《高频电子第五章-正弦波振荡器课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频电子第五章-正弦波振荡器课件（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 正弦波振荡器 本章主要讨论的内容：n正弦波振荡器的起振条件和平衡条件。n反馈式正弦波振荡器的振荡原理和典型电路分析。（LC振荡器：电容三点式，电感三点式，电容三点式改进型振荡器）n振荡器的稳定度及提高稳定度的措施。n石英晶体振荡器。（高精确度，高稳定度振荡器）51 概述n一、振荡器的定义：振荡器是在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率、一定波形和一定振幅的交变信号输出的装置。二、与放大器的异同点：相同：都是能量转换装置不同：放大器：需外加激励信号 振荡器：不需外加激励信号 51 概述n三、应用：n四、分类：根据产生波形的不同，可分为：正弦波振荡器非正
2、弦波振荡器（三角波，方波，锯齿波）根据采用的分析法和振荡器的特性，可分为：反馈式振荡器负阻式振荡器五、常用正弦波振荡器的分类nRC振荡器nLC振荡器n石英晶体振荡器六、振荡电路的主要技术指标n振荡频率n频率稳定度n振荡幅度n振荡波形的频谱纯度 52 反馈式振荡器 n组成：振荡回路：包含两个或以上的储能元件直流电源：补充由振荡回路电阻产生的能量损耗控制设备：控制能量转换的有源器件、具有正反馈作用的选频网络如LC回路，RC网络等n5.2.1 反馈式振荡器的基本原理5.2.2 振荡器的平衡与稳定条件n1、起振过程和起振条件幅度条件：（5.2.5）相位条件：n2、平衡过程和平衡条件：振荡器的平衡状态进
3、入等幅振荡状态。选饱和特性还是截止特性限幅的考虑维持振荡器的振幅平衡条件：维持振荡器的相位平衡条件：3、平衡状态的稳定条件 n稳定平衡状态：n不稳定平衡状态：n1）.振幅平衡的稳定条件n说明放大器的增益A必须与Ui变化趋势相反。2）、相位稳定条件 n影响相位稳定的因素：电源波动，温度变化 n相位平衡稳定条件：n说明要保证相位稳定必须有一个相频特性为负（负斜率）的网络。（LC并联网络正好具有此特性）5.3 振荡器的分析方法n瞬态分析法n稳态分析法5.4 RC正弦波振荡器n5.4.1 RC串并联网络振荡电路：文式桥振荡器文式桥振荡器相位条件：振幅起振条件：Au 3振幅平衡条件：Au=3振荡频率：5
4、.4.2 移相式振荡电路n组成：n优点：n缺点：5.4.3 双T选频网络振荡电路n组成：n优点：n缺点：5.5 互感耦合振荡器n5.5.1 单管互感耦合振荡器：n1、分类：n特点：na.共发：功率增益高，输入阻抗高，但截止频率较低。nb.和c.共基：功率增益小，输入阻抗低，难于起振，但截止频率高，工作较稳定。n2、反馈网络是否正反馈的判断相位判据：n“切环注入法”n3、振荡条件：n集电极调谐型互感振荡器分析 集电极调谐型互感振荡器分析 集电极调谐型互感振荡器分析n相位保证：同名端的正确接法 n起振条件和振荡频率：n起振条件：（5.5.7）n(跨导：总电导：耦合度：M)n（5.5.7）式结论：n
5、（1）只有 满足（5.5.7）式才起振。n（2）M越大越易起振。n（3）对起振有利。n振荡频率：（5.5.6）集电极调谐型互感振荡器分析n结论：n（1）、不仅决定于LC，也受 r 和n 的影响。n（2）、略高于 ，r 越小，与 越接近。n（3）、fo受 变化影响。互感耦合振荡器的特点和适用性：n 变压器分布电容限制了振荡频率的提高，宜工作在频率不太高的中、短波段本机振荡。5.5.2差分对管互感耦合振荡器 n1、电路：图5.18n2、元件介绍n3、优点：5.6 LC正弦波振荡器 n LC正弦波振荡器：n 采用LC谐振回路作为相移网络的反馈振荡器称为LC正弦波振荡器。n LC振荡器的分类：1.变压
6、器耦合式2.差分对管式3.三点式（电感三点式、电容三点式及它的改进型）本节讨论要点：1.LC正弦波振荡器的构成原则。2.电感三点式和电容三点式振荡器的特点。3.改进型电容三点式振荡器克拉波振荡器和西勒振荡器。三点式振荡器 n1、何谓三点式振荡器n2、三点式振荡器的基本类型和它的一般电路：5.6.1三点式振荡器的组成原则（相位判据）nLC回路谐振时满足：n反馈系数：结论：三点式电路的正确构成如图：5.6.2电容三点式振荡器考毕兹振荡器 1.电容三点式振荡器n元件的作用 2、振荡条件和振荡频率 n根据等效电路和前面已学知识可列出电路方程（过程略）n令其虚部等于0，得振荡频率为：n其中：n令其实部等
7、于0，并近似认为n可求得其振幅平衡条件为：n n用微变参数代替平均参数、起振条件为：n n反馈系数F为：n 3、反馈电容C2大小对起振的影响 n1）说明F只有在某些范围内才满足起振条件。n2）当 较小，（Ri较大）此情况：n3）当 较大（Ri较小），n4）通常取n若考虑电阻r损耗：gm要求将会增大n 5.6.3 电感三点式振荡器哈特莱振荡器 电感三点式振荡器及其作用：n元件作用：2、交流等效电路：3、振荡条件与振荡频率：n说明：n nn通常选取：n所以 n n振幅平衡条件：n起振条件：n反馈系数：n n起振条件可写成：n 5.6.4电容三点式和电感三点式振荡器的比较（优缺点）n电容三点式 电感
8、三点式n1、（C1/C2）n2、XL=L,XL 对高次谐波可滤 不能滤去高次谐波，除，波形失真小，接近正弦波 输出波形较差（失真大）Ci+Co并入LC回路：Ci+Co对回路特性影响但回路C1和C2较大，Ci+C 0 较大（因回路L大C小）影响较小 工作频率高 工作频率低n 调整频率困难 易起振频率调节方便。5.6.5 改进型电容反馈三点式振荡器 nCie和Coe对振荡频率的影响n减小Cie和Coe对回路的影响可在L串一电容C3变成克拉波振荡器 一、串联改进型电容三点式振荡器克拉波振荡器 a)克拉波振荡器 b)交流等效电路2、性能分析：nC3的作用：na)决定振荡频率 nb)减小Cie和Coe对
9、振荡频率的影响 C1和C3大小对起振和振幅的影响 n接入系数：ngP折合到ce回路Gln起振条件：n基本放大器增益：讨论：电路参数变化对振荡器特性的影响 n1、n2、n这说明，要使振荡稳定和幅度均匀，不允许 变化太大，即说明振荡覆盖不宽。n 3、克拉波振荡器存在的问题和解决的方法 n问题：n解决方法西勒振荡器 二、并联改进型电容三点式振荡器西勒（Seiler）振荡器 n1、电路特点：2、性能分析n振荡频率：n 调节C4可调f0n起振条件：n n 分析 na)Pce与C4无关，改变C4不影响Pce和gL。nb)n Kd1.61.8，且幅度均匀 5.6.6几种三点式振荡器的性能比较n考毕兹n哈特莱
10、n克拉波n西勒5.7 振荡器的频率稳定度 n本节要点：n频率稳定度的含义n影响频率稳定度的主要因素n提高频率稳定度的措施一、频率准确度n准确度和稳定度的重要性n1、定义n2、分类及表征：nf准确度：绝对准确度n 相对准确度二、频率稳定度 n1、定义n2、分类及表征：nf稳定度：绝对稳定度n 相对稳定度 5.7.2频率稳定度分析n一、影响频率不稳定的因素：nLC回路参数的不稳定n晶体管参数的不稳定n二、定性分析：提高频率稳定度的一般规律n要 小 n a)设法减小 n b)设法使Y，Z，F 不完全同号，相互低偿一部分n c)提高回路Q值，以得较大的电路参量变化对振荡频率稳定度影响的定量关系 结论：
11、要提高回路的频率稳定度 a)要提高回路的标准性b)回路Q值要高c)电路的YF要小5.7.3提高频率稳定度的措施：n1、减小外界因素变化的措施：P169 (1)（7）n 2、提高电路抗外界因素影响的能力：P169 P172 1）（1）（4）2）（1）（2）5.8 石英晶体振荡器石英晶体振荡器的特点：高准确度，高稳定度（一般105106，最高1091011），点频工作。5.8.1石英谐振器的性能和等效电路n石英晶片的固有机械振动频率与晶片的几何尺寸和结构有关。n 石英晶片的正压电效应与逆压电效应n 正压电效应：振动力交变电荷量n 逆压电效应：交变电压交变机械振动n 谐振：外加交变电压的频率等于晶体
12、固有机械振动频率时，晶片的机械振动最大，晶片两片的电荷量最多，在外电路中交流电流最大，使产生了谐振。石英谐振器的符号及等效电路 n（1）n n Lq 很大，Cq 很小，Qq 很大，几万至几百万n（2）接入系数P很小104103 （3）串联谐振频率和并联谐振频率串联：(5.81)并联：(5.82)电抗特性 石英谐振器的电抗频率特性曲线 讨论：na)感性区曲线斜率大，利于稳频。n 设外因使n振荡器应用感性区特性。nb)容性区不宜用原因：n 1、容性区曲线变化缓慢，不利于稳频n 2、如晶体弄坏，仍呈C0无法判定晶体是否起作用。5.8.2石英晶体振荡器 n分类：以石英谐振区在谐振器中的作用分：n并联型
13、晶体振荡器：石英振荡器在回路作为等效电感元件（高Q,L）皮尔斯，密勒。n并联泛音振荡器（图5.88）n串联谐振型振荡器：石英振荡器在回路作为串联谐振元件（选频纲络）n串联晶体振荡器（图5.818）一、并联型晶体振荡器 n1、皮尔斯振荡器 元件作用JT接法和作用：JT接BG的C与B，又称CB振荡器属电容三点式，JT起电感作用，uf 由C1 和C2 分压而得 石英谐振参数说明 n1）负载电容CL 并联在石英谐振器两端的电容（H：CL=30pF L：CL=100pF）(厂家给定)n2）fq,fp,fN的含义：n nfN考虑CL后晶体振动器的标称频率 n3）微调电容石英晶体振动器频率稳定的原因分析 n
14、振荡器频率：石英晶体谐振器频率稳定度高原因分析 na)晶体回路的标准性高，非常稳定，n ，CL变化对影响很小。nb)振荡回路与晶体管之间的耦合很弱，Pcb103104，外电路参数不稳定，对石英谐振器的等效参数影响极微。nc)石英谐振器具极其灵敏的电抗补偿能力。2、并联型泛音晶体振荡器 A.a)泛音晶体振荡器的特点：振荡器工作在晶体的泛音频率上。nb)要点：振荡回路的C1 换成L1 C1，要调谐在n次泛音频率上。nc)泛音晶体振荡器电路及其分析：二、串联型晶体振荡器 n基本电路与等效电路：本章小结：F反馈式正弦波振荡器主要由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节组成。有LC、RC和晶体振荡器。F振荡器必须满足振荡的平衡条件和起振条件及平衡稳定条件。F LC振荡器分为变压器反馈式、电容三点式和电感三点式。常见的有克拉泼振荡器和西勒振荡器等。F 石英晶体振荡器频率稳定性高。石英晶体振荡器有串联型和并联型两种。F RC振荡器的振荡频率较低。常用的RC振荡器是文氏电桥振荡器，其振荡频率f01（2RC），只取决于R、C的数值。
