振荡器原理课件

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,第四章 正弦波振荡器,熟练掌握反馈型正弦振荡器的工作原理；,正确理解振荡的平衡条件、起振条件和稳定条件；,正确理解频率准确度和稳定度的概念；,正确理解石英晶体振荡器的组成和工作原理。,了解其他振荡器及特殊振荡现象。,1,4.1,概述,振荡器的作用,直流电源的能量,具有一定波形的交变振荡能量,振荡器,振荡器不需外部信号的控制，即没有输入信号。,振荡器的应用,无线电发射机中的载波信号源,超外差式接收机的本机振荡,电子测量仪器中的正弦波信号源,数字系统中的时钟信号,2,正弦波振荡器的分类,反馈型振荡器,负阻型振荡器,利用有源器件和选频回路，根据正反馈原理组成,把一个呈现负阻性的二端有源器件直接与谐振回路相连,各个频段的振荡器,RC,振荡器,LC,振荡器,石英晶体振荡器,微波电子管微波半导体器件,3,4.2,LC,振荡器的基本工作原理,4.2.1,振荡的建立,V,i,V,f,+,-,V,o,-,+,一、产生 振荡的原理,4,二、振荡建立的过程,1,、最初的输入信号如何得到？,A,、接通直流电源时电路中的瞬变过程,B,、放大器件内部的热噪声,2,、振荡建立的波形变化,5,三、正弦振荡电路的基本组成,1,、振荡回路，包含两个或两个以上的储能元件,A,、存储能量,B,、决定振荡频率,C,、具有选频特性，保证输出单一正弦波,2,、能量来源,3,、控制设备，即有源器件和正反馈电路,A,、控制能量补充,B,、保证能量交换,6,4.2.2,振荡器的平衡与稳定条件,放大器,A,反馈网络,F,V,i,V,o,V,f,设：放大器的开环增益为,A,反馈网络的电压传输系数为,F,振幅平衡条件：,相位平衡条件：,一、平衡条件,7,二、振荡器的起振条件,放大器,A,反馈网络,F,V,i,V,o,V,f,振幅起振条件,：,相位起振条件,：,1,、平均放大倍数,A,2,、起振条件,AF,越大，起振越容易，通常取,F,=1/21/8,当要求输出波形非线性失真很小时，,AF,应尽量接近,1,8,4.2.3,振荡器平衡状态的稳定条件,当振荡器受到外部因素的扰动，破坏了原平衡状态，,振荡器应具有自动恢复到原平衡状态的能力。,稳定平衡,不稳定平衡,一、振幅平衡的稳定条件,Q,V,omQ,1,、当,V,om,V,omQ,时,V,oQ,2,、当,V,om,V,omQ,时,软自激,9,硬自激,需要预先加上一个有一定振幅的信号才能起振,10,二、相位平衡的稳定条件,当相位平衡条件遭到破坏时，线路本身能重新建立起,相位平衡点的条件。,1,、频率与相位的关系,放大器,A,反馈网络,F,V,i,V,o,V,f,频率随相位的变化关系：,相位平衡的稳定条件,为：,LC,并联谐振回路的相移,晶体管的相移,11,2,、,LC,并联谐振回路的相频特性,电路在,f,oA,处建立起新的平衡,电路在,f,o,处恢复平衡,相位平衡的稳定条件,为：,12,4.3,反馈型,LC,振荡器线路,按反馈耦合元件分为：,互干耦合振荡器,电感反馈式振荡器,电容反馈式振荡器,集电极直流电源与基极偏压的供给方式,并馈、串馈,具有高稳定性的混合反馈式偏置电路,13,4.3.1,电感反馈式三端振荡器（哈脱莱电路）,B,C,E,E,C,B,一、电路形式,14,二、交流等效电路,三、起振条件,四、振荡频率,15,4.3.2,电容反馈式三端振荡器（考毕兹电路）,一、电路形式,B,C,E,B,C,E,16,二、交流等效电路,四、起振条件,三、振荡频率,改变,C,1,、,C,2,的值，在一定条件下可改善起振条件,C,1,/C,2,通常取,0.10.5,为易,17,电容三点式与电感三点式电路的比较,电容三点式,电感三点式,1,、输出波形,好,差,2,、频率稳定度,相对较高,相对较低,3,、输出频率范围,可达到,100MHz,以上,可达到甚高频段,4,、应用,点频振荡器,应用较少,18,4.3.3 LC,三端式振荡器相位平衡条件的判断准则,1,、,X,CE,与,X,BE,的电抗性质相同；,2,、,X,BC,与,X,CE,、,X,BE,的电抗性质相反；,3,、对于振荡频率,f,o,，应满足：,X,CE,+X,BE,+X,BC,=0,集基相同余相反,考毕兹电路,哈脱莱电路,19,例,1,：图示为振荡电路的交流通路，根据产生自激振荡所需相位条件，判断其是否能振荡，或是在某种限定条件下能振荡。,a,b,c,d,20,例,2,：图示为一个三回路振荡器的等效电路，设有下列四种情况：,（,1,）,L,1,C,1,L,2,C,2,L,3,C,3,；,（,2,）,L,1,C,1,L,2,C,2,L,3,C,3,；,（,3,）,L,1,C,1,=,L,2,C,2,L,3,C,3,；,（,4,）,L,1,C,1,L,2,C,2,=,L,3,C,3,；,C,3,C,2,C,1,L,1,L,2,L,3,f,o3,f,o2,f,o1,21,4.4,振荡器的频率稳定问题,振荡器的性能指标：,频率和振幅的准确度与稳定度,4.4.1,频率准确度与频率稳定度,一、频率准确度（频率精度）,振荡器在规定条件下，实际振荡频率,f,1,与要求的标称频率,f,o,之间的偏差。,绝对频率偏差,:,相对频率偏差,:,22,二、频率稳定度,是指振荡器实际振荡频率,f,1,偏离其标称频率,f,o,而变化的程度，,它定义为在规定时间间隔内，振荡频率的相对变化量的最大值。,例,3,：某一振荡器在一天，则该振荡器的频率稳定度为：,短期频率稳定度多用其均方误差来表示：,23,三、频率稳定度的划分,时间间隔,引起的原因,长期,一天以上乃至几个月内,有源器件、电路元件的老化特性,短期,一天以内,温度、电源电压变化和电路参数不稳定等因素,瞬时,秒或毫秒内,设备内部噪声或各种突发性干扰,对振荡频率稳定度的要求视振荡器的用途不同而不同：,一般中波广播电台发射机：,10,-5,电视发射机：,10,-7,普通信号发生器：,10,-4,10,-5,精密信号发生器：,10,-7,10,-9,移动式超短波通信机：,10,-4,10,-5,单边带通信机：,10,-6,24,四、导致频率不稳定的原因,1,、振荡回路元件,L,和,C,2,、回路电阻,r,3,、有源器件的参数,五、提高频率稳定度的措施,1,、减小外界因素的影响,2,、提高谐振回路的标准性,3,、采用高稳定度的,LC,振荡器,25,六、高稳定度的,LC,振荡器,1,、串联改进型振荡器（克拉泼电路）,R,b1,R,b2,R,c,R,e,C,b,C,1,C,2,C,3,L,C,E,B,C,3,不能无限度地减小,频率覆盖系数为,1.2,1.3,，主要适用于产生固定频率,26,2,、并联改进型振荡器（西勒电路）,R,b1,R,b2,R,e,R,c,C,b,C,1,C,2,C,3,C,4,L,可以通过调节,C,4,来调节输出频率,频率覆盖系数为,1.6,1.8,27,例,1,：振荡电路如图示，它是什么类型振荡器？有何优点？计算它的振荡频率。,C,1,0.01uF,C,3,L,C,2,1000pF,1000pF,100pF,50uH,28,例,2,：分析图示振荡电路，画出交流通路，计算振荡频率，并说明电路特点。,0.01uF,L,C,1,C,2,C,3,C,4,C,5,100pF,200pF,200pF,51pF,5.1pF,8uH,29,4.5,石英晶体振荡器,频率稳定度可达到,10,-6,10,-11,。,石英晶体振荡器的优点：,石英晶体的等效谐振回路有很高的标准性；,石英晶体的,Q,值可高达数百万量级；,在串并联谐振频率之间很窄的工作频带内，具有极陡峭的电抗特性曲线。,分类,：,并联谐振型晶体振荡器：等效为电感,串联谐振型晶体振荡器：等效为串联谐振回路,30,4.5.1,并联谐振型晶体振荡电路,C-b,型电路,(,皮尔斯电路,),b-e,型电路（密勒电路）,C,2,C,1,JT,C,1,C,2,C,o,C,q,L,q,r,q,31,使用石英晶体谐振器时需注意的问题,：,石英晶体只有在较窄的温度范围内工作时，才具有高频率稳定度，所以要注意采用恒温措施,要接有一定的负载电容,C,L,，以补偿生产中晶体频率误差和晶体的老化，使其达到标称频率,32,4.5.2,串联谐振型晶体振荡电路,C,1,C,c,C,2,C,3,C,p,J,T,L,R,e,C,1,C,2,C,3,L,R,e,J,T,33,晶体振荡电路的实际电路举例,1,34,晶体振荡电路的实际电路举例,2,35,4.5.3,泛音晶体振荡电路,C,3,C,2,C,1,L,1,JT,指石英片振动的机械谐波,电气谐波：与基频是整数倍关系，且谐波与基波同时并存。,泛音：是在基频的奇数倍附近，且两者不能同时并存。,例：设晶体的基频为,1MHz,，若要得到五次泛音晶振，问回路参数如何设置？,36,4.6,负阻振荡器,在,100MHz,以上的超高频段得到广泛应用，目前其频率范围已扩展到几十,GHz,。,4.6.1,负阻器件的伏安特性,具有负增量电阻特性的电子器件。,i,D,u,D,A,B,Q,电压控制型负阻器件,37,电流控制型负阻器件,i,D,u,D,A,B,Q,I,2,I,Q,I,1,实用中，隧道二极管具有电压控制型负阻器件特性；,单结晶体管、雪崩管具有电流控制型负阻器件特性。,38,t,0,U,m,i,D,t,0,I,Q,I,m,设将负阻特性直线化，并在工作点电压,U,Q,上叠加一正弦电压,u,i,D,u,D,0,Q,U,Q,器件消耗的平均功率：,直流电源供给的直流功率,器件加上交流电压后形成交流电流所产生的功率,39,4.6.2,负阻振荡电路,R,1,R,2,C,1,D,C,L,R,L,V,+,-,R,L,L,C,C,d,r,nd,1,、振荡的建立,2,、振荡频率,3,、起振条件,4,、平衡条件,40,