频率的稳定条件

1第4章正弦波振荡器概述反馈型LC振荡原理反馈型LC振荡器振荡器的频率稳定原理高稳定度的LC振荡器晶体振荡电路RC正弦波振荡器24.1概述一、振荡器的功能在无输入信号情况下，将电源的直流能量转换成具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号能量输出。二、振荡器与放大器的区别振荡器：不需外加激励信号相同点：直流能量交流能量不同点：放大器：需外加的激励信号3振荡器正弦波非正弦波：反馈型振荡器负阻型振荡器LC振荡器晶体振荡器RC振荡器三、振荡器的分类产生三角波、锯齿波、矩形波等负阻器件+振荡回路（正反馈原理）4四、正弦波振荡器的用途高频加热设备医疗仪器发射机(载波频率fc)接收机(本地振荡频率fL)数字系统：时钟信号通信系统：测量仪器：信号源高频能源：五、主要技术指标振荡频率、振荡波形、振荡幅度、频率稳定度54.2反馈型LC振荡原理定义：从放大器的输出信号中取出一部分反馈到输入端作为输入信号，无需外部提供激励信号，能产生等幅正弦波输出称为反馈型振荡器。一、反馈型正弦波振荡器的组成正反馈网络放大器iUoUfU（选频网络）6组成：放大器──是对反馈信号进行放大；正反馈网络──是将输出回路中的能量取出一部分加到放大器的输入端；选频网络──是获得单一确定的振荡频率；稳幅环节──使振荡的输出稳定。内稳幅外稳幅利用放大器件的非线性7二、振荡的建立与起振条件FjFeUUF.o.f.AAUUAji.o..e放大器的电压增益：反馈系数：i..fUU即这时调谐放大器与反馈网络就构成了自激振荡器。ioofifUUUUUUT当环路增益..FA1调谐放大器反馈网络－iU＋－fU＋－oU＋8接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内部噪声电压等，都可作初始输入信号，这些电扰动均具有很宽的频谱，包含着各种频率分量，经选频网络，使得只有某一频率(W0)的信号能反馈到放大器的输入端，而其它信号被抑制。无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？（从无到有）9－fU＋－oU＋iU调谐放大器反馈网络10然而，一般初始信号很微弱，很容易被干扰信号淹没，不能形成一定幅度的输出信号。若反馈电压与输入电压同相且具有更大的振幅，则经过线性放大和反馈的不断循环，振荡电压uo振幅就会不断增大。（由弱到强）因此，起振阶段要求……………?11i..fUU起振条件：1T..0.FAπ20nFATn=0,1,2…10FAT1ifUUT即振幅起振条件相位起振条件增幅振荡正反馈－fU＋－oU＋iU调谐放大器反馈网络12End当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加。稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡，进入等幅振荡状态。（由增到稳）故平衡条件为………?131...FAT1AFT振幅平衡条件π2FATnn=0,1,2…相位平衡条件平衡条件：等幅振荡14放大器进入平衡的原因?放大器固有的非线性特性平衡时，放大器工作于什么状态？结论：振荡器起振后由甲类逐渐向甲乙类、乙类或丙类过渡。最后工作于什么状态完全由A0.F的值来决定。15四、振荡器平衡状态的稳定条件1)稳定平衡与不稳定平衡2)振荡器的稳定平衡因某一外因的变化，振荡的原平衡条件遭到破坏，振荡器能在新的条件下建立新的平衡，当外因去掉后，电路能自动返回原平衡状态。满足这样条件的平衡称为稳定平衡。163）振幅平衡的稳定条件UoOAF1Q外因变化F1/FQ1AF1（增幅振荡）输出增大Q1点达到新的平衡外因消失FAF1（减幅振荡）输出减小回到原平衡状态Q点1/F稳定QBB点不稳定：外因变化AF1（增幅振荡）输出增大Q1点达到新的平衡F1/FQ1外因消失AF1（减幅振荡）输出减小回到Q点达到平衡FQ点稳定：软激励硬激励0oooQUUUA振幅的稳定条件：即表明:在平衡点附近,放大器增益随信号振幅的变化特性具有负斜率.（应避免）A017tui0000即可得：04）相位平衡的稳定条件频率随相位变化的关系：频率与相位的关系：dtd0当ifUU超前（频率的稳定条件）相位稳定条件的意义:指当相位平衡条件遭到破坏时，电路本身能自动地重新建立起相位平衡点的条件。信号周期信号频率00当ifUU滞后信号频率0信号周期iUfUoU18zOωωo220)(@\ZFZY相位平衡的稳定条件：即要求选频网络的相频特性曲线在工作频率附近应具有负斜率。实际中的并联LC谐振回路正好具有这种相频特性。0FZYFA0或iUfUoU又因为一般Y和F对频率变化的灵敏性远小于Z,即有YZ，ZF19总结1)正弦振荡器工作条件包括1..0.FAT起振条件：平衡条件：稳定条件：1...FAT0oooQUUUA0Z保证振荡器从无到有建立起振荡保证振荡器进入平衡状态，产生持续的等幅振荡保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏振幅稳定条件相位稳定条件202)振荡器的静态工作点应设计在软激励状态4)判断能否产生正弦振荡的方法a)是否可能振荡——首先看电路供电是否正确；二是看是否满足相位平衡条件（正反馈）b)是否起振——看是否满足振幅起振条件c)是否产生正弦波——看是否有正弦选频网络3)从振荡到平衡是由晶体管非线性与自给反偏压共同作用的结果，称为内稳幅；需要外加稳幅电路的称为外稳幅214.3反馈型LC振荡器以LC谐振回路作选频网络的反馈振荡器称为LC正弦波振荡器LC振荡器互感耦合电感三点式电容三点式22一、互感耦合LC振荡器互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合量M，使之满足振幅起振条件很重要。互感耦合振荡器有三种形式：调基电路、调集电路和调射电路，这是根据振荡回路是在基极电路、集电极电路和发射极电路来区分的。判断相位平衡条件是否满足的方法：通常采用瞬时极性法。23共基调集型bce高频旁路电容1)判断是否可能振荡的基本准则：是否是正反馈。CL101振荡频率:2)是否能起振：取决于变压器是否有足够的耦合量M方法：瞬时极性法思考：若同名端改变，是否能产生振荡？24共e调b型bce高频旁路电容－共b调e型高频旁路电容ebc－－互感耦合振荡器在调整反馈(改变M)时，基本上不影响振荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高时，难于做出稳定性高的变压器。因此，它们的工作频率不宜过高，一般应用于中、短波波段。25二、电容反馈式振荡器(考毕兹电路)1、电路结构提供直流偏压、、ebbRRR21交流短路耦合电容：直流开路、,cCCb交流短路路高频旁路电容：直流开,eC交流开路高频扼流圈：直流短路,cL构成振荡回路、、LCC21直流通路交流等效电路电容三点式振荡器becC1C2L反馈信号取自C2两端262、相位平衡条件用矢量法分析其交流通路是否满足相位平衡条件，即分析电路是否为正反馈。+-iU-+ceU+-fUIiUfUceUI2211CjICjIUf可能振荡件，同相，满足相位平衡条、可见ifUU273、起振条件)1(0FA,,2211ieoeCCCCCC分析起振条件时可以利用高频小信号放大器的分析法。'2010gpg''121'2CCpC?(课后思考)283、起振条件)1(0FA,,2211ieoeCCCCCC分析起振条件时可以利用高频小信号放大器的分析法。'2010gpg?0icUUA'20oeLieggggpg''12/pCC（1）电压增益?(课后思考)29（2）反馈系数（忽略各个g的影响）211211CCCjICjIUUFcf'10'2.1feyCAFgC''2'200'111()()feoeLieoeLieCyggggpggggFgCFF（3）起振条件'01()feoeLieygggFgF①满足起振条件是选取晶体管的②从输出电导和负载电导的影响看，F越大越容易起振，从输入电导看，F不能太大。因而兼顾二者，F一般选取0.1-0.5。304、振荡频率LC10振荡频率一般可以利用相位平衡条件求解。在忽略、、等的影响，可得近似式为oegiegLg''12''22CCCCC若忽略晶体管输入电容和输出电容的影响2121CCCCCieoeCCCCCC2211,31三、电感反馈式振荡器(哈特莱电路)1、电路结构电感三点式振荡器becCbceeL2L1b反馈信号取自L2两端..32becL2L1C2、相位平衡条件+-iU-+ceU+-fUIiUfUceUI3、起振条件12LLUUFcfMLMLUUFcf12CL10反馈系数:若忽略互感M的影响则有：4、振荡频率MLLL22121LLL'01()feoeLieygggFgF..33四、电感三点式与电容三点式的比较频率不易调（调L，调节范围小）缺点：优点：(1)高次谐波成分小，输出波形好(2)振荡频率可以做得很高缺点：(2)振荡频率不能太高（1）输出波形差优点：频率易调（调C）oeCieCoeCieC34五、LC三点式振荡器相位平衡条件的判断准则bce(1)Xbe、Xce应为同性质的电抗元件；(2)Xcb与Xce、Xbe的电抗性质相反。结论：射同集（基）反(3)对于振荡频率，应满足：0cbcebeXXX35例1判断下图电路能否振荡，能振荡的属于哪种类型振荡器。36例2min021)2(,1:,uH50,pF300,pF100AfLCC倍数放大器所需的最小放大为维持振荡，）振荡频率（求考毕兹电路见图，已知37例3系？与回路谐振频率有何关振荡频率种情况是否都能振荡，试分析上述），（）（种情况：设有以下荡器的等效电路，图示是一个三回路的振03322113322112212fCLCLCLCLCLCL性见上图串联谐振回路的阻抗特）（射同基反则三端式振荡器的组成原知识点：LC2:)1(z90º-90º0º0LC38频率稳定度是衡量在各种外界条件发生变化的情况下,实际工作频率偏离标称频率的程度.在数量上常用频率偏差来表示:绝对偏差:cfff,相对偏差:cccfffff其中:f为实际工作频率,cf为标称频率频率稳定度=tffcmax即在一定时间间隔t内,频率的相对偏差的最大值.4.4高稳定度的LC振荡器一、频率稳定度的定义频率稳定度的定义：39按照时间间隔长短的不同，频率稳定度分为一天以上乃至几个月内振荡频率相对变化量主要由于器件老化。一天之内振荡频率的相对变化量主要由于温度、电源电压等外界因素变化长期频率稳定度短期频率稳定度瞬时频率稳定度秒或毫秒内振荡频率的相对变化量由电路内部噪声或突发性干扰引起。中波广播电台发射机的频率稳定度为510电视发射机的频率稳定度为710标准信号发生器的频率稳定度为~91081040二、一般电容三点式振荡电路的稳定性分析LCCCCCCCCCCieoeieoe1)()())((02121工作状态和外界条件的变化都会改变Cie和Coe的值，从而改变振荡频率f0，导致f0不稳定。oeCieC41三、串联改进型电容三点式振荡器（克拉泼振荡器CLAPP）3CC3C1，C3C23'2'11111CCCC302121LCLCf振荡频率：oeCieCoeCCC11故比较稳定无关与,0oeieCCfieCCC22优点：频率可调0330,1可改变调节CLC不受影响改变FCCCCF3'2'1'1\420g,113111CC