第4章 正弦波振荡器-基础版20081126

反馈振荡器结构 利用选频网络筛选出所需的正弦波
– LC振荡器 – 晶体振荡器
+
放大器
+
Ui
选频网路
A
Uo
RL
+
反馈网路
Uf
F
振荡的平衡条件和起振条件
振荡器的工作条件
– 为起振条件
电路开始工作时的条件
– 平衡条件
输出能够维系电路输入的条件
– 稳定条件
振荡器不易受外界干扰从而产生稳定振荡信号输出 的条件
L 1 L2
+ Uf
CE
(a)
等效电路
VCC RB1 LC CC 1
C
CC 2 RL + RB Ui
c
C C
+ CB RB 2 Ui RE
L 1 L2
+ Uf
+ RL Uo e L 1 + (b) (c)
b
CEL1 L L2 NhomakorabeaL2 U f
(a)
电路的振荡频率
回路总电容为 C 总电感 L = L1 + L2 + 2 M
C1
电容三点式振荡器分析
RB1 , RB 2 , RE 为直流偏置电阻
CB 是基极偏置的滤波电容, CC 是集电极耦合电容
f0 ≈
1 2π LC
RB1 L VCC CC C1 CB RB 2 RL RE C2
C1C2 C= C1 + C2
(a)
例
画出图示各电路的交流通路,并根据相位 平衡条件,判断电路能否产生振荡,如果 能求出振荡频率.
F
Uf
振荡的振幅和相位平衡条件
AF =1
A = Ae
振幅平衡条件
i
j A
F = F ie
j ( A + F )
i
j F
T = A F = AFe
=1
AF = 1
A + F = 2nπ
相位平衡条件
振荡的起振条件
起振过程是从 A F > 1 到 A F = 1 的过程.
起振条件可以归结
iC iC
T = AF >1
Q O uB E O
IC 0 t
U BE
t
振荡的稳定条件
振幅稳定条件 相位稳定条件
Uo Uo
θ ≥ 90o
O
θ < 90o
U i ,U f
O
U i ,U f
软激励
Θ≥90°
– 放大特性曲线斜率大于反馈特性曲线斜率,当 接通电源瞬间产生的电压就会使电路从O点过 度到A点
为振荡电路的工作频率.
(a )
因为: L1C1 > L2 C 2 > L3C3 ,即 f 01 < f 02 < f 03
当 f < f 01 时, X 1 , X 2 , X 3 均呈感性,不能振荡.
当 f 01 < f < f 02 时, X 1 呈容性, X 2 , X 3 呈感性,不能振荡;
L 1 L2
+ Uf
CE
(a)
电感三点式振荡器分析
电阻 RB1 , RB 2 , RE 为基极直流偏置电阻
VCC RB1 LC CC 1
C
CC 2 RL
C B , CC1 , CC 2 , C E 分别为耦合电容和旁路,
滤波电容
LC 为高频扼流圈 L1 , L2 , C 为振荡器的选频网络
+ CB RB 2 Ui RE
22uH RB 1 C3 1k LC 1 V EE C2 0.033uF
RE 3k
0.033uF C5 20 pF
8.2 pF
C4 C6 2.2 pF 10 pF C8 L
0.5uH
C1 0.033uF
R B2
LC 2 4.7k RC
C7 300 5 pF
C9 uo 10 pF
(a)
22uH RB 1 C3 1k
Cce C1 CB RB2 RE C2
L
RL
RL RE
e C be b
C2
(a)
(b)
(c)
克拉泼振荡器分析
克拉泼电路的特点是在回路中增加了一个与 L 串联的电容 C3 .
电容取值必须满足: C3 C1 , C3 C2 .
不考虑晶体管输入输出电容的影响,又因为 C3 远远小于 C1 或
C2 ,所以 C1 , C2 , C3 三个电容串联后的等效电容:
例
RB1 , RB 2 , RE 为直流偏置电阻 CB 是基极耦合电容,CE 是发射极旁路电容
电路的总电感 L = 1.3uH
总电容由 C1 , C2 串联, C =
f0 ≈ 1 2π LC = 2π L 1 C1C2 C1 + C2 =
C1C2 C1 + C2
1 ≈ 5.4 MHz 1000 × 2000 2π 1.3 × 1000 + 2000
LC 1
V EE C2 0.033uF RE C 5 10 pF C8 L
RE 3k
0.033uF C5 20 pF
8.2 pF
C4 C6 2.2 pF
C7 L
C9
C5
C7 L
C9
C1 0.033uF
R B2
LC 2 4.7k RC
C4
正弦波振荡电路
正弦波振荡器的概念
概念
– 一种能量转换装置 – 无需外加信号,自动地将直流电能转换成具有 一定频率,一定幅度和一定波形的交流信号
分类
– 正弦波振荡器
反馈式振荡器 负阻振荡器
– 非正弦波振荡器
反馈振荡器的工作原理要点
反馈振荡器振荡的基本原理 振荡的平衡条件和起振条件
– 1 振荡的平衡条件 – 2 振荡的起振条件
+⊕ Uf
⊕+
Ui
+⊕ Uo ( b)
Uf
⊕+
(a)图电路分析
共射极电路 信号由发射极输入,由集电极输出 输出信号在二次线圈两端形成反馈电压送 回到放大器的输入端 + ⊕ U + 瞬时极性分析
o
+⊕ Uf
– 输出电压和输入电压反相 (a ) – 根据同名端输出电压和反馈电压也反向 – 输入电压与反馈电压同相
振荡的稳定条件
– 1 振幅稳定条件 – 2 相位稳定条件
正弦波振荡电路的组成要点
反馈振荡器振荡的基本原理
自激振荡
自激振荡现象
– 不外接信号 – 将输出信号的一部分正反馈到输入端以代替输 入信号 – 输出端仍有一定频率和幅度的信号输出
反馈振荡器振荡的基本原理
2 S 1 +
+
放大器
A
Ui
U o RL
当 f 02 < f < f 03 时, X 1 , X 2 呈容性, X 3 呈感性,构成 电容三点式振荡电路
改进电容三点式振荡器
克拉泼振荡电路
VCC RB1 RC C3
C1 CB RB 2 RE C2
L
RL
(a)
等效电路
VCC RB1 RC C3
C cb
c
C3 C1 RC
L
C3 C1 L C2
C3
L3 C1 L1 f1 f01 f2 f02 (b) f3 f 03 f4 f
C2
L2
(a )
f 01 =
1 2π L1C1
, f 02 =
1 2π L2 C 2
, f 03 =
1 2π L3 C 3
C3
L3 C1 L1 f1 f01 f2 f02 (b) f3 f 03 f4 f
令
C2
L2
f
振荡的平衡条件
A 是放大电路,放大系数为 A ;F 是反馈电路,反馈系数为 F . o f f o i
A=
U
Ui
F=
U
U = F U = F AU
Uo
根据振荡器平衡的要求 U f = U i ,得出振荡器平衡的条件
AF =1
2 S 1
+
+
放大器
A
Ui
Uo
RL
+
反馈网路
Ui
⊕
(b)图电路分析
共基极电路 信号由发射极输入,集电极输出 输出信号在二次线圈两端形成反馈电压送 回到放大器的输入端 ⊕+ +⊕ U U U 瞬时极性分析 ⊕+
f i o
– 输出电压和输入电压同相 ( b) – 根据同名端输出电压和反馈电压反向 – 输入电压与反馈电压反相
基本组态与电压关系-瞬时极性法
不稳定 稳定 稳定 不稳定
正弦波振荡电路的组成要点
(1)放大电路
– 由三极管或集成运算放大器组成,具有足够大 的电压放大倍数,以能够获得较大的输出电压
(2)反馈回路
– 必须引入正反馈,把输出信号反馈到输入端, 作为放大器的输入信号
(3)选频回路
– 用于确定振荡频率,使电路中只有这种频率的 信号才能满足自激振荡的条件而产生振荡
席勒振荡器电路
VCC RB 1 RC C3 C1 C1 CB RB 2 RE C2 RL C4 L RE C2 C4
L
C3 C1 RL C2
C3
C4
L
(a)
(b)
(c)
1 1 f0 ≈ ≈ 2π L(C4 + C3 ) 2π LC4
例
有一LC振荡电路如图所示,试分析该电路, 画出电路的交流通路,并求出振荡频率.