第4章 节 　正弦波振荡器 高频电路基础课件ppt 高频电路原理与分析.ppt

第4章　正弦波振荡器;4.1 反馈振荡器的原理 4.1.1 反馈振荡器的原理分析 　　反馈型振荡器的原理框图如图4-1所示。由图可见，反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路，放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作负载，是一调谐放大器，反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。为了能产生自激振荡，必须有正反馈，即反馈到输入端的信号和放大器输入端的信号相位相同。;图 4-1 反馈型振荡器原理框图 ;　　对于图4-1，设放大器的电压放大倍数为K(s)，反馈网络的电压反馈系数为F(s)，闭环电压放大倍数为Ku(s)，则 (4-1) 由 (4-2) (4-3) (4-4) ;得 (4-5) 其中 (4-6) 称为反馈系统的环路增益。用s=jω代入，就得到稳态下的传输系数和环路增益。由式(4-5)可知，若在某一频率ω=ω1上T(jω1)等于1，Ku(jω)将趋于无穷大，这表明即使没有外加信号，也可以维持振荡输出。因此自激振荡的条件就是环路增益为1，即 T(jω)=K(jω)F(jω)=1 (4-7) 通常又称为振荡器的平衡条件。;式中，ZL为放大器的负载阻抗 (4-11) Yf(jω)为晶体管的正向转移导纳。 (4-12) ZL应该考虑反馈网络对回路的负载作用，它基本上是一线性元件。　　是电流的基波频率分量，当晶体管在大信号工作时，它可对ic的谐波分析得到。　　与　　成非线性关系。因而一般来说Yf和K都是随信号大小而变化的。;　　由式(4-3)可知，F(jω)一般情况下是线性电路的电压比值，但若考虑晶体管的输入电阻影响，它也会随信号大小稍有变化(主要考虑对　　的影响)。为分析方便，引入一个与F(jω)反号的反馈系数 (4-13) 这样，振荡条件可写为 (4-14) 即振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为 (4-15a) (4-15b);　　在平衡状态中，电源供给的能量正好抵消整个环路损耗的能量，平衡时输出幅度将不再变化，因此振幅平衡条件决定了振荡器输出振幅的大小。必须指出，环路只有在某一特定的频率上才能满足相位平衡条件，也就是说相位平衡条件决定了振荡器输出信号的频率大小，解　　　得到的根即为振荡器的振荡频率，一般在回路的谐振频率附近。;4.1.3 起振条件 　　振荡器在实际应用时，不应有图 4-1所示的外加信号Us(s)，应当是振荡器一加上电后即产生输出，那么初始的激励是从哪里来的呢？ 　　振荡的最初来源是振荡器在接通电源时不可避免地存在的电冲击及各种热噪声等，例如: 在加电时晶体管电流由零突然增加，突变的电流包含有很宽的频谱分量，在它们通过负载回路时，由谐振回路的性质即只有频率等于回路谐振频率的分量可以产生较大的输出电压，而其它频率成分不会产生压降，因此负载回路上只有频率为回路谐振频率的成分产生压降，该压降通过反馈网络产生出较大的正反馈电压，反馈电压又加到放大器的输入端，进行放大、 反馈，不断地循环下去，谐振负载上将得到频率等于回路谐振频率的输出信号。;　　在振荡开始时由于激励信号较弱，输出电压的振幅Uo较小，经过不断放大、反馈循环，输出幅度Uo逐渐增大，否则输出信号幅度过小，没有任何价值。为了使振荡过程中输出幅度不断增加，应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应为增幅振荡，因而由式(4-8)可知 T(jω)1 称为自激振荡的起振条件，也可写为 (4-16a) (4-16b) 式(4-16a)和(4-16b)分别称为起振的振幅条件和相位条件，其中起振的相位条件即为正反馈条件。;　　振荡器工作时怎样由|T(jω)|1 过渡到|T(jω)|=1 的呢？ 我们知道放大器进行小信号放大时必须工作在晶体管的线性放大区，即起振时放大器工作在线性区，此时放大器的输出随输入信号的增加而线性增加；随着输入信号振幅的增加，放大器逐渐由放大区进入截止区或饱和区，进入非线性状态，此时的输出信号幅度增加有限，即增益将随输入信号的增加而下降，如图4-2所示。所以，振荡器工作到一定阶段，环路增益将下降。当|T(jω)|=1 即工作到图4-2(b)中A点时，振幅的增长过程将停止，振荡器到达平衡状态，进行等幅振荡。因此，振荡器由增幅振荡过渡到稳幅振荡,是由放大器的非线性完成的。需要说明的是，电路的起振过程是非常短暂的，可以认为只要电路设计合理，满足起振条件，振荡器一通上电，输出端就有稳定幅度的输出信号。;4.1.4 稳定条件 　　处于平衡状态的振荡器应考虑其工作的稳定性，这是因为振荡