第五章正弦波振荡器详解演示文稿

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1、第五章正弦波振荡器详解演示文稿第一页，共八十六页。优选第五章正弦波振荡器第二页，共八十六页。正弦波振荡器在无线发射、接收机中的位置正弦波振荡器在无线发射、接收机中的位置通信系统：通信系统：发射机发射机(载波频率载波频率fC)接收机接收机(本地振荡频率本地振荡频率fL)第三页，共八十六页。正弦波振荡器构成正弦波振荡器构成振荡器正常工作，必须有以下四个部分振荡器正常工作，必须有以下四个部分放大器放大器：至少有一个起能量变换（放大）作用：至少有一个起能量变换（放大）作用的有源器件的有源器件正反馈通路或负阻正反馈通路或负阻：必须有一个能够补充元器：必须有一个能够补充元器件能量损耗的正反馈通路或负阻器件

2、，以保证件能量损耗的正反馈通路或负阻器件，以保证有稳定的振荡有稳定的振荡选频网络选频网络：振荡器具有单一频率：振荡器具有单一频率稳幅稳幅：一个对振荡强度具有自动调整作用的非一个对振荡强度具有自动调整作用的非线性元件。线性元件。第四页，共八十六页。5.2 5.2 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理S12 考虑了回路损耗后，回路将产生振幅按指数规律衰减的阻尼振荡回路损耗后，回路将产生振幅按指数规律衰减的阻尼振荡1 1、并联谐振回路中的自由振荡现象、并联谐振回路中的自由振荡现象一、振荡的产生第五页，共八十六页。2 2、产生无阻尼振荡的方法、产生无阻尼振荡的方法 RLC并联谐振回路中自由振荡衰减

3、（产生阻尼振荡）的原因在于损并联谐振回路中自由振荡衰减（产生阻尼振荡）的原因在于损耗电阻的存在。耗电阻的存在。 若回路无损耗若回路无损耗, 即即 0，则衰减系数，则衰减系数 ， 回路中电流为回路中电流为 （等幅正弦振荡） 所以产生无阻尼振荡的方法是：所以产生无阻尼振荡的方法是： 正反馈的方法正反馈的方法：利用正反馈不断地适时给回路补充能量，利用正反馈不断地适时给回路补充能量，使之刚好与使之刚好与R上损耗的能量相等，那么就可以上损耗的能量相等，那么就可以获得等幅的获得等幅的正弦振荡正弦振荡了；了；3.1.1第六页，共八十六页。 反馈振荡器的组成框图如右反馈振荡器的组成框图如右图所示。其主网络一般

4、由。其主网络一般由放大器件放大器件和和选频网选频网络络组成的放大器组成的放大器, , 反馈网络一般由无反馈网络一般由无源器件组成。源器件组成。二、反馈振荡器的原理分析二、反馈振荡器的原理分析反馈振荡器组成框图互感耦合互感耦合互感耦合互感耦合LC LC 振荡器电路结构：振荡器电路结构：振荡器电路结构：振荡器电路结构：M-+vivf+-+主网络反馈网络M原理电路交流通路vo+-+vi+-vf-+vo第七页，共八十六页。 根据反馈振荡器的根据反馈振荡器的组成框图，各信号电压组成框图，各信号电压具有如下关系具有如下关系 3.1.2 回归比（环路增益）回归比（环路增益）主网络电压增益为：主网络电压增益为

5、：正反馈网络反馈系数为正反馈网络反馈系数为第八页，共八十六页。振荡的建立过程振荡的建立过程 电路中的电路中的初始扰动初始扰动将产生微弱的电信号将产生微弱的电信号 ，利用，利用如此周而复始下去，其过程可以用下列循环表示如此周而复始下去，其过程可以用下列循环表示反馈，产生的反馈，产生的 反送到放大器的输入端作为新的反送到放大器的输入端作为新的 ，3.1.2放大后，主网络输出放大后，主网络输出 ，再经过反馈网络，再经过反馈网络 放大器放大器第九页，共八十六页。3.1.2当当 增加到一定值时，增加到一定值时，放大器的放大倍数放大器的放大倍数 降低，从而出现下面的循环降低，从而出现下面的循环过程过程晶体

6、管将出现饱和截止，使晶体管将出现饱和截止，使最终将使最终将使 保持恒定不变，保持恒定不变，从而形成等幅持续振荡。从而形成等幅持续振荡。第十页，共八十六页。 反馈振荡器振荡必须满足三大条件：反馈振荡器振荡必须满足三大条件：反馈振荡器振荡必须满足三大条件：反馈振荡器振荡必须满足三大条件：起振条件：起振条件：起振条件：起振条件：振荡电压从无到有逐步增长的条件。振荡电压从无到有逐步增长的条件。振荡电压从无到有逐步增长的条件。振荡电压从无到有逐步增长的条件。平衡条件：使振荡幅度和频率维持在相应的平衡值上的条件平衡条件：使振荡幅度和频率维持在相应的平衡值上的条件平衡条件：使振荡幅度和频率维持在相应的平衡值

7、上的条件平衡条件：使振荡幅度和频率维持在相应的平衡值上的条件稳定条件：受稳定条件：受稳定条件：受稳定条件：受外界不稳定因素的影响，振荡器平衡状态破坏，能外界不稳定因素的影响，振荡器平衡状态破坏，能外界不稳定因素的影响，振荡器平衡状态破坏，能外界不稳定因素的影响，振荡器平衡状态破坏，能使振荡器恢复平衡状态的条件。使振荡器恢复平衡状态的条件。使振荡器恢复平衡状态的条件。使振荡器恢复平衡状态的条件。三、反馈振荡的条件三、反馈振荡的条件第十一页，共八十六页。振幅起振条件：振幅起振条件：相位起振条件：相位起振条件：V Vf f、V Vi i同相同相反馈型振荡器构成自激振荡的条件是放大器加反馈网络必须构成

8、正反正反正反正反馈馈馈馈系统，而且合上电源瞬间必须满足增幅增幅增幅增幅振荡的条件，这样振荡才能建立起来。（1）起振条件）起振条件 由振荡建立过程的起振循环得出，使振幅不断增长的条由振荡建立过程的起振循环得出，使振幅不断增长的条件（起振条件）是件（起振条件）是 第十二页，共八十六页。(2) 平衡条件平衡条件振幅平衡条件振幅平衡条件(确定振荡幅度确定振荡幅度)：环路增益的模：环路增益的模为为1相位平衡条件（相位平衡条件（确定振荡频率确定振荡频率）：）：VF与与Vi同相，满足正反馈同相，满足正反馈注：振荡器的振荡频率近似等于注：振荡器的振荡频率近似等于选频回路的中心频率选频回路的中心频率第十三页，共

9、八十六页。则必须维持在则必须维持在上，即保证为正反馈。上，即保证为正反馈。 满足起振条件和平衡 条件的环路增益特性3.1.3 根据振幅起振条件和平衡条件，环路增益的模值应该具根据振幅起振条件和平衡条件，环路增益的模值应该具有随振幅有随振幅 增大而下降的特性增大而下降的特性, 如下图所示。如下图所示。 由于一般放大器的增由于一般放大器的增益特性曲线均具有如图所示益特性曲线均具有如图所示的形状，所以这一条件很容的形状，所以这一条件很容易得到满足，只要保证起振易得到满足，只要保证起振时环路增益幅值大于即可。时环路增益幅值大于即可。而环路增益的相位而环路增益的相位 第十四页，共八十六页。结论：振荡器起

10、振时，结论：振荡器起振时， 迅速增长，而后迅速增长，而后 3.1.3下降，下降， 的增长速度变慢，直到的增长速度变慢，直到 时，时，停止增长，振荡器进入平衡状态。在相应的振幅在停止增长，振荡器进入平衡状态。在相应的振幅在 上维持等幅振荡。如下图所示。上维持等幅振荡。如下图所示。第十五页，共八十六页。（三）稳定条件（三）稳定条件 平衡状态的稳定是指当平衡条件遭到破坏后，电路能够在是指当平衡条件遭到破坏后，电路能够在原平衡点附近重新建立起新的平衡。原平衡点附近重新建立起新的平衡。1.振幅稳定条件：在平衡点在平衡点A处，处， 由由A点知点知 当外界因素的影响，使当外界因素的影响，使 时，由图知，时，

11、由图知， 造成造成 下降，从而下降，从而 降低，降低，3.1.3 满足起振条件和平衡 条件的环路增益特性降低而回到降低而回到 点。点。最终最终第十六页，共八十六页。所以，得到振荡器振所以，得到振荡器振幅稳定的条件是：幅稳定的条件是： 即在平衡点附近，环路增益的幅频特性具有负斜率即在平衡点附近，环路增益的幅频特性具有负斜率变化的规律。变化的规律。3.1.3同理，当外界因素的影响，使同理，当外界因素的影响，使 时，由图知，时，由图知， 造成造成 增加，从而增加，从而 升高，最终升高，最终 增加而回到增加而回到 点。点。 满足起振条件和平衡 条件的环路增益特性第十七页，共八十六页。 相位（频率）稳定

12、条件是指当相位平衡条件遭到破坏时，电路本身能重建新的平衡的条件。 （1）设在）设在 处处 （2）由于）由于外界因素外界因素的影响，使的影响，使 A、当、当 0时，说明时，说明 超前超前 一个一个 相角，使每次相角，使每次经过放大和反馈后，经过放大和反馈后， 一次比一次超前一次比一次超前 ，振荡周期缩短，振荡周期缩短振荡频率升高。振荡频率升高。 3.1.32、相位（频率）稳定条件、相位（频率）稳定条件第十八页，共八十六页。B、当、当 1得出：第三十八页，共八十六页。讨论讨论电路参数对起振条件的影响：电路参数对起振条件的影响：当回路损耗可忽略当回路损耗可忽略 ， ，得出：，得出：当当 一定时，一定

13、时， 的选取应考虑：的选取应考虑： 越大越大 ，晶体管的输入电阻，晶体管的输入电阻 反映到回路两端的电阻反映到回路两端的电阻 越小越小 ， 减小减小 ，Q Q下降，放大倍数下降，不容易起振。下降，放大倍数下降，不容易起振。要使回路易于起振，应选用要使回路易于起振，应选用要使回路易于起振，应选用要使回路易于起振，应选用g g g gm m m m 大，大，大，大，RoRoRoRo高的晶体管，此外回路高的晶体管，此外回路高的晶体管，此外回路高的晶体管，此外回路Q Q Q Q值高值高值高值高也有利于起振。也有利于起振。也有利于起振。也有利于起振。F一般取值在0.1-0.5之间第三十九页，共八十六页。

14、（3）振荡频率）振荡频率(约等于谐振回路的谐振频率约等于谐振回路的谐振频率)注：若考虑管子的输入、输出电容注：若考虑管子的输入、输出电容C Co o,C,Ci i，则，则第四十页，共八十六页。如下图所示振荡电路中，已知：C1=36pF，C2=680pF，L=2.5H。忽略晶体管结电容和输入输出组抗 ，试求：1画出它的高频交流等效电路图，并指出振荡电路的类型2计算反馈系数F3求振荡频率fo1. 2.3.MHz 例例1 1：电容三点式振荡器 第四十一页，共八十六页。下图为共基组态电容三点式振荡器的交流等效电路，现测得振荡频率fOSC=45MHz，L=0.2H,电容分压接入系数若忽略三极管结电容和输

15、入输出组抗的影响,试求C1和C2数值。例例2 2：解： ， 第四十二页，共八十六页。5.3.4 克拉泼和西勒振荡器克拉泼和西勒振荡器n当工作环境改变或更换管子时，振荡频率及其稳定性就要受到影响n 频率调整不方便频率调整不方便电容反馈型三点式振荡器电容反馈型三点式振荡器( (复习复习) )第四十三页，共八十六页。（1）串联改进型串联改进型 电容三点式振荡器电容三点式振荡器（克拉泼（克拉泼clapp电路）电路） 与电容三点式电路比较，克拉泼电路的特点是在回路中增加了一个与与电容三点式电路比较，克拉泼电路的特点是在回路中增加了一个与串联的小电容串联的小电容C3C3第四十四页，共八十六页。共射接法L

16、L（1）串联改进型串联改进型 电容三点式振荡器电容三点式振荡器（克拉泼（克拉泼clapp电路）电路）第四十五页，共八十六页。选择：选择： 频率可调，调节频率可调，调节C C3 3可改变可改变f f0 0优点：优点：克拉泼克拉泼(clapp)电路电路nf0与与Ci、CO无关，故比较稳定无关，故比较稳定C C3 3可改变可改变F F不受影响不受影响第四十六页，共八十六页。并联谐振回路的谐振电阻并联谐振回路的谐振电阻Rp等效到晶体管的等效到晶体管的C-EC-E两端为：两端为：减小减小C3 ， 振荡频率提高了，但是振振荡频率提高了，但是振荡幅度显著下降甚至停振，这就使荡幅度显著下降甚至停振，这就使最高振荡频率受到限制。最高振荡频率受到限制。 电路的主要缺点电路的主要缺点：频率不能太高，波段范围不宽，波段：频率不能太高，波段范围不宽，波段内输出幅度不平稳，实际中常用于固定频率振荡器。内输出幅度不平稳，实际中常用于固定频率振荡器。缺点：缺点：第四十七页，共八十六页。（2）并联改进型并联改进型 电容三点式振荡器（西勒电容三点式振荡器（西勒shelle 电路）电路）L共射极接法选择选择:L西勒电路是在