《正弦波振荡器》PPT课件

高频电子线路首页上页下页退出第四章正弦波振荡器第一节概述第二节反馈型LC振荡原理第三节反馈型LC振荡器第四节振荡器的频率稳定原理第五节高稳定度的LC振荡器第六节晶体振荡器主要内容高频电子线路退出下页上页首页ly音频放大高频振荡倍频高频放大调制缓冲传输线话筒声音（直流电源未画）高频放大fsfs本地振荡fo混频fo–fs=fifi低频放大检波中频放大FF高频电路振荡器在高频中的应用高功放不需外加激励，自身将直流电能转换为交流电能。高频电子线路退出下页上页首页ly第一节概述一、振荡电路的功能在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率,一定波形,一定振幅的交变振荡信号输出。高频电子线路退出下页上页首页ly第一节概述二、振荡电路的分类正弦波振荡器非正弦波振荡器反馈型负阻型(100MHz以上)振荡器RC振荡器LC振荡器晶体振荡器按波形分按原理分按元件分高频电子线路退出下页上页首页ly用途：•（1）在通信方面，正弦波振荡器可以用来产生运载信息的载波和作为接收信号的变频或解调时所需要的本地振荡信号；（2）医用电疗仪中，用高频加热。高频电子线路退出下页上页首页ly三、主要技术指标1、振荡频率；2、频率稳定度；3、振荡幅度；4、振荡波形.高频电子线路退出下页上页首页ly由于大多数振荡器都是利用LC回路来产生振荡的，因此应首先研究LC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备知识。LCR自由振荡电路所谓“谐振”，就能量关系而言，是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。高频电子线路退出下页上页首页ly1）一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。释放与接收能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。2）一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。在晶体管振荡器中，这个能源就是直流电源。3）一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以维持等幅振荡。这是由有源器件和正反馈电路完成的。高频电子线路退出下页上页首页ly第二节反馈型LC振荡原理一、组成反馈型LC振荡器是由调谐放大器和正反馈网络构成.调谐放大器正反馈网络AF条件①放大器必须是调谐放大器,具有选频滤波的功能②反馈网络必须是正反馈高频电子线路退出下页上页首页ly二、振荡的建立与起振条件(书)调谐放大器反馈网络高频电子线路退出下页上页首页ly自激振荡电路无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内部噪声等。初始信号中，满足相位平衡条件的某一频率0的信号应该被保留，成为等幅振荡输出信号。（从无到有）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。因此，起振阶段要求（由弱到强）起振条件10FAπ2FAn高频电子线路退出下页上页首页lynFA21、起振条件A0F＞1(n=0，1，2，…，n)物理意义是振荡为增幅振荡物理意义是振荡器闭环相位差为零，即为正反馈。微小的扰动电压经放大选频反馈再放大再选频再反馈‥‥如此循环,振荡电压就会增长起来,建立了振荡.振幅起振条件起振过程:晶体管电流从零跃变到某一数值相位起振条件其中，A0为当电源接通时的电压增益。高频电子线路退出下页上页首页ly结论：振荡器起振时，迅速增长，而后振荡建立过程的波形下降，Ui的增长速度变慢，直到时，振荡器进入平衡状态。在相应的振幅在维持等幅振荡。如图所示。A0F＞1，UiAFAF=1Ui停止增长，高频电子线路退出下页上页首页ly在实际电路中，为了帮助振荡器在起振过程中，将状态自动调节为平衡时的状态，从而减弱管子的非线性工作程度，以改善输出信号波形，减少失真，通常采用图所示的电路形式，这是一带有直流负反馈电阻ER的振荡电路。振荡器的偏置效应A0F＞1AF=1三、振荡的平衡与平衡条件(书)高频电子线路退出下页上页首页ly、电阻的作用是：电路在刚起振时，让正反馈占主导；而在起振过程中，随着幅度的增大，使负反馈量随之增加，从而降低放大器增益，达到平衡，图中偏置电阻、、使晶体管的静态工作点为1BR2BRERQ振荡器的偏置效应（b）偏置电路高频电子线路退出下页上页首页ly起振时晶体管处于甲类状态，增益较高，起振后，随着不断增大，晶体管进入非线性区，导致电流正负半周不对称（见图（c）），的平均分量增大，使，在发射极电阻上的压降增大。同理，的平均分量也相应增大。使静态工作点改变。iV()ECiiEi0EI0EEQII0EEIRERBi0BI振荡器的自偏置效应高频电子线路退出下页上页首页ly直流偏置随着起振的过程不断降低，工作点不断左移，放大器工作状态从甲类向乙类，甚至丙类过渡（见右图）。上述现象称之为振荡器中的自偏压效应。工作点越低，放大器的增益越小，从而在起振的过程中环路增益不断降低，最终达到振幅平衡。振荡器的自偏置效应具有自偏压的振荡器环路增益iV振荡器的环路增益随的变化曲线如图中虚线所示。高频电子线路退出下页上页首页ly三、振荡的平衡与平衡条件1、振荡的平衡条件平衡过程：刚起振时A0F1，增幅振荡，随着反馈回来的输入振幅的不断增大，谐振放大器进入非线性状态。非线性状态电压增益A随着振幅增大而降低,直到AF=1时,达到平衡.nFA2AF=1(n=0，1，2，…)物理意义:等幅振荡物理意义:正反馈稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从AF1到AF=1。（由增到稳）高频电子线路退出下页上页首页ly用电路参数表示:11FZYpfeYjfeicfeeYUIY1其中:ZjpccpeZIUZ1111FjcfFeUUF12、平衡条件的另一种表示形式称为晶体管的平均正向传输导纳，ФY为集电极电流基波分量与基极输入电压的相位差。称为谐振回路的基波阻抗，ФZ为相位差。称为反馈系数，ФF为相位差。高频电子线路退出下页上页首页ly振幅平衡条件：相位平衡条件：（n=0,1,2…）11fepYZF2YZFn2、平衡条件的另一种表示形式由于电路中有源器件、寄生参量及阻隔元件的影响，，为了使电路工作在相位平衡状态，，因此振荡器的频率并不等于回路的谐振频率。回路处于微小失谐状态。为简化问题，通常都近似地认为振荡频率就等于回路的谐振频率。0FY0Z当振荡器的频率较低时，输入电压、集电极电流基波分量、集电极输出电压、反馈电压都可认为是同相的，满足相位平衡条件。高频电子线路退出下页上页首页ly稳定平衡:是指因某一外因的变化，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。平衡的稳定条件也包含振幅稳定条件和相位稳定条件。四、振荡平衡状态的稳定条件1、振幅平衡的稳定条件0CQCUUcUA振幅平衡的稳定条件:物理意义:A随放大器输出电压的变化为负斜率反馈型振荡器的电压增益与振幅的关系（软激励）高频电子线路退出下页上页首页lyB点也满足振幅平衡的条件A=1/F，而此点的，不能满足稳定条件。0CBCUUCUAQ点为稳定平衡点.0CQCUUcUA消除这种情况的方法:①调节静态工作点②选择适当的反馈系数不是所有的平衡点都是稳定的。振荡特性（硬激励）这种振荡器不能自行起振，需要预先加一个一定幅度的信号才能起振，应避免。高频电子线路退出下页上页首页ly2、相位（频率）稳定条件在讨论相位稳定条件之前，有两点需要说明：•①任何正弦振荡()cosmtVt的角频率ω与相位的内在关系是：ddt这就是说，相位变化必然引起频率变化。在相同时间内，相位超前，意味着频率必然上升；相位滞后，必然是频率下降，因此振荡器的相位稳定条件也就是振荡器的频率稳定条件。•②一个正弦波振荡器的角频率osc值是根据其相位平衡条件求出的，也就是说在此频率osc处，经过一个循环，反馈振荡器的反馈电压fV与iV相位相差2，环路增益的相位为2（或者为2n,n=0,1,2.3…）。高频电子线路退出下页上页首页ly2、相位平衡的稳定条件是指当相位平衡条件遭到破坏时，电路本身能重建新的平衡的条件。相位平衡条件，可得0YZF()ZYFYF并联回路的相频特性（1）设在osc处，满足相位平衡条件（2）由于外界因素的影响，使A、当0时，说明fV超前iV一个相角，使每次经过放大和反馈后，fV一次比一次超前iV，振荡周期缩短振荡频率升高。YF增大，产生一个增量ΔФ高频电子线路退出下页上页首页ly滞后B、当0时，说明fViV一个相角，使每次经过放大和反馈后fV一次比一次滞后iV，使振荡周期增长，频率降低。所以振荡频率随的变化关系为：0则可抵消外界因素的影响。上式说明外因引起的相位变化与频率的关系是：相位超前导致频率升高，相位滞后导致频率降低。为了保持振荡器相位平衡点稳定，振荡器本身应该具有恢复相位平衡的能力。如果振荡电路产生一个新的相位变化0高频电子线路退出下页上页首页ly2、相位平衡的稳定条件0CZ相位平衡的稳定条件:并联回路的相频特性LC并联谐振回路不但是决定振荡频率的主要角色，而且能够稳定振荡频率。由第二章的分析知：LC并联回路的相频特性具有负斜率变化的规律。高频电子线路退出下页上页首页ly总结:)2,1,0(2nnFA0CQCUUcUA0CZ10FA1AF)2,1,0(2nnFA起振条件平衡条件平衡的稳定条件高频电子线路退出下页上页首页ly第三节反馈型LC振荡器反馈型LC振荡器是由调谐放大器和正反馈网络构成.按反馈耦合元件可以分为：互感耦合振荡器通过电感线圈L1与L2的互感M实现反馈。电容反馈式振荡器依靠电容产生反馈电压构成的振荡器称为电容三点式振荡器又称考比兹振荡器。电感反馈式振荡器依靠电感产生反馈电压构成的振荡器，称为电感三点式振荡器，又称哈特莱振荡器。高频电子线路退出下页上页首页ly放大器与振荡器本质上都是将直流电能转化为交流电能，不同之处在于：放大器需要外加控制信号而振荡器不需要。因此，如果将放大器的输出正反馈回输入端，以提供控制能量转换的信号，就可能形成振荡器。如果由LC谐振回路通过互感耦合将输出信号送回输入回路，所形成的是互感耦合振荡器。高频电子线路退出下页上页首页ly一、互感耦合振荡电路②通过与的互感M实现反馈。1L2L①放大器为共基调谐放大。③正反馈由耦合线圈的同名端决定。1、电路形式判断相位平衡条件是否满足，通常可以采用瞬时极性法判断是否是正反馈。2、判断振荡的方法++++⊕互感耦合振荡电路①共基调集型要满足正反馈则要求e端和c端极性相同。高频电子线路退出下页上页首页ly②共射调基型“共射”电路输入阻抗较低，晶体管与回路采用部分接入+++-⊕高频电子线路退出下页上页首页ly③共基调射型++--+⊕高频电子线路退出下页上页首页ly3、互感耦合振荡器的振荡频率CLf10214、互感耦合振荡电路的特点优点：互感耦合振荡电路在调整反馈（改变M）时，基本不影响振荡频率缺点：振荡电路的振荡频率的大小并不完全取决于LC回路，而是与晶体管参数、电路的工作状态以及负载有关。所以，互感耦合振荡器的频率稳定度较差，且由于互感耦合元件分布电容的存在，工作频率不易过高，应用于中短波段。高频电子线路退出下页上页首页ly二、电容反馈振荡电路1、电路形式晶体管的三个极（c.e.b）分别连接于回路电容的三端，称为电容三点式振荡器，也称为考比兹振荡器。ceb高频电子线路退出下页上页首页ly2、相位平衡条件（正反馈）ebU振荡器的等效电路电压向量图高频电子线路退出下页上页首页lya、振荡要建立必须满足。3、起振条件01AFrey由于外部反馈作用远大于内部反馈，忽略的作用，交流小信号等效电路（起振时工作于小信