高频振荡

（6）
二、反馈振荡器的电路组成
正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成:
1 有 源 器 件 :非 线 性 有 源 器 件 ,具 有 一 定的功率增益, 能维持振荡回路不 可避免的功率损耗。
Cb 主网络 反馈网络 M 选频网络 i有源器件 + c Lf uo L1 C uf + VT -
电源
ib
+ Rb1 Rb2 - Re
F const , A o 在 A o F 1时，进入平衡状态振荡
• 如果只满足起振条件，则振荡起振后振幅会无限制增长。 • 反之，如只满足平衡条件，振荡就不会从小到大进行平衡状态。 二者要同时满足，则环路增益Ao的幅值必须具有随振荡振幅（Vi 或Vo）增大而下降的特性。为了得到这一特性，振荡环路必须包含有 非线性环节。这环节在反馈振荡器中就是——主网络的放大器。
Ao Af Vi V f 1 Ao F Vo
当 A o F 1时 ， 其 物 理 意 义 是 ： 即 意味着放大器已转变成 使没外加信号 v s， 放 大 器 仍 有 v o， 条件为： Ao F 1
振荡器，从而得到平衡
但如果只满足上述条件，那么经放大、选频后的信号只能维持在很低电平 上，会被同样电平的噪声淹没，而得不到振荡输出，因此，F的实际值比上式 大，故而得出振荡器的起振条件为：
振幅稳定条件 : T ( j o ) vi
v i V iA
0
（1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）
如右图示，A和B都是平衡点。
1 ) 若振荡器的平衡状态在 A 点，对应 V i V iA，放大系数为 A A， A A F 1
a . 若外界因素导致 V iA V i，由图可知对应的 A A A，又 F const ， 此式的物理意义：振幅特性斜率为负，意味着随振幅 可知不可使其自动回到 平衡点 A 。 加大系统增益A 将自动减小，反之亦成立，以保证最终满
v |T(ωo)| B
b . 反之，亦成立。
2) 若 振 荡 器 的 平 衡 状 态 在
足AvF=1的平衡条件。
B 点 ，对 应
1
A
V i V iB ，而实际这一特性的非线性的传输网络就是工作于大信号 放 大 系 数 为 A B， A B F 1
的非线性器件，在晶体管变压器耦合反馈振荡电路中，这 i U a. 若外界因素导致 V iB V i， 由 图 ViB V 非线性传输网络即晶体三极管。 可 知 对 应 的 A A B ( A V i ， 则 返 回 B 点 ， 使 其 平 衡
电磁能量转换的过程。
（3）
二、等幅振荡与衰减振荡
若LC回路无损耗，则电磁之间转换就形成等 幅振荡。 i
L
t
但实质LC回路中有损耗，故转换过程中，一 部分能量被损耗电阻所消耗，因而产生的是衰减 振荡，若无能量补充，振荡会衰减至0，即停止。
（4）
三、为维持等幅振荡，须对能量进行补充。
1、采用“负电阻”来抵消回路损耗R的“正电阻”，隧道二极 管。 ——负阻振荡器 2、从外界能源取得一定能量，在适当条件下补偿回路损耗。在 实际电路中，将放大器的输出信号，经正反馈电路到输入端 进行能量补充，从而产生等幅持续振荡。
（7）
若 令 s j 代 入 上 式 ,则 有 ： 一 o ( s反 (馈 A荡j ) F ( j ) 原 理 分 析 A )F s ) 振 o ( 器 工 作
v (s) 能 产 生 自 激 振 荡 一f 个 基 本 其 条 件 T ( s ) Ao ( s ) F ( s ) 馈 的 中 ： 是 必 须 构 成 正 反 v ( s回 路 ， )
f i i i i iA
1 振 幅 平 衡 的 稳 定 条 件 f增大，从而阻 益增大，使反馈电压振幅V
i
i
止Vi于 放 大 器 的 非 线 性 , 放 大 倍 数 是 信 号 振 幅 的 由 减小。
函 数 明 Av Av 衡 点 附 近 放 大 仅 取 决 随 信 即 表 , 即 : 在 平( vi ) ， 而 反 馈,系 数 F器 增 益 于 反 馈网 幅 的 变 参 特 性 般与 负 斜 幅大 号 振 络 的 元 件 化 数 ， 一具 有 信 号 振率 . 小 无 关 ， 1 导 致 环 路 增 益 T ( j ) A ( j ) F ( j ) 随 着 v i 振 幅 的
|T(ωo)|
•A
ViA
实迅 速 增 由 于 工 作 于 大 信 号 状 态 下 的 非 线 性 有 源 器 际中,长而下降。 件 正当环路增益下降到1时，振幅的增长过程将停 好 具 有 这 种 特 性 ,自 然 具 有 稳 定 幅 度 的 功 能 。 O
Vi
止，振荡器达到平衡状态，即进入等幅振荡状态。
即 反馈到 输入端 的信号 和放大 称为反馈系统的环路增益。 器输入信号相位相同。
i
7.4 反馈振荡器的振荡条件
vs
Σ
vi
放大器 A（s）
vo
vf
显如 果 设 放 大 器 的 电 压 放 o 时 , 然在某一个工作频率 大 倍 如 果 A o ( o， ( j 馈 络 的 i ( ) v ( s 数 为 A （ js ）) F 反 o )网 1 ,即 v反s馈 系f 数)
Ao F 1 幅度： Ao F 1 相 角 ： A F 2 n ( n 0 ,1, 2 , )
（10）
7.5 振荡器的平衡与稳定条件
2. 平衡与起振条件必须同时满足
当振荡起振后，幅度很 的循环过程，振幅逐渐 进入非线性的饱和区时 增长。此时， 小，而晶体管主要是放 大。通过选频，再反馈 ，再放大 增大 放大器很快过渡到非线 ，管放大倍数 性的甲乙乃至丙类，当 从而限制振幅 即稳定下来。 A o ，放大能力越来越差，
（8）
A f (s)
vo (s) vi ( s ) v f ( s )
7.4 振荡条件的分析
由 上 述 分 析 已 知 振 荡 条 件 : A ( j ) F ( j ) 1
它是维持振荡的基本条件， 常也称为振荡的平衡条件。 通
A ( j ) Ae 又由于 F ( j ) Fe
可 知 V i A V i ， 从 而 保 证 其 能 自 返 b. 反之，亦成立。 B 点。
iA
)
——说明B是稳定的平衡状态而 A非稳。
结论：说明要使平衡状态稳定，则Av应有阻止幅度变化的能力。 即Av在ViA附近随幅度的变化特性必须是负斜率，故：
振幅稳定条件 : T ( j o ) vi
反馈振荡器：讨论重点，着重讨论LC振荡器 波形 1、正弦波振荡器 负阻振荡器 2、张弛振荡器 四、振荡器的用途
（2）
7.2 自激振荡的基本原理
（LCR回路中的瞬变现象）
一、自由振荡的原理
V对 ① K：臵“1”： C 充 电 ， 极 性 如 图 示 ， V c V ，电能 W c
1 2 1 2
j j
A
F
所以振荡平衡条件的约束方程可以分为两个方程:
AF 1 12 A F 2 n ( n 0， ， )
或
其 中 :

vi
晶体管
Y
ic1
LC Z 选频网络 vc1

Z

F
2n
vf
反馈网络
F

: 为集电极基波电流
vs (s)
i
反馈系数：
F ( s)
v f ( s) vo ( s)
又 因 为 ： vi ( s ) v s ( s ) v f ( s )
vo (s) vi ( s ) 1 v f (s) vi ( s ) 1 Ao ( s ) vo (s) v f (s) vi ( s ) vo ( s ) Ao ( s ) 1 Ao ( s ) F ( s )
反馈网络 F（s）
为 F （ sA (则 有 ： ,即 表 明 在 没 有 外 加 信 号 ,也 可 以 )维 持 振 荡 输 出 , vo ( s 则 有 ） j ) v ( s ) f o A (s) A f (s) 开)环 ( j ) ：1 o 增益 闭环增益： v (s) 故 自 激 振 荡 的 条 件 为 : , A ( j F
2 选 频 回 路 :决 定 振 荡 器 的 工 作 频 率 ,并 能 保 证 振 荡 相 位 的 稳 定 。
3 反 馈 网 络 :实 现 正 反 馈 ,一 般 可 以 通 过 互 感 ( 变 压 器 ),电 感 及 电 容 等 获 得 正反馈电压。
ui
EC C反馈网络 e
互 感 反 馈 振 荡 器 :由 互 感 (变 压 器 )构 成 反 馈 网 络 . 根据反馈网络 电 感 反 馈 振 荡 器 :由 电 感 构 成 反 馈 网 络 . 电 容 反 馈 振 荡 器 :由 电 容 构 成 反 馈 网 络 .
四、结论
——反馈振荡器
1、LC回路自由振荡是产生等幅振荡的根据 ——内因 2、采用能量补充的方法抵消或补偿回路损耗，维持等 幅振荡的 ——外因
（5）
7.3 反馈振荡器原理
1、K接点“1”，则vs经耦合电容Cb加 到T的基极。 ① vs正半周时，T导电，ic给C充电 ② vs负半周时，T截止，C通过L放电 ③ vs作用下，LC回路获能量产生振荡
v i V iQ

A vi
v i V iQ
0
（13）
2 相位平衡的稳定条件 提出问题:要保证振荡的相位平衡点的稳定,必须当振荡器频率发生变化的同 时,要求振荡电路内部能够产生一个新的相位变化,而这个相位变化与外因引 相 位 稳 定 条 件 的 意 义 :指 当 相 位 平 衡 条 件 遭 到 破 坏 时 ， 电 路 本 身 能 起的相位变化 的符号应相反,以消弱或抵消由外因引起的变化, 自 动 地 重 新 建 立T 起 相 位 平 衡 点 的 条 件 。
结论：晶体管特性保证了起振条件和平衡条件二者的同时满足。
（11）
7.5--2 反馈振荡器的稳定条件
为 了 维 持 振 荡 器 稳 定 的 工 作 ,只 满 足 平 衡 在平衡点V =V 附近，当不稳定因素使 条的振幅V 增大时，环路增益减小，使反馈 v 件 和 起 振 条 件 是 不 够 的 ,因 为 平 衡 条 件 只 能 说 明 振 荡 可 能 平 衡 在 某 一 状 态 ,增大；反之， 电压振幅V 减小，从而阻止V 而 不 能 说 明 振 荡的平衡状态是否稳定. 当不稳定因素使v 的振幅V 减小时，环路增
1 Cb C L1 VT Rb2 Rb1 b1 R R
b2
M L Lff
2
uS Re
Ce
VCC EC
注：T 每导通一次，则LC回路可维持等幅振荡，回路的谐频必须调谐在vs 的频率上，才能使回路获得能量补充的时间与回路的振荡“合拍”
2. K接点“2”，使vf= vs ，通过Cb加到T的基极，以放大器自身输出电压取代 vs ——由于vf=vs,且同相，则此反馈为正反馈。 s
了交变 LCR 回路
1 2
CV
2
C 通过 ② K：“1”→2”： L 放电， i L , v c , 电能 W c 放完电后， i L 最大， v c 为 0 , 磁能 W L
复，在振荡回路中出现 振荡现象。可见
CV
2
2
Li
③＿
充放电过程周期性的重
电流 i L，即振荡回路中的自由 中的自由振荡实质上是
i c 1 与基极输入电压
的相角
v i 的相角
Z : 为 LC 谐振回路基波谐振阻抗
（9）
7.5 反馈振荡器起振与平衡条件
实际上，反馈振荡器由反馈放大器演变而来。其演变条件为： 1）振荡从无到有建立起来的起振条件 2）维持等幅持续振荡的平衡条件 3）保证得到稳定的稳定条件
一．反馈振荡器的平衡与起振条件
第 七章 正弦波振荡器
7.1 概述 7.2 自激振荡的基本原理 7.3 反馈振荡原理 7.4 反馈振荡器的振荡条件 7.5 振荡器的平衡与稳定条件 7.6--7.7 反馈型LC振荡器线路
7.8
晶振
7.9--7.10 几种特殊的振荡现象
（1）
7.1 概述
一、自激振荡：指没有外加信号的作用下，电路能自动产生交流信号的 一种现象。不需外界激励就能自动地将直流电能转换为交流电能的电 路，就是自激振荡电路。 二、振荡器和放大器的异同 1、共性：都是能量转换器，都将晶体管集电板直流电源供给能量转换成 交流能量输出。 2、异性：放大器需外来输入信号激励源——他激振荡器； 振荡器所需电压取自输出电压的一部分——自激振荡器。 三、振荡器的分类