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1、第四章 正弦波振荡器,2,3,第四章 正弦波振荡器,第1节 概述 第2节 反馈型LC振荡原理 第3节 反馈型LC振荡器 第4节 振荡器的频率稳定原理 第5节 高稳定度的LC振荡器 第6节 晶体振荡电路,4,振荡器的应用：载波发生器（发射机）本地振荡器（接收机）测量仪器信号源（时间/频率标准）,4.1 概述,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,5,6,教学基本要求,掌握反馈式正弦波振荡器的基本工作原理。 掌握LC振荡器、晶体振荡器的电路组成、工作原理和性能特点。 了解频率稳定度的概念、影响频率稳定度的因素，掌握改善频率稳定度的措施。,7,4.2 反馈型LC振荡原理,8,谐振
2、电压增益,其中，A-电压增益的模，A-放大器引入相移， 即 和 相位差,反馈系数,放大器在一定条件下通过正反馈可以产生自激振荡，由这种原理构成的振荡装置称为反馈型振荡器放大器+反馈网络,复频域分析方法，设,其中， 是 由L1通过互感M耦合到L2上的电压反馈电压,互感耦合LC振荡电路 (注意观察高频小信号放大电路和高频功率放大器电路),有,自激振荡基本条件：必须构成正反馈回路，即反馈到输入端的信号和放大器输入信号相位相同。,4.2 反馈型LC振荡原理,9,振荡器闭合电源后，电路各部分存在各种电扰动接通电源瞬间引起的电流突变或管子和回路中的固有噪声，具有很宽的频谱。 谐振回路选频作用只有接近LC回
3、路谐振频率的分量，才能在谐振回路两端产生较大的电压，通过反馈线圈再加到放大器的输入端。如果该电压与放大器原输入电压同相，则经过放大和反馈的反复循环，振荡电压振幅就会不断增大。这是由于对LC谐振回路的能量补充大于回路本身的能量损失。,10,因此要求反馈到放大器输入端的电压要大于原输入端的电压，要使振荡幅度不断增加必须有： ，则,即：,所以起振的振幅和相位条件分别是:,其中，A0是当电源接通时的电压增益。,的物理意义是振荡为增幅振荡，输出信号经放大和反馈后回到输入端的信号比原输入信号要大，即振荡从弱小电压经过多次反馈后增大。,的物理意义是振荡器闭环相位差为零，即正反馈。,起振过程: 微小的扰动电压
4、经放大 选频 反馈 再放大 再选频 再反馈 如此循环，振荡电压就会增长起来，建立了振荡。,2. 振荡的平衡与平衡条件,(1) 起振后，振荡是否无限增大下去？ （A0F1为增幅振荡）,随着反馈回来的输入振幅的不断增大，谐振放大器的放大特性从线性变为非线性。 这是因为：随着输入振幅，由于晶体管线性区有限，信号增大使工作状态进入非线性区，集电极电流ic从线性不失真到非线性失真。 ic为失真电流时，发射极电流iE也失真，其基波和谐波电流流经旁路电容Ce，直流分量iE0流经Re会产生附加的直流偏置电压iE0 Re，使放大器的直流静态工作点向非线性区偏移，进入非线性区。,A0,A,uBE,ic,12,13
5、,由折线分析法，集电极电流将变成脉冲状，谐振回路输出电压为基波电压 1 =ic1Rp，此时放大器增益:,平衡状态（大信号工作） 平衡后工作在什么状态？,14,当放大器A0和反馈系数F确定之后，振荡器应该平衡到什么状态 ？ 由AF=A0F (c)=1，已知A0F值后，可确定自激振荡器平衡后通角c 2A0F1时,1 (c)0.5, 所以180o c 90o ，平衡后为甲乙类； A0F=2时， (c)=0.5，所以 c = 90o ， 平衡后为乙类； A0F2时， (c)0.5，所以 c 1，满足起振条件平衡时：AF=A0(c)F=1则：(c)=0.625= (1-cos c)1(c)则： c =1
6、01.5o则：平衡时放大器工作在甲乙类状态,16,（2）A0=10，F=0.2时 分析：起振时：A0F=21，满足起振条件平衡时：AF=A0(c)F=1则：(c)=0. 5= (1-cos c) 1(c)则： c =90o则：平衡时放大器工作在乙类状态,（3）A0=20，F=0.2时 分析：起振时：A0F=41，满足起振条件平衡时：AF=A0(c)F=1则：(c)=0. 25= (1-cos c) 1(c)则： c =66.3o则：平衡时放大器工作在丙类状态,17,3. 振荡平衡的稳定条件,稳定平衡定义：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立新的平衡。当外因去掉后
7、，电路能自动返回原平衡状态。,振幅稳定条件: 平衡点附近，振荡特性具有负的斜率,包括：振幅稳定条件和相位稳定条件,18,(1) 振幅稳定条件,起振时电压增益A0，Uc增大，A减小 F仅取决于外电路参数，与Uc无关 Q点满足振幅平衡条件AF=1，为平衡点,放大器电压增益A与电压Uc关系,若有外部干扰使振荡电压输出电压由UcQ增到UcQ1，F不变，则A11/F，即AF1。 A0为小信号放大状态时的电压增益,总结： （1）满足起振条件是选取晶体管的 （2）晶体管一旦选定(参数 一定)可以改变F和 来保证起振。F一般选取0.1-0.5。即适当选择C1和C2的值,34,式中，第一项表示输出电导和负载电导
8、对振荡的影响，F越大越容易振荡；第二项表示输入电导对振荡的影响，gie和F越大，越不容易起振。 可见：考虑到晶体管输入电导对回路的加载作用时，反馈系数F不是越大越容易起振。,（5）振荡频率的估算,如果考虑gie、goe、gL等的影响，实际振荡频率c0，但差值不大，通常用0近似,35,振荡器的振荡频率在忽略gie等的影响时，近似为：,其中：,3. 电感三点式振荡电路(Hartley Oscillators),+ ube -,+ uce -,+ uce -,+ ube -,gL=gL+g0 |yfe|=gm,36,M,（4）振荡频率的估算,其中：,+ ube -,+ uce -,要求 ，忽略 、
9、的影响，可得：,gL=gL+g0 |yfe|=gm,37,注意：（1）电感三点式与电容三点式振荡电路的比较,38,电容三点式： 反馈电压取自电容C2，而电容对高频电流呈现低阻抗，可以滤除反馈电压的高次谐波输出波形好。 极间电容与C1C2并联，频率变化时，阻抗性质不变，相位平衡条件不会被破坏频率高。 改变回路电容时，势必改变反馈系数影响起振和调节。 电感三点式： 反馈电压取自电感L2，对高频成高阻性，不易滤除高次谐波，输出波形不够好。 晶体管极间电容与L1L2并联，当频率高时极间电容影响加大，可能使支路电抗性质改变不能满足相位平衡条件频率低。 L1L2间存在互感M容易起振。 调节回路电容方便改变振荡频率。,
