《cxy第7章-正弦波振荡器3课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《cxy第7章-正弦波振荡器3课件（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章第七章 正弦波振荡正弦波振荡器器 第三讲第三讲 例题：例题：7.6.1（板书讲解（板书讲解1学时）学时）n1、由、由实际电路画交流等效路画交流等效电路路n2、求振、求振荡频率率n3、用相位平衡法、用相位平衡法则判断是否可能振判断是否可能振荡n4、求、求电压反反馈系数系数n5、综合（回路波阻抗、接入系数、合（回路波阻抗、接入系数、谐振阻振阻抗、等效阻抗、抗、等效阻抗、电压放大倍数）放大倍数）2024/7/21qau.cxy7.7 7.7 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题1、振荡器的频率稳定度是指由于外界条件、振荡器的频率稳定度是指由于外界条件的变化的变化, 引起振荡器的实际工作频率
2、引起振荡器的实际工作频率 f 偏偏离标称频率离标称频率f0的程度的程度, 它是振荡器的一个它是振荡器的一个很重要的指标。很重要的指标。 2024/7/21qau.cxy一、评价振荡器频率的主要指标：准确度一、评价振荡器频率的主要指标：准确度和和稳定度稳定度2024/7/21qau.cxy表示：表示： 绝对绝对 相对相对长期：高精度期：高精度频率率标准，取决于有源器件、准，取决于有源器件、电路元路元件，石英晶体等老化特性，与件，石英晶体等老化特性，与频率瞬率瞬间变化无关。化无关。2024/7/21qau.cxy2、频率稳定度是指在一定时间间隔内，频率准确度、频率稳定度是指在一定时间间隔内，频率准
3、确度的变化。的变化。3、频率稳定度分类：、频率稳定度分类：2024/7/21qau.cxy瞬间：相位抖动或相位噪声，由于频率源内部瞬间：相位抖动或相位噪声，由于频率源内部噪声引起，与外界条件和长期频率漂移无关。噪声引起，与外界条件和长期频率漂移无关。短期：频率漂移，与温度变化，电压变化，电短期：频率漂移，与温度变化，电压变化，电路参数不稳定等因素有关。路参数不稳定等因素有关。 LC LC振荡器的设计考虑振荡器的设计考虑2024/7/21qau.cxy 1振荡器电路选择振荡器电路选择LC振荡器一般工作在几百千赫兹至几百兆赫兹范围。振荡器一般工作在几百千赫兹至几百兆赫兹范围。振荡器线路主要根据工作
4、的频率范围及波段宽度来振荡器线路主要根据工作的频率范围及波段宽度来选择。选择。2024/7/21qau.cxy在在中中、短短波波收收音音机机中中,为为简简化化电电路路常常用用变变压压器器反反馈馈振荡器做本地振荡器。振荡器做本地振荡器。 在在短短波波范范围围,电电感感反反馈馈振振荡荡器器、电电容容反反馈馈振振荡荡器器都都可以采用。可以采用。（2）同同时希希望望电流流放放大大系系数数大大些些,这既既容容易易振振荡,也便于减小晶体管和回路之也便于减小晶体管和回路之间的耦合。的耦合。2024/7/21qau.cxy 2晶体管选择晶体管选择（1）从从稳稳频频的的角角度度出出发发,应应选选择择fT较较高高
5、的的晶晶体体管管,这样晶体管内部相移较小。这样晶体管内部相移较小。通常选择通常选择fT (310)f1max。n所以所以,通常通常应将晶体管的将晶体管的静静态偏置点偏置点设置在小置在小电流区流区,电路路应采用采用自偏自偏压。2024/7/21qau.cxyn3直流馈电线路的选择直流馈电线路的选择n（1）为保证振荡器起振的振幅条件）为保证振荡器起振的振幅条件,起始工作点起始工作点应设置在应设置在线性放大区线性放大区; （2）从稳频出发）从稳频出发,稳定状态应在截止区稳定状态应在截止区,而不应在而不应在饱和区饱和区,否则回路的有载品质因数否则回路的有载品质因数QL将降低。将降低。（2）电感感L也也
6、应尽尽可可能能大大,但但L大大后后,体体积大大,分分布布电容容大大,L过小小,回回路路的的品品质因因数数过小小,因因此此应合合理地理地选择回路的回路的C、L。2024/7/21qau.cxy 4振荡回路元件选择振荡回路元件选择（1）从从稳稳频频出出发发,振振荡荡回回路路中中电电容容C应应尽尽可可能能大大,但但C过大过大,不利于波段工作不利于波段工作; 在短波范围在短波范围,C一般取几十至几百皮法一般取几十至几百皮法,L一般取一般取0.1至几十微亨。至几十微亨。 由由前前述述可可知知,为了了保保证振振荡器器有有一一定定的的稳定定振振幅幅以以及容易起振及容易起振,在静在静态工作点通常工作点通常应选
7、择当当静静态态工工作作点点确确定定后后,Y,Yf f的的值值就就一一定定, ,对对于于小小功功率率晶体管可以近似为晶体管可以近似为反馈系数的大小应在下列范围选择反馈系数的大小应在下列范围选择2024/7/21qau.cxy 5反馈回路元件选择反馈回路元件选择n改改进型型电容反容反馈振振荡器器克克拉拉泼、西勒、西勒电路可根据路可根据进度安度安排在排在7.67.6节后后讲解。解。2024/7/21qau.cxy改进型电容反馈振荡器改进型电容反馈振荡器克拉泼克拉泼 图图7.6.5-1克拉泼振荡器电路克拉泼振荡器电路(a) 实际电路实际电路; (b) 交流等效电路交流等效电路 2024/7/21qau
8、.cxy给给L串接上校电容串接上校电容C3，并且满足条件，并且满足条件C3C1，C3 C22024/7/21qau.cxy(a) 实际电路实际电路; 2024/7/21qau.cxy(b) 交流等效电路交流等效电路 2024/7/21qau.cxy由图可知由图可知, 回路的总电容为回路的总电容为2024/7/21qau.cxy克拉泼电路主要应用：克拉泼电路主要应用：nC3越小，越小，频率率稳定度越好，但是起振困定度越好，但是起振困难。2024/7/21qau.cxyn固定频率振荡器或波段复盖系数较小的可固定频率振荡器或波段复盖系数较小的可变频率振荡器。变频率振荡器。n改变改变C3调节调节f；克
9、拉泼电路是用牺牲环路增益的方法来换取回路克拉泼电路是用牺牲环路增益的方法来换取回路标准性的提高。标准性的提高。 2024/7/21qau.cxy波波段段振振荡荡器器要要求求在在一一段段区区间间内内振振荡荡频频率率可可变变, , 且且振振荡荡幅值保持不变。幅值保持不变。 克拉泼电路的缺陷是不适合于作波段振荡器。克拉泼电路的缺陷是不适合于作波段振荡器。由由于于克克拉拉泼泼电电路路在在改改变变振振荡荡频频率率时时需需调调节节3 3, , 当当3 3改改变变以以后后, , RRL L将将发发生生变变化化, , 使使环环路路增增益益发发生生变变化化, , 从而使振荡幅值也发生变化。从而使振荡幅值也发生变
10、化。2024/7/21qau.cxy所所以以克克拉拉泼泼电电路路只只适适宜宜于于作作固固定定频频率率振振荡荡器器或或波波段段复复盖系数较小的可变频率振荡器。盖系数较小的可变频率振荡器。所所谓谓波波段段复复盖盖系系数数是是指指可可以以在在一一定定波波段段范范围围内内连连续续正正常常工工作作的的振振荡荡器器的的最最高高工工作作频频率率与与最最低低工工作作频频率率之比。一般克拉泼电路的波段复盖系数为之比。一般克拉泼电路的波段复盖系数为1.21.21.31.3。 在克拉在克拉泼电路基路基础上与上与电感感L并并联一可一可变电容容C4。 西勒振荡器电路西勒振荡器电路(a) 实际电路实际电路; (b) 交流
11、等效电路交流等效电路 2024/7/21qau.cxy2. 2. 西勒振荡器西勒振荡器 2024/7/21qau.cxy(a) 实际电路实际电路; 2024/7/21qau.cxy(b) 交流等效电路交流等效电路 回路的回路的总电容容为 振荡器的振荡频率为振荡器的振荡频率为 2024/7/21qau.cxy西勒振荡器优点：西勒振荡器优点：n用用C4改改变f0，接入系数不受影响，在整个波，接入系数不受影响，在整个波段中振段中振荡振幅比振幅比较平平稳，使，使该电路能在路能在较宽频率范率范围内内调节频率，率，应用用较多。多。2024/7/21qau.cxyn1、晶体管与回路耦合弱的特点；、晶体管与回
12、路耦合弱的特点；n2、频率稳定度高；、频率稳定度高； 例例题：图是是一一些些常常见振振荡器器的的高高频电路路, 判判断断它它们是是由由哪种基本哪种基本线路演路演变而来的。而来的。 图图 几种常见振荡器的高频电路几种常见振荡器的高频电路 2024/7/21qau.cxy2024/7/21qau.cxy2024/7/21qau.cxy2024/7/21qau.cxy 例例:在在所所示示振振荡荡器器交交流流等等效效电电路路中中, 三三个个并并联联回回路路的的谐谐振振频频率率分分别别是是：f1=1( ), f2=1( ), f3=1( ), 试试问问1、2、3满满足足什什么么条条件件时时该该振振荡荡器
13、器能能正正常常工工作作？且相应的振荡频率是多少？且相应的振荡频率是多少？2024/7/21qau.cxy2024/7/21qau.cxy 解解: 由由图图可可知知, 只只要要满满足足三三点点式式组组成成法法则则, 该该振荡器就能正常工作。振荡器就能正常工作。 若若组组成成电电容容三三点点式式, 则则在在振振荡荡频频率率01处处, 11回回路路与与22回回路路应应呈呈现现容容性性, 33回回路路应应呈呈现现感感性性。 所所以以应应满满足足12013或或21013。 若若组组成成电电感感三三点点式式, 则则在在振振荡荡频频率率02处处, 11回回路路与与22回回路路应应呈呈现现感感性性, 33回回
14、路路应应呈呈现现容容性性, 所所以以应应满满足足12023或或21023。 2024/7/21qau.cxy2024/7/21qau.cxy在两种情况下在两种情况下, 振荡频率振荡频率0的表达式均为的表达式均为:2024/7/21qau.cxy7.8石英晶体振荡器石英晶体振荡器n石英晶体的压电特性石英晶体的压电特性n（1）正、反压电效应：）正、反压电效应：n（2）谐振特性：）谐振特性：i iu u + +- -JTJT石英晶体谐振特性石英晶体谐振特性C0Cq1Lq1Rq12024/7/21qau.cxy串联谐振频率：串联谐振频率：并联谐振频率：并联谐振频率：(CqC0)2024/7/21qau
15、.cxy q q 0 0X X0 0感性感性容性容性容性容性2024/7/21qau.cxy由石英晶体的参数可知：由石英晶体的参数可知：n（1）石英晶体的）石英晶体的Q值和特性阻抗和特性阻抗 都非都非常高。常高。Q可达几万到几百万。可达几万到几百万。2024/7/21qau.cxyn（2）由于石英晶体的接入系数）由于石英晶体的接入系数 n1，所，所以外接元件参数以外接元件参数对石英晶体的影响很小。石英晶体的影响很小。2024/7/21qau.cxy综合以上两点可以看出综合以上两点可以看出石英晶体的稳定度石英晶体的稳定度非常高。非常高。晶振晶振2024/7/21qau.cxy2024/7/21q
16、au.cxy（a）c-b型电型电路路（b）b-e型型电路电路 并联谐振型晶振的两种形式并联谐振型晶振的两种形式并联谐振型并联谐振型cb型（皮尔斯）型（皮尔斯）2024/7/21qau.cxy含有石英晶体的电容三端式振荡器，也称为含有石英晶体的电容三端式振荡器，也称为皮尔斯振荡器皮尔斯振荡器振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率在在晶晶体体的的串串联联谐谐振振与与并并联联谐振频率之间，晶体等效为一个非线性谐振频率之间，晶体等效为一个非线性电感电感。ReC1C2RLL(b) 等效交流通路等效交流通路2024/7/21qau.cxy电路特点：电路特点：n接入系数一般均小于接入系数一般均小于 1， 所以外所
17、以外电路中路中的不的不稳定参数定参数对振振荡回路影响很小，提高回路影响很小，提高了回路的了回路的标准性。准性。2024/7/21qau.cxynA、 振荡回路与晶体管、负载之间的振荡回路与晶体管、负载之间的耦耦合很弱合很弱。nB、振、振荡频率几乎由石英晶体的参数决定，率几乎由石英晶体的参数决定，而石英晶体本身的参数具有高度的而石英晶体本身的参数具有高度的稳定性。定性。2024/7/21qau.cxynCL是和晶体两端并联的外电路各电容的等效是和晶体两端并联的外电路各电容的等效值，即根据产品要求的值，即根据产品要求的负载电容负载电容。n在实用时，一般需加入在实用时，一般需加入微调电容微调电容，用
18、以微调，用以微调回路的谐振频率，保证电路工作在晶体外壳回路的谐振频率，保证电路工作在晶体外壳上所注明的标称频率上。上所注明的标称频率上。nC、由于振、由于振荡频率率 一般一般调谐在在标称称频率率 上，上，位于晶体的位于晶体的感性区感性区内，内，电抗曲抗曲线陡峭，陡峭，稳频性能极好性能极好。2024/7/21qau.cxynD、石英晶体的、石英晶体的Q值和特性阻抗和特性阻抗 都很高都很高，所以晶体的所以晶体的谐振振电阻也很高，一般可达阻也很高，一般可达1010 欧以上。欧以上。2024/7/21qau.cxyn这样即使外电路接入系数很小，这样即使外电路接入系数很小， 此谐振电此谐振电阻等效到晶体
19、管输出端的阻抗仍很大，使阻等效到晶体管输出端的阻抗仍很大，使晶体管的晶体管的电压增益电压增益能满足振幅起振条件的能满足振幅起振条件的要求。要求。 R1R2JTReCeL1C1UCC(a) 密勒振荡器密勒振荡器C2并联谐振型并联谐振型be型（密勒）型（密勒）n属属于于电电感感三三端端式式电电路路2024/7/21qau.cxyL1C1C2JT(b) 等效交流通路等效交流通路f1f0等效为等效为L2024/7/21qau.cxy密勒电路特点：密勒电路特点：n但有但有载Qe值低，与皮低，与皮尔斯振斯振荡器相比，器相比，频率率稳定定度度较低低2024/7/21qau.cxyn输出波形较好输出波形较好n
20、为了减少三极管输入电阻对石英晶体的影响，为了减少三极管输入电阻对石英晶体的影响，可以采用可以采用场效应管代替三极管场效应管代替三极管构成振荡电路。构成振荡电路。串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器n晶体工作于晶体工作于fs附近，呈附近，呈现低阻抗低阻抗，这时反反馈最最强且且不不带来附加相移，因此在来附加相移，因此在这个个频率上率上产生振生振荡。 2024/7/21qau.cxyn电路通过晶体形成电路通过晶体形成正反馈正反馈。n振荡器的振荡频率等于晶体的串联谐振频率，即振荡器的振荡频率等于晶体的串联谐振频率，即 o sn晶体等效为晶体等效为选频开关选频开关（一小电阻或近似短路线）。（一小电阻或近似短
21、路线）。12V0.01 F0.03 FC1C2C3R1RcLReCbR2JT图示电路是一图示电路是一个电容三端式个电容三端式振荡器，在谐振荡器，在谐振回路与三极振回路与三极管之间的管之间的反馈反馈支路中接入了支路中接入了一个具有选频一个具有选频能力的晶体能力的晶体。2024/7/21qau.cxy2024/7/21qau.cxyL L、C C1 1、C C2 2、C C3 3组成并联谐振回路，振荡频率组成并联谐振回路，振荡频率调谐在调谐在串联谐振频率串联谐振频率处。处。石英谐振器阻抗最小，相移为石英谐振器阻抗最小，相移为0 0，形成正反馈，形成正反馈，满足振幅和相位条件，产生振荡。满足振幅和相位条件，产生振荡。
