高频电子线路阳昌汉版第4章_正弦波振荡器
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•
Uf 正反馈 网络
5
组成：
放大器──是对反馈信号进行放大；
正反馈网络──是将输出回路中的能量取出一部分加 到放大器的输入端；
选频网络── 是获得单一确定的振荡频率； 利用放大器
件的非线性
稳幅环节──使振荡的输出稳定。 内稳幅 外稳幅
6
二、振荡的建立与起振条件
放大器的电压增益：
.
.
A
U
.
o
Ae jA
12
四、 振荡器平衡状态的稳定条件 1) 稳定平衡与不稳定平衡
2) 振荡器的稳定平衡 因某一外因的变化，振荡的原平衡条件遭到破坏，振 荡器能在新的条件下建立新的平衡，当外因去掉后， 电路能自动返回原平衡状态。满足这样条件的平衡称 为稳定平衡。
13
3） 振幅平衡的稳定条件
A
Q点稳定：
1
F
外因变化 F
1/F
AF >1
（增幅振荡） 输出增大
Q1点达到新的平衡
O
外因消失 F
1/F
AF <1
（减幅振荡） 输出减小 回到原平衡状态Q点
Q Q1
Uo
软激励
B点不稳定：
外因变化 F
1/F
AF >1
B
（增幅振荡） 输出增大 Q1点达到新的平衡
稳定
Q Q1
外因消失 F 输出减小
AF<1 （减幅振荡） 回到Q点达到平衡
等幅振荡
T A F 2nπ n=0,1,2…
相位平衡条件
11
平衡条件的另一种表示形式：
Ui YYfe
Ic1
Zp1 Z
Uc1
F F
Uf
振幅平衡条件: YfeZ p1F 1
相位平衡条件: Y Z F 2n
U&i 晶体管 I&c1 LC 选 频
Y
网络 Z
U&c1 U&f 反馈网络
F
其中： : 为集电极基波电流 Ic1与基极输入电压 Ui的相角 Z :为LC谐振回路基波谐振阻抗 的相角
Y << Z ，
F Z
,即有
\
( Y Z F ) @ Z
0
即要求选频网络的相频特性曲线 在工作频率附近应具有负斜率。
实际中的并联LC谐振回路正好具有这种相频特性。
z
2
O
ωo
ω
16
2
总结
1) 正弦振荡器工作条件包括
起振条件： 保证振荡器从无到有建立起振荡
.
..
T A0 F 1
硬激励 （应避免）
振幅的稳定条件： A
0 即表明:在平衡点附近,放大器增益随信
U o Uo UoQ
号振幅的变化特性具有负斜率.
14
4） 相位平衡的稳定条件 （频率的稳定条件）
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
自动地重新建立起相位平衡点的条件。
频率与相位的关系： d
dt
Ui
＋
反馈系数：
•
U－i
.
.
F
Uf
.
Fe jF
Uo
•
•
•
1 •
当T
Uf
Uf
Uo
..
AF
•
•
•
Ui Uo Ui
环路增益
＋
＋
•
•
Uo
Uf
－
－
调谐放大器
反馈网络
.
.
即Uf U i
这时调谐放大器与反馈网络就构成了自激振荡器。 7
.
.
Uf Ui
•
•
•
即T
Uf
1
Ui
•
Ui
起振条件：
.. .
T A0 F 1
调谐放大器
T A0F 1 振幅起振条件
＋
＋
•
Uo
－
•
Uf
－
反馈网络
增幅Leabharlann Baidu荡
T A0 F 2nπ n=0,1,2… 正反馈
相位起振条件 8
三、 振荡的平衡条件
Uo
电路的偏置电压为：
＋
•
＋
•
Uo
Ui
UB
+
IE
－
•
Uf
－
UBE _
+
UE _
U BE
Rb2 Rb1 Rb2
VCC
Re IE
显然
Re 上的直流电压
高频能源： 高频加热设备 医疗仪器
五、主要技术指标 振荡频率、振荡波形、振荡幅度、频率稳定度
4
4.2 反馈型LC振荡原理
一、 反馈型正弦波振荡器的组成
定义：从放大器的输出信号中取出一部分反馈到输入端 作为输入信号，无需外部提供激励信号，能产生等幅正 弦波输出称为反馈型振荡器。
•
•
Ui
放大器 Uo
（选频网络）
平衡条件： 保证振荡器进入平衡状态，产生持续的等幅振荡
.
..
T AF 1
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
振幅稳定条件
A 0
U o Uo UoQ
相位稳定条件
Z 0
17
2) 振荡器的静态工作点应设计在软激励状态 3) 从振荡到平衡是由晶体管非线性与自给反偏压共同作用
的结果，称为内稳幅；需要外加稳幅电路的称为外稳幅 4) 判断能否产生正弦振荡的方法 a) 是否可能振荡——首先看电路供电是否正确；二是 看是否满足相位平衡条件（正反馈） b) 是否起振——看是否满足振幅起振条件 c) 是否产生正弦波——看是否有正弦选频网络
交流能量
不同点： 放大器：需外加的激励信号
振荡器：不需外加激励信号
2
三、 振荡器的分类
LC振荡器
晶体振荡器
反馈型 振荡器
RC振荡器 （正反馈原理） 正弦波
振荡器
负阻型振荡器
负阻器件+振荡回路
非正弦波： 产生三角波、锯齿波、矩形波等
3
四、正弦波振荡器的用途 通信系统： 发射机(载波频率fc) 接收机(本地振荡频率fL) 测量仪器：信号源 数字系统：时钟信号
U&i
U&o
当 0
Uf 超前Ui
信号周期
信号频率
0
当 0 Uf 滞后Ui 信号周期
U&f
信号频率
0
ui
频率随相位变化的关系：
0 0 0 0
即可得：
0
t
15
相位平衡的稳定条件： 0 或 0 U&i
U&o
A F Y Z F
U&f
又因为一般 Y 和 F 对频率变化的灵敏性远小于 Z
第 4 章 正弦波振荡器
概述 反馈型LC振荡原理 反馈型LC振荡器 振荡器的频率稳定原理 高稳定度的LC振荡器 晶体振荡电路 RC正弦波振荡器
1
4.1 概 述
一、 振荡器的功能
在无输入信号情况下，将电源的直流能量转换成具有 一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号能量输出。
二、振荡器与放大器的区别
相同点： 直流能量
晶体管进入截止区
A
当A
F
1时,
U
稳定
i
9
A
AF 1即Ui Uf
1
反馈特性
F
振荡特性
O
Uo
10
放大器进入平衡的原因： （1）放大器固有的非线性特性 （2）自给偏压效应
从起振到平衡，放大器工作状态的变化: 甲类 甲乙类 乙类 丙类
.
..
平衡条件： T A F 1
T AF 1 振幅平衡条件
UE
是由发射极电流 IE 自己建立的,且随 IE 的变化而变化,故称为自给偏压.
刚起振时，起始偏压为正偏置
U BEQ
Rb2 Rb1 Rb2
VCC
Re I EQ
其中 IEQ 为发射极静态电流.
起振后，由于 A0F 1 , 从而使:
Ui iE IE (IEQ IE0 ) UE ReIE UBE
Uf 正反馈 网络
5
组成：
放大器──是对反馈信号进行放大；
正反馈网络──是将输出回路中的能量取出一部分加 到放大器的输入端；
选频网络── 是获得单一确定的振荡频率； 利用放大器
件的非线性
稳幅环节──使振荡的输出稳定。 内稳幅 外稳幅
6
二、振荡的建立与起振条件
放大器的电压增益：
.
.
A
U
.
o
Ae jA
12
四、 振荡器平衡状态的稳定条件 1) 稳定平衡与不稳定平衡
2) 振荡器的稳定平衡 因某一外因的变化，振荡的原平衡条件遭到破坏，振 荡器能在新的条件下建立新的平衡，当外因去掉后， 电路能自动返回原平衡状态。满足这样条件的平衡称 为稳定平衡。
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3） 振幅平衡的稳定条件
A
Q点稳定：
1
F
外因变化 F
1/F
AF >1
（增幅振荡） 输出增大
Q1点达到新的平衡
O
外因消失 F
1/F
AF <1
（减幅振荡） 输出减小 回到原平衡状态Q点
Q Q1
Uo
软激励
B点不稳定：
外因变化 F
1/F
AF >1
B
（增幅振荡） 输出增大 Q1点达到新的平衡
稳定
Q Q1
外因消失 F 输出减小
AF<1 （减幅振荡） 回到Q点达到平衡
等幅振荡
T A F 2nπ n=0,1,2…
相位平衡条件
11
平衡条件的另一种表示形式：
Ui YYfe
Ic1
Zp1 Z
Uc1
F F
Uf
振幅平衡条件: YfeZ p1F 1
相位平衡条件: Y Z F 2n
U&i 晶体管 I&c1 LC 选 频
Y
网络 Z
U&c1 U&f 反馈网络
F
其中： : 为集电极基波电流 Ic1与基极输入电压 Ui的相角 Z :为LC谐振回路基波谐振阻抗 的相角
Y << Z ，
F Z
,即有
\
( Y Z F ) @ Z
0
即要求选频网络的相频特性曲线 在工作频率附近应具有负斜率。
实际中的并联LC谐振回路正好具有这种相频特性。
z
2
O
ωo
ω
16
2
总结
1) 正弦振荡器工作条件包括
起振条件： 保证振荡器从无到有建立起振荡
.
..
T A0 F 1
硬激励 （应避免）
振幅的稳定条件： A
0 即表明:在平衡点附近,放大器增益随信
U o Uo UoQ
号振幅的变化特性具有负斜率.
14
4） 相位平衡的稳定条件 （频率的稳定条件）
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
自动地重新建立起相位平衡点的条件。
频率与相位的关系： d
dt
Ui
＋
反馈系数：
•
U－i
.
.
F
Uf
.
Fe jF
Uo
•
•
•
1 •
当T
Uf
Uf
Uo
..
AF
•
•
•
Ui Uo Ui
环路增益
＋
＋
•
•
Uo
Uf
－
－
调谐放大器
反馈网络
.
.
即Uf U i
这时调谐放大器与反馈网络就构成了自激振荡器。 7
.
.
Uf Ui
•
•
•
即T
Uf
1
Ui
•
Ui
起振条件：
.. .
T A0 F 1
调谐放大器
T A0F 1 振幅起振条件
＋
＋
•
Uo
－
•
Uf
－
反馈网络
增幅Leabharlann Baidu荡
T A0 F 2nπ n=0,1,2… 正反馈
相位起振条件 8
三、 振荡的平衡条件
Uo
电路的偏置电压为：
＋
•
＋
•
Uo
Ui
UB
+
IE
－
•
Uf
－
UBE _
+
UE _
U BE
Rb2 Rb1 Rb2
VCC
Re IE
显然
Re 上的直流电压
高频能源： 高频加热设备 医疗仪器
五、主要技术指标 振荡频率、振荡波形、振荡幅度、频率稳定度
4
4.2 反馈型LC振荡原理
一、 反馈型正弦波振荡器的组成
定义：从放大器的输出信号中取出一部分反馈到输入端 作为输入信号，无需外部提供激励信号，能产生等幅正 弦波输出称为反馈型振荡器。
•
•
Ui
放大器 Uo
（选频网络）
平衡条件： 保证振荡器进入平衡状态，产生持续的等幅振荡
.
..
T AF 1
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
振幅稳定条件
A 0
U o Uo UoQ
相位稳定条件
Z 0
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2) 振荡器的静态工作点应设计在软激励状态 3) 从振荡到平衡是由晶体管非线性与自给反偏压共同作用
的结果，称为内稳幅；需要外加稳幅电路的称为外稳幅 4) 判断能否产生正弦振荡的方法 a) 是否可能振荡——首先看电路供电是否正确；二是 看是否满足相位平衡条件（正反馈） b) 是否起振——看是否满足振幅起振条件 c) 是否产生正弦波——看是否有正弦选频网络
交流能量
不同点： 放大器：需外加的激励信号
振荡器：不需外加激励信号
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三、 振荡器的分类
LC振荡器
晶体振荡器
反馈型 振荡器
RC振荡器 （正反馈原理） 正弦波
振荡器
负阻型振荡器
负阻器件+振荡回路
非正弦波： 产生三角波、锯齿波、矩形波等
3
四、正弦波振荡器的用途 通信系统： 发射机(载波频率fc) 接收机(本地振荡频率fL) 测量仪器：信号源 数字系统：时钟信号
U&i
U&o
当 0
Uf 超前Ui
信号周期
信号频率
0
当 0 Uf 滞后Ui 信号周期
U&f
信号频率
0
ui
频率随相位变化的关系：
0 0 0 0
即可得：
0
t
15
相位平衡的稳定条件： 0 或 0 U&i
U&o
A F Y Z F
U&f
又因为一般 Y 和 F 对频率变化的灵敏性远小于 Z
第 4 章 正弦波振荡器
概述 反馈型LC振荡原理 反馈型LC振荡器 振荡器的频率稳定原理 高稳定度的LC振荡器 晶体振荡电路 RC正弦波振荡器
1
4.1 概 述
一、 振荡器的功能
在无输入信号情况下，将电源的直流能量转换成具有 一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号能量输出。
二、振荡器与放大器的区别
相同点： 直流能量
晶体管进入截止区
A
当A
F
1时,
U
稳定
i
9
A
AF 1即Ui Uf
1
反馈特性
F
振荡特性
O
Uo
10
放大器进入平衡的原因： （1）放大器固有的非线性特性 （2）自给偏压效应
从起振到平衡，放大器工作状态的变化: 甲类 甲乙类 乙类 丙类
.
..
平衡条件： T A F 1
T AF 1 振幅平衡条件
UE
是由发射极电流 IE 自己建立的,且随 IE 的变化而变化,故称为自给偏压.
刚起振时，起始偏压为正偏置
U BEQ
Rb2 Rb1 Rb2
VCC
Re I EQ
其中 IEQ 为发射极静态电流.
起振后，由于 A0F 1 , 从而使:
Ui iE IE (IEQ IE0 ) UE ReIE UBE