第4章 正弦波振荡器.ppt

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1、1第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器 概述概述:功能功能:收端本振产生收端本振产生,发端载波产生发端载波产生,要求要求:f稳稳,Um稳稳,波形好波形好 分类分类:1.反馈式反馈式,负阻负阻 2.正弦波振荡器，非正弦波振荡器正弦波振荡器，非正弦波振荡器 3.RC振荡器（几百振荡器（几百KHz），），LC振荡器振荡器,晶体振荡器晶体振荡器2第一节第一节 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理 一一 方框图以及平衡条件方框图以及平衡条件:1.组成形式及自激条件组成形式及自激条件 放大器放大器+反馈网络及反馈网络及 选频网络选频网络 K(S)放大器放大器 F(S)反馈环节反馈环节 闭环传递函数闭环传递函

2、数 Ku(S):由由()()()()()()oiioUsK sU sU sF sUs()()()()()()()isisiU sU sU sU sK S F S U s3可以得到可以得到:当当 即没有外加信号即没有外加信号,也可以维持振荡输出也可以维持振荡输出.()11 ()1()()1()()()()()=()()()()()()()1()()isiioiuSsU sUsK S F ST SUsT SK S F SU sUsK S U sK SKUsUsK S F S其中称为环路增益(s)()()()()1()()CbubCUUK jKjK jF jK jF jUU其中()()1,()uK

3、jF jKj 时4故自激故自激(平衡平衡)条件为条件为也可以表示为也可以表示为:振幅条件振幅条件:相位条件相位条件:12(0,1,2,3.)kFKFn n ()()1K jF j()()1 ()()1 K jF jK jF j形成增幅震荡形成减幅震荡52.Y参数电路自激参数电路自激(平衡平衡)条件条件:电压放大系数电压放大系数:正向传输导纳正向传输导纳:反馈系数反馈系数:引入引入 ()()CofeLbiUUK jYjZUU 11()feLjjccfefeLLbcIUYjY eZR eUI()bcUF jU()()FjbcUFjF jF eU 6所以所以,自激条件为自激条件为:则振幅条件则振幅条

4、件:相位条件相位条件:()()()()()()()1 (1)feLfeLT jK jF jYjZ F jYjZ Fj 环路增益等于()()1 feLYjZ Fj.12 0,1,2,.feLfeLFY R Fnn 7并联并联LC回路回路:其相频特性为其相频特性为:而而 ,相位条件满足相位条件满足 ,在在 处处,若振幅条件满足若振幅条件满足,即二条件均满足即二条件均满足,产产 生振荡生振荡.00012PLRZj Q1002LLtgQ,feF与 无关()LfeF 18 二二 起振条件起振条件:满足振荡条件下满足振荡条件下,振荡建立过程应振荡建立过程应 放大特性为非线性放大特性为非线性,反馈特性为线性

5、反馈特性为线性.1feLY R F.1,.,bfeLbbAfeLUYRUUYRF时满足起振条件,(大信号因而放大倍数下降)9过程过程:电子骚动电子骚动-放大选频放大选频-增幅增幅等幅等幅(A点点,平衡点平衡点)10 三三 稳定条件稳定条件:外界因素使外界因素使f(或或 )或振幅变化或振幅变化,能否自动恢复平衡能否自动恢复平衡?1.幅度条件幅度条件:做做 曲线组曲线组.分析分析A点是否为稳定平衡点是否为稳定平衡?.1feLbbYRUUF 000AbA()U .UbbAbAcbbAUUUKKKUUb外界条件使振荡时为U即输出增加 输入增加最终增至00AU.bbAcbbAUUKKUU同理,外界使11

6、所以所以,幅度稳定条件为幅度稳定条件为:放大特性斜率小于放大特性斜率小于0.显然显然:2.相位条件相位条件:可见可见,相位条件为相位条件为:曲线斜率为负曲线斜率为负00bKU0bKU 稳定性bbLbbbbLbbUUUUUUUU干扰 0L1213互感耦合振荡器互感耦合振荡器14第二节第二节 Lc振荡器振荡器 一一.构成原则构成原则:晶体管与晶体管与Lc回路按三端式结构连接回路按三端式结构连接.按照相位条件满足构成按照相位条件满足构成.为电抗为电抗,可为感抗或容抗可为感抗或容抗.根据相位条件根据相位条件,需需:射同余异射同余异即即 射极相同射极相同,其余相反其余相反(与射极相连与射极相连 的电抗的

7、电抗 性质必须相同性质必须相同,另一另一 个余下的个余下的 则为异性电抗则为异性电抗)说明说明:a.回路对回路对f0谐振谐振,则总电抗之和为零则总电抗之和为零:即即:123,XXX12,XX3XIc.VUb.Uc.X2X1X3I.1231230XXXXXX15b:谐振回路必须由异性电抗构成谐振回路必须由异性电抗构成,则则 必与必与 异性异性.222312102121:,00,.bccbbcbbcXXUUUXXXUXUUUUUXXXXX 即而 与反向与同相与相差即要求为正 可见二者为同性质电抗3X12,XX16例例:两种基本的三端式电路两种基本的三端式电路:LC2C1V(a)CL2L1V(b)X

8、2X1X3X3X1X2 电容反馈（考必兹）振荡器电容反馈（考必兹）振荡器;电感反馈（哈特莱）振荡器电感反馈（哈特莱）振荡器 17判断下图所示振荡器哪些是由基本三端式电路演变而判断下图所示振荡器哪些是由基本三端式电路演变而来的？如不是判断可否震荡？来的？如不是判断可否震荡？18112233112233112233112233LCL CL CLCL CL CLCL CL CLCL CL C试分析哪种情况下可以振荡，是何种类型的振荡器？试分析哪种情况下可以振荡，是何种类型的振荡器？19 作业：P177 41，43，44，20 二二.电容三端式振荡器电容三端式振荡器(Colpitts考必兹考必兹)1.

9、线路线路(要保证要保证 放大放大+反馈反馈+选频选频)实际线路实际线路 交流等效电路交流等效电路 LC提供直流馈电提供直流馈电,Cb耦合耦合 R1,R2,Re,Ce组合偏压组合偏压(组合偏压有利于稳定组合偏压有利于稳定Q点点,稳定稳定 振幅振幅.)CbR1R2CeReC1C2EcLLc(a)VLC2C1V(b)212.高频等效电路高频等效电路 晶体管振荡器晶体管振荡器,起振时工作于小信号放大状态起振时工作于小信号放大状态,可用小可用小信号参数信号参数1.反馈系数反馈系数F(jw)(忽略忽略 旁路旁路),iemgg()fKF jFF212111bfcUCCKUCCieg222.接入系数接入系数:

10、(CE)管子接入管子接入LC回路回路等效到等效到c-e端的总谐振电导端的总谐振电导:121211211212120211 1CTLCUCCC CPCUCCCCCC CCCggp2220211 ()LoeLieoefiefLggggggKgKFpR其中22222 biebiecieiefiecUg Ug UggKgU由233.起振条件起振条件(对对gm的要求的要求)由振幅起振条件由振幅起振条件:4.振荡频率振荡频率:由高频等效电路求得由高频等效电路求得 的表达式的表达式:1feLfeLY R FY Fg，oeLie4-31=(g+g)+g5 10 0.53.5 10 3.5 :3 5,0.10.

11、5LLfemmfffLfmmLmLfggYggKFKKgFKgg R Fg R FK 例：时因此起振时一般bbUU2L122*11()111mbiemboeieieg Ugj CgUggj Cj Lgj Cj Lgj C bb由U电阻 分压系数U24振荡时振荡时 ,化简令虚部为零化简令虚部为零,有有:可解出振荡频率可解出振荡频率:1bUbU312L12()()0ieoeCCLgggLC C10212012()()11ieoeLieoeLggggggLCC CC C3-24302oe01201212101210 =1.2 10 g5 10 6 10()111 ieLieoeLgCgCgggC C

12、C CCLCCC 故振荡频率53ie412502 10 r11025 1050,20,40oeoeieLLrKgKgRKgfMHZ CPF CPF 例：例：25 例:已知电容三端式电路已知电容三端式电路 晶体管晶体管 求求02,10,4.3,41.ieoeiRKRKCPF CPF1236,680,2.5,CPF CPF LuH0100,Q 0f(1)(2)K (3)(4)?mfg1反馈系数 接入系数 P起振条件对 要求1102212120:(1)364.340 C68041720C C=38C1 f16.32iCCCPFCCPFCPFCMHZLC解26(2)反馈系数反馈系数(3)接入系数接入系

13、数(4)起振条件起振条件:回路空载损耗电阻回路空载损耗电阻:12401 72018bffcUCKKUC211127200.95 P72040CTUCPUCC60000122.5*101002538*10LRQLQKC27320232231111125*10*10*100.95182*10100 44 1.54()146LoefiegggK gPusus63:18*146*102.6*10 sLmfggK故要求28 三三.电感三端式电感三端式(Hartley,哈特来哈特来)振荡器振荡器 CbR1R2CeReL1CEc(a)VL2Ucb.Ub.CL2L1V(b)分析与电容三端式类似分析与电容三端式

14、类似.29211112oeLie0121012 21=(g+g)+g1 L=L21()()bcfcTLmfffieoeLUULMLMKPULMULLMggKKKLMLCLCgggL LM30比较比较 电容三端式电容三端式 电感三端式电感三端式电容有滤波作用电容有滤波作用,波形好波形好改变抽头位置即可改变反改变抽头位置即可改变反馈系数馈系数,较方便较方便可由极间电容取代可由极间电容取代C1,C2最高工作频率相对较高最高工作频率相对较高工作频率高时，极间电容工作频率高时，极间电容可能改变电感的性质，所可能改变电感的性质，所以频率低以频率低改变频率时，改变反馈系数，改变频率时，改变反馈系数，可能停振

15、，所以固定频率可能停振，所以固定频率改变频率不影响反馈系数改变频率不影响反馈系数,因而工作频率范围较宽。因而工作频率范围较宽。31 四四 改进的电容三端式电路改进的电容三端式电路(Clapp 克拉泼电路克拉泼电路)前面讲的两种电路前面讲的两种电路(考必兹、哈特莱考必兹、哈特莱),都会因为晶体管结都会因为晶体管结电容电容Cie,Coe受温度的影响而变化受温度的影响而变化,稳定性差稳定性差.故对电路进故对电路进行改进行改进.1.增加电容增加电容C3(克拉泼克拉泼):串联改进串联改进(a)实际电路实际电路;(b)交流等效电路交流等效电路 32 通常通常则回路电容则回路电容:振荡频率为振荡频率为:反馈

16、系数反馈系数:由于振荡频率由于振荡频率 不受结电容影响不受结电容影响,所以稳定度提所以稳定度提高高!312,CC C31213123111()CC CCCCCC调谐1031LC122 ,fCKCC1仍由 C决定 反馈与调谐分开133问题问题:1.调谐范围窄调谐范围窄,主要适合于窄带工作主要适合于窄带工作.2.3.可能停振可能停振,因而因而C1,C2不能太大不能太大.同样也不能太小同样也不能太小,否则否则C3对对C影响更小影响更小,调谐范围更小调谐范围更小.4.,波段高端输出小波段高端输出小,且不易起振且不易起振.maxmin1.11.2ff111111,P.()1CTCUCPPCUC调谐对 有影响22100101(),CLLCRP RRRKC3CCfU342.并联改进型并联改进型(西勒电路西勒电路 siler)在电路中增加在电路中增加C4R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C4(b)LC1C2C3VC3C4V(a)实际电路实际电路;(b)交流等效电路交流等效电路 35接入系数接入系数 振荡频率振荡频率 调谐不影响接入系数调谐不影响接入系数,输出平稳输出平稳.波段范围宽波段范围宽:调