优·第四章 正弦波振荡器.ppt

高频电子线路 第四章 正弦波振荡器 引言 振荡器是一种不需外加信号激励而能自动将直流能量变换为周期性交变能量的装置 从能量的观点看，放大器是一种在输入信号控制下，将直流电源提供的能量转变为按输入信号规律变化的交变能量的电路。 而振荡器是不需要输入信号控制，就能自动地将直流电源的能量转变为特定频率和幅度的交变能量的电路。 （１）振荡器分类 按振荡波形分类 正弦波振荡器、非正弦波振荡器 按工作机理分类 反馈振荡器、负阻振荡器 按选频网络分类 LC振荡器、RC振荡器、晶体振荡器 压控振荡器、压控晶体振荡器 集成振荡器、开关电容振荡器 （２）振荡器构成 振荡器正常工作，必须有以下四个部分 放大器或有源器件：至少有一个起能量变换作用的换能机构。 正反馈通路或负阻：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，以保证有稳定的振荡 选频网络：振荡器具有单一频率 稳幅：一个对振荡强度具有自动调整作用的非线性元件。 （３）振荡器应用 通信系统中有广泛的应用 混频器的本振信号 调制的载波信号，解调的本地载波信号 时钟、定时电路，电子测量设备的基准信号 工业生产部门广泛应用的高频电加热设备 微波炉，电疗设备 （４）对正弦波振荡器的分析 正弦波振荡器是一个含有非线性元件和储能元件的闭环系统，它是一个非线性动态网络，可采用求解非线性微分方程或计算机辅助分析法。 4.1 反馈振荡器的原理 反馈振荡器的工作原理 放大网络＋反馈网络 正弦波振荡器需要选频网络 反馈振荡器中，放大器单元的输入就是反馈网络的输出电压（反馈电压）。 正弦波振荡器要求输出角频率为?osc的正弦波，即只能在频率?osc上满足A(j?osc)F(j?osc)=1。 振幅平衡条件：开环增益的模为1 相位平衡条件：VF与Vi同相，满足正反馈 举例 讨论： 反馈振荡器的相位平衡条件，决定了它的振荡频率。 反馈振荡器的相频特性主要由环路中的选频回路决定。 选频回路的Q值越大，相频特性的斜率越陡，选频回路的选频功能就越好，反馈振荡器的振荡频率?OSC就越接近于选频回路的中心频率?0 振荡器的振荡频率近似等于选频回路的中心频率 起始信号：振荡器接通电源瞬间产生电流突变；电路内存在各种微弱噪声。 特点：很微弱，占据频带很宽。 电扰动通过振荡环路选频、放大、反馈而形成振荡。 起振过程中的信号分析 起振初始，放大器工作于小信号状态 线性工作状态，可用晶体管小信号等效电路计算其增益A。为了获得较高的增益A，要适当设置晶体管工作点。 振荡建立过程中，环路增益T恒大于1，放大器的输入Vi不断增大，放大器从小信号工作状态进入大信号工作状态。 稳幅措施 起振条件为T=AF1，输出信号幅度的不断增长，而后必须限制其增长，使其达到平衡，满足平衡条件T=AF=1。 环路中必须有一个非线性器件，其参数随信号的增大而变化，达到限幅的目的。 振荡器进入平衡状态后，假设受到外界的扰动，将会破坏其原来的平衡状态。 干扰消失后，振荡器若能自动恢复到原来的平衡状态，则称之为是稳定的平衡状态。 否则，称之为是不稳定的平衡状态。 振幅稳定条件 某个平衡点上，若外界扰动使得振荡器的输入幅度增大，环路增益减小，反馈电压减小；若外界扰动使得振荡器的输入幅度减小，环路增益增大，反馈电压增大，为稳定的平衡状态，反之为不稳定的平衡状态。 振幅稳定条件的讨论 随着振荡幅度加大，放大器增益（以及环路增益）将自动降低；反之，振荡幅度减小放大器增益增大，以保证T=AF=1。 相位稳定条件 正弦振荡的角频率是相位随时间的变化率， 相位的瞬时变化必然引起频率的变化。 相位超前（周期缩短），意味频率上升；相位滞后 ，意味频率下降，相位稳定条件即是频率稳定条件。 在频率?OSC处(平衡点)，经过一个循环，反馈电压与输入电压相位差2?（2n?）。 相位稳定条件的讨论 自给偏置 （加固定偏置） 起振时，晶体管处于A类放大，增益高 小结：反馈振荡器振荡的三大条件 （1）互感耦合LC振荡器 为了保证正反馈(输入与反馈同相)，互感耦合线圈的同名端必须正确 共基同极性 共发反极性 画交流通路：例1、旁路、耦合电容短路 例2、耦合、旁路电容短路 例3、大电阻开路 （2）晶体管输入电阻对回路Q值的影响 LC谐振回路两端一般接在集电极输出端，晶体管的输入阻抗很低（共基、共发放大器），如果直接从集电极输出端（LC回路两端）取电压反馈回输入端，小的晶体管输入电阻并联在LC谐振回路两端，会大大降低回路的谐振电阻和Q值。 三点式振荡器采用LC回路部分接入的形式，降低晶体管的输入阻抗对回路的影响。 LC振荡器小结 LC振荡器是以LC并联谐振回路作为选频回路的振荡器。 即要保证从输出端引