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1、第4章 正弦波振荡器 (1)反馈振荡器原理及平衡状态的稳定条件,4.1 反馈振荡器的原理 4.1.1 原理分析 4.1.2 平衡条件 4.1.3 起振条件和稳定条件,作业：4-1、4-2,1. 集电极馈电电路,根据直流电源连接方式的不同，集电极馈电电路又分为串联馈电和并联馈电两种。,3.4.1 直流馈电电路,3.4 高频功率放大器的实际电路,管外电路由二部分组成：直流馈电电路和滤波匹配网络,串馈电路 指直流电源VCC、负载回路(匹 配网络)、功率管三者首尾相接的一种直流馈 电电路。C、L为低通滤波电路，A点为高频 地电位，既阻止电源VCC中的高频成分影响放 大器的工作，又避免高频信号在LC负载
2、回路 以外不必要的损耗。C、L的选取原则为1/ C 回路阻抗R1/(50100)L1/ C (50100),(2) 并馈电路 指直流电源VCC、负载回路(匹配网络)、功率管三者为并联连接的一种馈电电路。如图L为高频扼流圈，C1为高频旁路电容，C2为隔直流通高频电容，LC、C1、C2的选取原则与串馈电路基本相同。,(3) 串、并馈直流供电电路的优缺点并馈回路两端均处于直流地电位，即零电位。安装比较方便、安全可靠；缺点是扼流圈分布电容影响大，影响频率稳定性；串联Vcc、L、C均处于高频地电位，分布电容不会影响；缺点是回路处于直流高电位，电容动片不能直接入地，安装调试不方便。,2. 基极馈电电路,基
3、极馈电电路也分串馈和并馈两种。,基极偏置电压Eb可以单独由稳压电源供给，也可以由集电极电源EC分压供给。在功放级输出功率大于1W时，基极偏置常采用自给偏置、固定偏置或零偏置电路。,(a)电路基极零偏， 集电极串馈。输出 匹配电路为型电 路。输入、输出阻 抗为50。 （b）电路采用VMOS 场效应管，栅极为并 馈，电阻偏置；漏极 为串馈。输出匹配电 路型电路。输入、 输出阻抗为50。,振荡器就是自动地将直流能量转换为具有一定波形 参数的交流振荡信号的装置。和放大器一样也是能量转换 器。它与放大器的区别在于，不需要外加信号的激励，其输 出信号的频率，幅度和波形仅仅由电路本身的参数决定。,振荡器 分
4、类,正弦振荡,低频正弦振荡器 高频正弦振荡器 微波振荡器,非正弦波振荡器,矩形波振荡器 三角波振荡器 锯齿波振荡器,5.1 概 述,应用范围：在发射机、接收机、测量仪器（信号发生 器）、计算机、医疗、仪器乃至电子手表等许多方面振荡器 都有着广泛的应用。主要技术指标：1.振荡频率f及频率范围:2.频率稳定度:调频广播和电视发射机要求:10-510-7左右标准信号源:10-610-12要实现与火星通讯:10-11 要为金星定位:10-123.振荡的幅度和稳定度:4.频谱(残波辐射):,讨论内容:从振荡原理入手研究振荡器判据、寻求振荡条件的分析方法，讨论各种振荡电路，基本线索是振荡器的频率稳定度。,
5、由图得到闭环电压放大倍数为,反馈网络的电压反馈系数为,所以有,4.1 反馈振荡器的原理,反馈型振荡器原理方框图,4.1.1 反馈振荡器的原理分析,放大器开环电压放大倍数为,称为反馈系统的环路增益。,相位条件：,振幅（起振）条件为： 相位（起振）条件为：,要使振荡器能够起振，在刚接通电源后， 当达到平衡时，,。这就是振荡器振幅平衡条件。,振幅(平衡)条件：,4.1.2 平衡条件,在平衡状态下，电源供给的能量正好抵消整个环路损耗的能量，平衡时输出幅度不再变化。因此，振幅平 衡条件决定了振荡器输出幅度的大小。 又因为环路只有在某一频率上才能满 足相位平衡条件，因此，相位平衡条 件决定了振荡器的频率。
6、,4.1.3 起振条件,4.1.4 稳定条件：,当某种外因使振荡器稍微偏离原来的平衡状态，一旦外因 消除后，系统能自动恢复到原来的平衡状态吗？这是平衡状态 的稳定问题。如图所示。,起振时，K1/F，当振幅大到一定后，晶体管将进入饱和或截止。K很快下降。反馈系数F与振幅无关，它是一条直线。两条曲线的交点，即是平衡点。但不一定稳定。振幅稳定条件为,由图可见，A的变化趋势必须同振幅变化的趋势相反 即,如果晶体管的工作点选的太低，反馈系数又太小，这时可能出现二个交点Q和Q，Q是不稳定的平衡点。Q是稳定的平衡点，符合 。,相位平衡的稳定条件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，
7、导致频率的变化。设T0，即反馈电压相位超前输入电压，相当于提前给回路补充能量，振荡频率就增加了。反之，振荡频率就下降了。即,为了使振荡器的相位平衡条件稳定，必须使得频率变化时产 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：,当 ， 时，因此，相位平衡的稳定条件为：,并联谐振回路的相频特性,（并联谐振回路的相位特性正好保证了相位平衡 的稳定条件，且回路Q值越高，稳频能力越强。）,反馈式振荡器的振荡条件：,1、正反馈条件：,2、振荡器的幅度起振条件：,3、振荡器的幅度平衡条件：,4、幅度平衡的稳定条件：5、相位平衡的稳定条件：,4.1.5 振荡器线路举例-互感耦合
8、振荡器,振荡器分类,互感耦合振荡器 石英晶体振荡器 三 点 式 振 荡 器,电感反馈振荡器电容反馈振荡器,基本型(考毕兹) 克拉泼振荡器 西勒振荡器,单管互感耦合振荡器互感耦合振荡器(或变压器反馈振荡器)又称为调谐型振 荡器，根据回路(选频网络)的三极管不同电极的连接点又可 分为集电极调谐型、发射极调谐型和基极调谐型。如图5.4-1 所示。这里我们只讨论集电极调谐型，而集电极调谐型又可,（电路构成方法）,（哈特莱）,分为共射和共基两种类型，均得到广泛应用。两者相比，共 基电路的功率增益较小，输入阻抗较低，所以难于起振，但 截止频率较高。此外，共基电路内部反馈比较小，工作比较 稳定。,三种互感耦
9、合振荡器,以上三种电路，变压器的同名端如图所示。它必须满足振荡的相位条件，在此基础上适当调节反馈量 M以满足振荡的振幅条件。下面利用“切环注入法”判断电路是否满足相位条件。(1)在电路中某一个合适的位置(往往是放大器的输入端)把电路断开，(用X号表示)；(2)在断开出的一侧(往往是放大器的输入端)对地引入一个外加电压源 ,该电压源的频率从低到高覆盖回路的谐振频率；(3)看经过放大器反馈网络之后转回到断开处另一侧对地的电压 是否与 同相，为同相则其中必有某一个频率满足自激振荡的相位条件(注意这里是实际方向)，电路有振荡的可能。,4.2 LC振荡器,什么叫三点式振荡器? 所谓三点式振荡器就是对于交
10、流 等效电路而言，由LC回路引出三个端点分别与晶体管三个电 极相连的振荡器。依靠电容产生反馈电压构成的振荡器则称为电容三点式 振荡器，又称考毕兹振荡器。依靠电感产生反馈电压构成的振荡器则称为电感三点式 振荡器，又称哈特莱振荡器。构成三点式的基点是如何取出满足相位条件的正反馈电 压。,5.5.1 构成三点式振荡器的原则(相位判据)假设: (1)不计晶体管的电抗效应；(2)LC回路由纯电抗元件组成，即为满足相位条件，回路引出的三个端点应如何与晶体管 的三个电极相连接 ？如图所示，振荡器的振荡频率十分接近回路的谐振 频率，于是有,即,5.5.2,5.5.3,5.5.1,三点式振荡器的相位判据,放大器
11、已经倒相,即 与 差180，所以要求反馈电 压 必须与 反相才能满足相位条件，如图5.5-1所示。,5.5.4,因此，Xbe必须与Xce同性质，才能保证 与 反相。由5.5.3和5.5.4式，归结起来，Xbe和Xce性质相同；Xcb和Xce、Xbe性质相反,即分别为电感和电容。这就是三点式振荡器的相位判据。,可以这样来记忆：与发射极相连接的两个电抗性质相同，另一个电抗则性质相反。（或是CB接的与其他二极接的性质相反。）,5.5.2 电容反馈振荡器考毕兹振荡器图所示电路是电容三点式的典型电路。LC回路的三个端点分别与三个电极相连，且Xce和Xbe为容抗，Xcb为感抗。故属电容反馈三点式振荡器，又
12、称考毕兹振荡器。,电容三点式振荡器,当不考虑gie的影响时，反馈系数F的大小为,将gie折算到放大器的输出端，有,放大器总的负载电导为,图4-8 电容反馈振荡器电路,可见，反馈系数并非越大越好。,从图（a）可以看出，反馈电压 不仅取决于电容C2 ， 还与晶体管的输入导纳gie有关。当gie较小时，gie的分路作 用可以忽略，此时第一项起主要作用,5.5.17,当,，利于起振。,当gie较大时，gie的分流作用不能忽略，此时第二项起主,要作用，,则,，难于起振。,所以不能简单地认为反馈系数越大，就越易起振。,反馈系数有一定范围。另外反馈系数的大小还会影响振荡波形的好坏，反馈系数过大会产生较大的波形失真。通常F0.011且一般取得较小。,图（a）影响起振因素,
