5.2.3 反馈型振荡器

5.2.3反馈型振荡器的振荡条件

一个反馈振荡器要产生稳定的振荡必须满足三个条件：起振条件, 保证接通电源后能逐步建立起振荡；

平衡条件，保证起振之后能够进入维持等幅持续振荡的平衡状态；

稳定条件，保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏。

1 起振过程与起振条件

起振过程是指接通电源后，振荡从无到有的建立过程。起振条件又称自激条件。它表示振荡电路在接通电源时，输出信号从无到有建立起来应满足的条件。

振荡器最初的激励从何而来？

第一，来源于放大管基极电压

V，电压B V在开机后由零升至

B

定值，就相当于接入一个阶跃信号，此阶跃信号含有多种频率分量；

第二，电路各部分存在许多形式的扰动，如管子的内部噪声、输入回路电阻的热噪声等，这些噪声和干扰所含有的频率成分十分丰富。这些微小的扰动电压或电流经过振荡器放大管的放大，加至负载回路及反馈网络，由于负载谐振回路的选频作用，只有与谐振回路的固有谐振频率

相同的那个频率

osc

成分才能在负载回路两端产生电压。由于正反馈的存在，这一微弱信号经过放大，反馈，再放大，再反馈，往复循环

在信号较小的起振阶段，每次返回至输入端信号的幅度总要比前一次的大，振荡幅度不断增加，完成起振过程。 反馈型振荡器组成框图

将闭合环路在“X ”处断开，并定义环路增益

()()()T j A j F j ωωω=

根据上述分析，可直接写出振荡器的起振条件为 f i i u AF u u =>

即环路增益 ()1osc T j AF ω=> （5.2.5） 式（5.2.5）为复数形式，,,A F j j A A e F F e ϕϕ== 基本放大器的增益；反馈系数。

令()()()osc T j osc osc T j T e

ωϕωω=，式（5.2.5）可表示为 振幅起振条件

()1o s c T A F ω=> （5.2.6a ）

相位起振条件 ()=20,1,2T o s c A

F n n ϕωϕϕπ+== （5.2.6b ） 式中T ϕ表示开环环路增益T 的相角，A ϕ为基本放大器输出电

压与输入电压的相位差，F

ϕ为反馈网络的相移。 振幅的起振条件（5.2.6a ）要求f i u u >，即反馈信号幅度大于前一次的信号输入；（5.2.6b ）为相位起振条件，要求在环路起振过程中，环路始终保持正反馈。

2 平衡过程与平衡条件

由于放大器的线性范围是有限的，因此振荡幅值的增长过程不可能无止境的延续下去。随着振幅的增大，放大器逐渐由放大区进入饱和区或截止区，工作于非线性的甲乙类状态，其增益A 逐渐减小。当A 减小到使环路增益()1osc T j AF ω==

，即每次循环中反馈电压f u 等于上一次的输入信号电压i u 时，

振幅的增长过程将停止，振荡器进入等幅振荡的平衡状态。此时，每个振荡周期中，直流电源补充给LC 振荡回路的能量正好等于回路损耗的能量。所以反馈振荡器的平衡条件为 ()1osc T j AF ω== （5.2.7）

式中放大器的增益A 和反馈系数F 均为复数，因而可将式分解为振幅平衡条件：

()1osc T AF ω== （5.2.8a ）

相位平衡条()=20,1,2,T osc A F n n ϕωϕϕπ

+== （5.2.8b ） 振幅平衡条件（5.2.8a ）决定了振荡器输出信号的幅值； 相位平衡条件（5.2.8b ）决定了振荡器输出信号的频率。

振荡器的相位平衡条件表述的是正反馈，也就是说仅在特定频率点

ω上才满足严格的正反馈，在其它频率点上无法满足osc

正反馈条件，所以相位平衡条件决定了反馈振荡器的振荡频率。

振荡器的振幅平衡条件是由放大器中晶体管的非线性来保证的。

在起振时，()1

T jω>，反馈网络提供的正反馈总是大于前一

osc

次反馈，随着输入信号幅度的增加，管子在输入信号的正半周进入饱和区，在输入信号的负半周进入截止区，也就是当输入信号

u增加到一定程度后，c i会出现切顶现象，虽然c i不

be

是正弦波形，但由于谐振回路的选频特性，可选出其基波分量，其输出的

u电压仍为正弦波形。

ce

环路增益的模值必须具有随振荡电压振幅增大而下降的特性才能满足振幅的起振条件和平衡条件。

满足起振条件和平衡条件的环路增益特性

一般放大器的增益特性曲线均具有上述的形状，只要保证起振时环路增益幅值大于１，环路增益的相位()

ϕω维持在2nπ

T osc

上即可起振。起振时，()1osc T ω>，输入信号i u 迅速增长，而后

()osc T ω减小，i u 的增长速度变慢，直到()1osc T ω=，i u 停止增长，

振荡器进入平衡状态，维持幅值为iA V 的等幅振荡，

振荡建立过程的波形。

放大器的非线性可以保证振荡的振幅平衡条件，从而使振荡达到平衡。

在振荡建立过程中，环路增益()osc T ω大于1，放大器的输入信号i u 不断增大。放大器从小信号工作状态逐渐转变为大信号

工作状态，若外界不采取任何附加措施，仅靠晶体管自行从线性放大过渡到非线性放大，即发生饱和、截止。必须避免振荡器的晶体管工作在饱和区，因为在饱和区晶体管的输出阻抗极低，并联在谐振回路二端，将会大大降低选频回路Q 值，严重影响振荡器选频网络的滤波、选频功能。这将对振荡器的频率稳定度产生灾难性的破坏。

管子在增幅过程中是进入截止区还是饱和区与晶体管的初始静态工作点决定，