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高频电子线路 第四章 正弦波振荡器 说 明 本章主要讨论反馈振荡器的基本工作原理 ，LC正弦波振荡器、晶体振荡器、RC振荡器，对负阻振荡器和一些特殊振荡现象作一简要介绍。 要求： ！熟练掌握振荡器的起振条件和平衡条件，！熟练掌握三点式振荡器的组成法则，能计算振荡器的环路增益 掌握晶体的电抗特性及晶体振荡器的基本电路形式 了解三种RC振荡器 了解负阻振荡器的分析方法。 4.0 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 2、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 3、振荡器构成 振荡器正常工作，必须有以下四个部分 放大器：至少有一个有放大作用的有源器件 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 频率决定元件或回路：振荡器必须有频率决定元件或回路，如电阻、电容、电感、和晶体，以及它们构成的选频回路、相移网络、或延时网络 电源：为振荡器提供能源 4、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 5、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，因此要对它进行分析，至少需求解一个二阶以上的非线性微分方程 方程求解烦冗 采用CAD方法，如用PSPICE进行瞬态分析 4.1 反馈振荡器的工作原理 反馈振荡器的工作原理 以互感耦合LC振荡器为例，根据反馈振荡器的工作原理，说明反馈型正弦波振荡器达到稳定振荡的三个基本条件 起振条件：首先，要让振荡器自己振起来（自激振荡） 平衡条件：其次，保证振荡器环路中的能量补充恰好抵消能量消耗，达到环路平衡 稳定条件：最后，还要保证振荡器是稳定的，如果外加干扰使得振荡器偏离了环路平衡状态，振荡器系统应能自动恢复到原来的平衡状态 反馈振荡器的工作原理 带有反馈的放大器 正弦波振荡器需要频率决定网络 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K(j?osc)F(j?osc)=1 1.反馈振荡器的平衡条件 （开环）环路增益 平衡条件 振幅平衡条件：开环增益的模为1 相位平衡条件：UF与Ui同相，满足正反馈 振荡频率与谐振回路中心频率 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 2.反馈振荡器的起振条件 反馈振荡器的平衡输出，是靠振荡器接通电源瞬间产生的电流突变以及电路内各种微弱噪声通过振荡环路内的选频回路的频率选择，循环送入放大器放大、反馈回路反馈而形成的 为了保证输出信号从无到有，幅度不断增长，在振荡建立过程中，反馈电压UF和原输入电压Ui(噪声)必须同相，并且|U’i||Ui| 反馈振荡器的起振条件 振幅条件 相位条件 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Ui不断增大，放大器从小信号工作状态进入大信号工作状态 如果外界不加任何措施，放大器将从线性进入非线性工作（出现饱和与/或截止） ，此时放大器增益A的估算一般采用大信号平均参数（如平均跨导） 准线性方法 大信号非线性工作，晶体管集电极有丰富的谐波分量，输出信号有波形失真 稳幅措施 反馈振荡器起振条件为T=KF1，保证了输出信号幅度的不断增长，但随后必须限制其增长，使其达到平衡，即满足平衡条件T=KF=1 振荡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 晶体管本身的非线性，使得放大器的放大倍数A随输入信号的增大而减小（上图） 也可采用外加措施帮助振荡器由T1自动调节到T=1，从而改善输出信号波形，减小失真 特别是不要让晶体管工作于饱和区，因为饱和区的晶体管输出阻抗很低，并联在选频环路上，将使