工作频率在几MHz到几百MHz，频率稳定度也比耦合振荡电路要高，约为 量级。,许多变形的三端式LC振荡电路，X1、X2和X3往往不是单一的电抗元件，而是可以由不同符号的电抗元件组成。但是，多个不同符号的电抗元件构成的复杂电路在频率一定时，可以等效为一个电感或电容。根据等效电抗是否具备
11、上述三端式LC振荡器电路相位平衡判断原则的条件，便可判明该电路是否起振。,7.6.2 电感反馈式三端振荡器（哈特莱振荡器）,(1)电路,(2)组成,RB1、RB2 和 RE ：分压式偏置电阻； CC、CB、CE ：旁路和隔直流电容；RC ：集电极直流负载电阻； RL ：输出负载电阻 ； C、L1、L2 ：并联谐振回路。,电感的三个端点分别和晶体管的三个电极相接,可变增益器件：晶体管 T；相移网络：并谐；发射极：为两同性质感性电抗；集-基：容性电抗。,4）电感反馈振荡电路的优缺点： 优点：由于L1和L2之间存在互感M，容易起振改变回路电容来调整频率时，基本不影响电路的反馈系数，比较方便。 缺点：感性支路对高次谐波呈现高阻抗，反馈较强，失真较大，振荡波形不够好。工作频率高时，L1、L2的分布电容和晶体管的极间电容均并联在L1、L2两端，导致反馈系数随频率变化而变化，尽量不用于甚高频段。,7.6.3 电容反馈式三端振荡器（考毕兹振荡器）,(1)电路,电容三端式振器电路,
