反馈式三端式LC振荡器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,上节内容回顾与扩展,上节内容回顾与扩展,高频谐振功放的匹配网络,工作在所需状态时的,匹配网络,匹配网络同时又是选频网络。,匹配网络还可起到隔离作用。,1,输出匹配网络,中介回路效率：,1,0,欠压,末级射频谐功放应工作,在略欠压状态,末级功放匹配的概念？,高频谐振功放的匹配网络,上节内容回顾与扩展,2,级间匹配网络,中间级,输出级,应保证负载变化，输出电压恒定,欠压,过压,0,临,界,R,p,恒流源,恒压源,恒压源,中间级工作于,恒压源状态,过压状态,上节内容回顾与扩展,高频谐振功放的匹配网络,上节内容回顾与扩展,高频谐振功放的实际网络,第三章 波形发生与变换电路,（,P218),3.1 LC,反馈正弦波振荡器的工作原理,3.2,反馈型晶体管,LC,振荡器电路,3.3,频率稳定度及改进型电容三端式振荡电路,3.5,石英晶体振荡器,概述,高频电路,1.,定义,高频,功放,不需外加激励，自身将直流电能转换为交流电能。,第三章 波形发生与变换电路,1,、,自激振荡器,2,、振荡器与放大器的区别,3,、不同的振荡器,频谱纯度,稳定度,4,、应用广泛,LCR回路中的瞬变现象,由于大多数高频振荡器都是利用,LC,回路来产生振荡的，因此应首先研究,LC,回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备知识。,LCR,自由振荡电路,所谓,“,谐振,”,，就能量关系而言，是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。,LC振荡器的基本工作原理,1,）,振荡,回路,，包含两个（或两个以上）储能,元件,。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个,就接收,能量。释放与接收能量可以往返进行，其,频率决定,于元件的,数值。,2,）,一个能量来源,，补充由振荡回路电阻所产生的,能量,损失。在晶体管振荡器中,，这个能源,就是,直流电源。,3,）,一个控制设备,，可以使电源功率在正确的时刻,补充电,路的能量损失，以维持等幅振荡。这是由,有源器件,和正反馈电路完成的,。,由正反馈的观点来决定振荡的条件,利用正反馈方法来获得等幅的正弦振荡,这就是反馈振荡器的基本原理。 反馈振荡器是由,主网络,和,反馈网络,组成的一个闭合环路。 其,主网络一般由放大器和选频网络组成,反馈网络一般由无源器件组成,。 ,uf,u0,ui,放大器,晶体三极管,场效应管,差分放大器,运算放大器,选频网络,LC,并联谐振回路,RC,选频网络,晶体滤波器等,反馈网络,电容分压,电感分压,变压器耦合,电阻分压,振荡器组成,3.1 LC,反馈正弦波振荡器的工作原理,如何产生一个振荡？,电容中存储的电能和电感中,存储的磁能就会交替转换而形成振荡。,回路电压方程,回路的衰减系数,回路的无阻尼振荡角频率,+,V,-,-,V,+,3.1 LC,反馈正弦波振荡器的工作原理,回路的衰减系数,回路的无阻尼振荡角频率,初始条件,与 非振荡型,与 衰减振荡型,3.1 LC,反馈正弦波振荡器的工作原理,回路的衰减系数,回路的无阻尼振荡角频率,增幅振荡,阻尼振荡,等幅振荡,在电路中引入,正反馈,就相当于引入了负电阻。,振荡频率为：,3.1 LC,反馈正弦波振荡器的工作原理,在电路中引入正反馈就相当于引入了负电阻。,负电阻提供能量，能量的提供需要合适的时间！,3.1 LC,反馈正弦波振荡器的工作原理,(1),具有放大能力的有源器件。它的作用是不断地向振荡系统补充能量，以维持等幅振荡并输出给负载。,(2),由储能元件组成的选频网络。选频网络决定着振荡器的振荡频率。,(3),控制能量补充的正反馈网络。该网络控制能量适时、适度地补充给振荡系统。,振荡器的工作原理与,LC,谐振回路的自由振荡类似，它至少应由以下三部分组成。,3.1.1,自激振荡的建立过程及起振条件,放大器 振荡器,1,、决定振荡频率的储能回路,2,、控制合适补充能量的系统,3,、能源的提供与合适的偏置电路,+,-,+,+,-,+,正反馈（由同名端保证的）,也称为相位条件,放大器（ ）,也称为振幅条件,3.1.1,自激振荡的建立过程及起振条件,放大器 振荡器,限幅放大器的放大倍数（开环增益）,反馈网络的反馈系数,正反馈：,闭环增益：,3.1.1,自激振荡的建立过程及起振条件,放大器 振荡器,闭环增益：,建立等幅振荡器的条件,（,振荡平衡条件,）,3.1.1,自激振荡的建立过程及起振条件,放大器 振荡器,使振荡器输出的幅度越来越大,起振条件,能否输出变得越来越大无限增长？,希望最终可以输出等幅振荡。,3.1.2,振荡器的平衡条件,如何让振荡器输出由起振时的振幅逐渐加大到最终输出的稳幅振荡？,限幅放大器的放大倍数（开环增益）,反馈网络的反馈系数,一般不变,如何让,A,由大变小？,3.1.2,振荡器的平衡条件,振荡器的偏置电路,V,B,V,E,V,b,(t),V,Q,工作状态发生改变，,由甲类到丙类！,让,A,由大变小。,3.1.2,振荡器的平衡条件,工作状态发生改变，,由甲类到丙类！,3.1.2,振荡器的平衡条件,振幅平衡,振幅平衡,A,3.1.3,振荡器的振幅平衡的稳定条件,N,点 稳定平衡点,在实际设计中，如果静态工作点设计不当，振荡特性可能不是单调下降的。,这种振荡器电路一般,不能自行起振，而必须给以,一个较大幅度的初始激励，,使动态点越过不稳定平衡点,M,才能起振，这叫硬激励起振，,设计电路要力加避免。,3.1.3,振荡器的振幅平衡的稳定条件,振幅平衡的稳定条件是,平衡点的位置必须满足：,3.1.4,振荡器的相位平衡的稳定条件,振荡器平衡的相位条件实际上是正反馈条件,放大器的相移,放大器本身的相移,(,可认为是 引起的相移,),谐振回路的相移,或,相位平衡若遭到破坏，,产生一个正的相位增量,反馈电压 超前原来输入电压,(,前一次反馈电压,),一个相角,3.1.4,振荡器的相位平衡的稳定条件,相位平衡若遭到破坏，,产生一个正的相位增量,反馈电压 超前原来输入电压,(,前一次反馈电压,),一个相角,相位超前导致频率升高，相位滞后导致频率降低，,振荡器本身的某一机构应有恢复相位平衡的能力,什么电路结构具有此种相位特性？,3.1.4,振荡器的相位平衡的稳定条件,谐振回路的相频特性曲线在工作频率附近具有负的斜率，,能保证相位平衡的稳定性。,第三章 波形发生与变换电路,（,P218),3.1 LC,反馈正弦波振荡器的工作原理,3.2,反馈型晶体管,LC,振荡器电路,3.3,频率稳定度及改进型电容三端式振荡电路,3.5,石英晶体振荡器,3.2,反馈型晶体管,LC,振荡器电路,换能器件：,晶体管,电子管,场效应管,集成电路,反馈耦合元件类型：,变压器耦合型,电感反馈式,电容反馈式,三端式振荡器,3.2.1,变压器耦合,LC,反馈振荡器,3.2.1,变压器耦合,LC,反馈振荡器,组合式偏置电路,集电极调谐型,思考：,1,、电路的直流馈电？,2,、交流接地端位置？,3,、此电路是否为正反馈？,共基电路，初次级绕组对地应有相同的同名端才是正反馈！,+,-,+,+,+,vf,-,vi,vo,3.2.1,变压器耦合,LC,反馈振荡器,发射极调谐型，部分耦合！,共基电路，初次级绕组对地应有相同的同名端才是正反馈！,思考：,1,、电路的直流馈电？,2,、交流接地端位置？,3,、此电路是否为正反馈？,+,-,+,+,-,+,-,vf,+,3.2.1,变压器耦合,LC,反馈振荡器,基极调谐型，部分耦合！,共射电路，初次级绕组对地应有相反的同名端才是正反馈！,思考：,1,、电路的直流馈电？,2,、交流接地端位置？,3,、此电路是否为正反馈？,+,-,-,+,+,-,+,-,vi,vo,vf,+,互感线圈的极性判别,1,2,3,4,磁棒,初级线圈,次级线圈,同极性端,1,2,3,4,+,+,C,L,R,u,i,L,i,c,i,反馈信号通过,互感线圈引出,3.2.1,变压器耦合,LC,反馈振荡器,1,、电路的组合式偏置,2,、如何减小,B?,热敏二极管、热敏电阻,采用限幅器,3,、用小信号网络参数分析起振条件,3.2.1,变压器耦合,LC,反馈振荡器,用小信号网络参数分析起振条件,振荡器的振荡频率不仅决,定于谐振回路的,LC,，,还与损,耗电阻,r,及晶体管的,h,参有,关。,2. LC,回路的损耗电阻,r=0,，,则振荡器的振荡频率与,晶体管参数无关，,r,越小，,回路品质因数越高，,晶体管参数的影响越小。,3.2.1,变压器耦合,LC,反馈振荡器,用小信号网络参数分析起振条件,起振条件,3.,起振条件与电流放大倍数,h,fb,及互感,M,有关，,h,fb,越大，,M,越大，越易起振。,3.2.1,变压器耦合,LC,反馈振荡器,起振条件,优点：,改变,f,时，,B,不变。,缺点：,1,、通过电感反馈，电感上的分布电容，影响最终的输出频率，太大的分布电容会产生自谐振。,2,、感性元件反馈，高次谐波产生的压降大，波形差。,第三章 波形发生与变换电路,（,P218),3.1 LC,反馈正弦波振荡器的工作原理,3.2,反馈型晶体管,LC,振荡器电路,3.3,频率稳定度及改进型电容三端式振荡电路,3.5,石英晶体振荡器,三端式,LC,振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在几,MHz,到几百,MHz,的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些，约为,10,3,10,4,量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。,三端式,LC,振荡器有多种形式，主要有：,电感三端式，又称,哈特莱振荡器,(Hartley),；,电容三端式，又称,考毕兹振荡器,(,Coplitts,),；,串联型改进电容三端式，又称,克拉泼振荡器,(Clapp),；,并联型改进电容三端式，又称,西勒振荡器,(,Selier,),。,LC,三端式振荡器组成法则,(,相位平衡条件的判断准则,),3.2.2,三端式振荡器,3.2.2,三端式振荡器,回路谐振时，电抗之和为零。,+,-,vi,-,+,vo,-,+,Vf,在三端式电路中,回路中与发射极相连接的两个电抗元件必须为同性质,另外一个电抗元件必须为异性质。,这就是三端式电路组成的相位判据,或称为,三端式电路的相位平衡判别准则。,以此准则可迅速判断振荡电路组成是否合理，能否起振。也可用于分析复杂电路与寄生振荡现象。,与发射极相连接的两个电抗元件同为电容时的三端式电路,称为,电容三端式电路,也称为考毕兹,(,Colpitts,),电路。 ,与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时的三端式电路,称为,电感三端式电路,也称为哈特莱,(Hartley),电路。,相位平衡判别准则应用,举例,e,c,b,L3,L1,L2,C,振荡能产生的条件？,L3,与,C,组成的串联谐振回路呈现何种电抗特性？,若振荡频率为,f,，则,L3,与,C,组成的串联谐振回路的谢振频率,f3,与,f,的关系为？,L3,与,C,组成的串联谐振回路呈现电容特性,3.2.2,电感三端式振荡电路,共射电路,交流等效电路,矢量图,哈特莱,(Hartley),电路,3.2.2,电感三端式振荡电路,此电路的实际电路如何画？,哈特莱,(Hartley),电路,共基电路,3.2.2,电感三端式振荡电路,起振条件,振荡频率,起振条件,回路折合到,ce,端的谐振电阻,p=L1/(L1+L2),在压控振荡器中，,哈特莱,(Hartley),电路出现较多！,(P 258-260),3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-8,3-9,Please hand,your home work,on,time,！,HOMEWORK,