第七章 振荡器5-1(原理)

线性
非线性
为保证正弦波振荡，要求选频回路必须高Q
③ 从起振的AF > 1
？ 平衡时的 AF = 1
环路中一定有一个非线性器件
参数随信号大小变化而变化
非线性器件是晶体管
晶体管
大信号 非线性
增益压缩
A 下降
选频回路
反馈变压器
T=AF>1 下降 注意：
AF =1 平衡
区分起振和平衡时放大器的不同状态
④ 晶体管大信号工作给振荡器带来的问题及解决方法 非线性 出现谐波 需选频滤波 饱和 大信号工作 截至 晶体管输出阻抗影响选频回路Q值 减少晶体管的非线性 采取措施 保证AF>1 AF=1的过渡
因为 g m 和 F 几乎不随频率而变
并联谐振回路的相频特性
0 z arctg2Qe 0
曲线
Z ~
是负斜率的，
所以，振荡器是相位稳定的
相位稳定性——频率稳定性的优劣
相频曲线
T ~
0
越陡，即
T
越大，稳定性越好
T
0
z
0 2Qe (arctg 2Qe ) 0 0
措施1. 用差分放大器代替单管放大器
伏安特性——双曲正切函数
Vi ，电流
常数
放大器增益下降 但晶体管没有饱和
措施2. 闭环增益自动控制
特点：外电路检测幅度，控制增益，使晶体管不达饱和
措施3. 采用偏置电路的负反馈 带选频放大器和变压器反馈的振荡器
交流通路
Vcc Eb Rb 2 Rb1 Rb 2
结论：选频回路的 Q 值越高，振荡器的频率稳定性越好 外界扰动使电路参数变化
小结： 分析反馈型振荡器时，首先要抓住以下几个要点： （1）包含一个合适偏置的可变增益放大器。 保证了： 振荡电路的 合理性
（2）闭合环路是正反馈
（3）有选频回路 （4）环路增益T的相频特性为负斜率
进一步计算：
（1）环路增益 T ( j ) 是否大于1？
使选频回路Q不受影响——选频特性好
③ 振荡器的环路增益 T 随 V i 的 变化曲线比等偏置电路更陡
7.1.3
振荡器的稳定条件 不稳定？ 振荡器的平衡 稳定？
稳定——经过外界扰动，系统能 自动恢复（靠近）到原平衡位置
1. 振幅稳定条件
T Vi
平衡点
0
结论： 为使振幅稳定，振荡器的振荡特性曲线 T
环路增益的模为1 相位平衡条件： T ( j
o sc)
A ( j ) F ( j ) 2n o sc o sc
(n=0,1,2……)
与V 同相，满足正反馈条件 环路增益的相移为0，即 V F i
相位平衡条件分析 ① 如何保证正反馈？ 变压器的同名端必须正确 ② 相位平衡条件的应用 ？ ——可用来求振荡器的振荡频率 为求相移 T ( j )
osc 0
？
什么时候 osc 0
g
m
和
F
都很小，
而且几乎不随
而变化
当管子的特征频率选得合适时： g
是 本电路反馈系数 F
变压器的匝数比 n ，
m
0
F 0
T ( j ) g z ( j ) F
m
T Z
平衡点
0
结论：为使相位稳定，振荡器的环路增益的相位～频率特性
T ~
在平衡点处必须是负斜率的。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
d dt
相位超前，频率必然上升 相位迟后，必然是频率下降
相位稳定条件分析 环路增益的相位：T
gm F Z
T gm F z z
0 V S
V V i F
放大器
反馈支路
如何保证单一频率的正弦波？ 闭环回路中必须有一选频回路 或选频放大器 或选频反馈
( j ) F ( j ) 1 只能在频率 osc 上满足 A osc osc
带选频放大器的 反馈型正弦波振荡器
带选频反馈支路的 反馈型正弦波振荡器
osc 0
结论： 决定了 ① 相位平衡条件 振荡频率 当管子和反馈网络引入的相移可以忽略时， 振荡频率等于选频回路的中心频率
② 环路增益的相频特性
主要取决于
选频回路的相频特性
回路Q越大，相频特性的斜率越陡，选频、滤波特性越好
7.1.2
起振条件
振荡如何产生？ 为了保证输出信号从无到有 幅度不断增长 ，起振时要求： 反馈电压 输入电压
带偏置的完整电路
直流偏置电阻 Rb1 、Rb 2、R E 交流旁路电容 CE
隔直流电容
Rb1 Rb 2 Rb Rb1 Rb 2
CB
起振过程中，由于管子的非线性
平均分量 I e 和 I b 均增大
结果：
工作点左移——管子趋于截至 ——增益A下降——AF=1平衡 ——称为自偏置效应
带自偏置效应的振荡器的特点 ① 起振过程有直流负反馈 ② 利用管子趋于截至而不是饱和使增益下降
~ Vi
在
平衡点处必须是负斜率的，且曲线越陡，稳定性越好。
振幅稳定条件分析
曲线A
曲线B
振荡曲线
T ~ Vi
起始点 曲线A
T 1 ——自动起振
软激励
0 ——稳定
平衡点
起始点
T 1
且
T Vi
平衡点
曲线B
T 1 —— 不能起振
T 1 但 Vi T 1 且 Vi
平衡点
硬激励
构成振荡器的三个条件
平衡条件 起振条件 稳定条件
2. 平衡条件 反馈振荡器的环路增益为： V ( j ) F ( j ) F A ( j ) T V i
( j ) 1 ——平衡条件 振荡平衡时,在频率 osc 处有: T osc
( j ) F ( j ) A ( j ) 1 振幅平衡条件： T osc osc osc
VF
Vi
同相，且
VF Vi
（1）振幅条件
V ( j ) F ( j ) F A ( j ) 1 T V i
（2）相位条件
环路增益T = AF大于1 增益越大越易起振 环路增益的相位为0 满足正反馈条件
T ( j ) A ( j ) F ( j ) 0
0 0
平衡点M ： T
不稳定 稳定
平衡点N ：
T
平衡点
2. 相位稳定条件 讨论相位稳定前应明确： 正弦振荡 v(t ) Vm cos t 频率和相位的关系
d dt
相位超前，频率必然上升
相位迟后，必然是频率下降
振荡器的相位稳定条件也就是振荡器的频率稳定条件
相位稳定条件：
T
m
放大器跨导相移
LC谐振回路相移
0 0
反馈网络相移
( g 即： z ( j ) ？ m
F )
什么频率值时能满足此条件？ 交点
LC回路相频特性 z ( j ) arctg2Q
交点—— T ( j ) 0 ——相位平衡 相位平衡点的频率值 即振荡频率 osc 问题：为什么
j) F ( j) A ( j) g ( j) F mZ T （
由环路增益表达式 环路总相移应满足：
（j ) F ( j ) A ( j ) g ( j ) F mZ T
T ( j ) g 0 z ( j ) F
( j ) 求T
( j ) A
( j ) F
注意
Vi Vo
V ( j ) o g ( j ) mZ A 放大器的增益为： V i V N2 F n 反馈系数为： F ( j ) n V N
o
m g
( j ) Z
1
振荡器的环路增益
振荡器的指标：
振荡器的分类
本章主要内容
电压控制频率振荡器原理
7.1 反馈型振荡器的基本原理 7.1.1 反馈型振荡器的基本组成与平衡条件 1. 基本组成 反馈型振荡器——基于放大与反馈的机理 带反馈的放大电路 ( j )V A V
o
i
F ( j )V V F o
V V V i s F
（2）按照相位平衡条件计算振荡频率。
反馈放大器的增益:
V A o A f 1 A F V s
V A o A f F Vs 1 A
F 1 时 当 A
说明什么？不需要 输入信号 Vo 0） （V Af S V s 就有输出 振荡器
反馈型振荡器基本组成———闭环回路
振荡器的起振过程分析？振荡如何从无 ① 起振时放大器的工作条件和状态 放大器 ——小信号、线性工作状态，高增益A，
可用晶体管交流小信号等效电路计算增益
平衡？
必须设置合适的工作点
② 起振过程中放大器工作状态的变化 环路增益T > 1 放大器 小信号
VF Vi
大信号
Vi
不能用小信号等效电路 出现谐波，输出波形失真
第七章
振荡器
振荡器功能：不需要输入信号控制就能自动的将直流电源的能量
转变为特定频率和振幅的交变能量的电路 频率——频率的准确度与稳定度 振幅——振幅的大小与稳定性 波形及波形的失真 输出功率——能带动一定阻抗的负载 反馈型振荡器 按电路原理分 负阻型振荡器 按输出波形分——正弦波、方波、三角波等 反馈型正弦波振荡器电路原理及性能