Chapter6-正弦波振荡器分析课件

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,*,Copyrights yaoping.All rights reserved.,*,Chapter,6,正弦波振荡器,6.1,概述,6.2,反馈型振荡器基本工作原理,6.3,反馈型,LC,振荡器线路,6.4,振荡器的频率稳定问题,6.5,石英晶体振荡器,6.6,RC,振荡器,Chapter 6 正弦波振荡器6.1 概述,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,2,自激式振荡器：在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量电路。,一、振荡器的分类：,按波形分,按工作方式,按选频网络所采用的元件分,6.1,概述,正弦波振荡器,非正弦波振荡器,负阻型振荡器,反馈型振荡器,LC,振荡器,RC,振荡器,晶体振荡器,二、振荡电路的主,要技术指标：,振荡频率,频率稳定度,振荡幅度,振荡波形,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,3,6.2,反馈型振荡器基本工作原理,由,KVL：,微分，得：,其中：,回路的衰减系数,回路的固有角频率,一、并联谐振回路中的自由振荡现象,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,4,可以推导出：,过阻尼，不产生振荡,临介阻尼，仍不产生振荡,自由振荡,衰减振荡,等幅振荡,增幅振荡,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,5,为了获得等幅振荡，就必须设法使,LC,回路中的电阻等于“0”。由于实际的,LC,回路本身总是有正电阻的，因此必须人为的引入一个负电阻，将回路本身的正电阻完全抵消，以获得等幅振荡。,负电阻产生的方法,引入正反馈,利用有源器件的负阻特性,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,6,振荡器必须由三部分组成：,包含两个,(,或两个以上,),储能元件的振荡回路。,可以补充由振荡回路电阻产生损耗的能量来源。,使能量在正确的时间内补充到电路中的控制设备。,二、振荡过程与振荡条件,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,7,自激振荡建立的物理过程,1.振荡过程与振荡条件,产生振荡时：,故振荡条件为：,反馈系数,或,反馈放大器的闭环增益为：,时，,当,放大器变成了振荡器。,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,8,由上分析知，反馈型正弦波振荡器的起振条件是：,2.平衡过程与平衡条件,即,振荡器的平衡条件为,在平衡条件下，反馈到放大器的输入信号正好等于放大器维持其所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电压的平衡，使振荡器得以维持。,即,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,9,3.振荡器平衡状态的稳定条件,形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍数随振幅的变化特性具有负的斜率，即,相位平衡的稳定条件,振幅平衡的稳定条件,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；若能,建立则仍能保持其稳定的振荡。,相位稳定条件应为,或,软自激的振荡特性,硬自激的振荡特性,正向传输导纳相角,回路基波谐振阻抗相角,反馈系数相角,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,10,LC,振荡器按其反馈网络的不同，可分为互感耦合振荡器、电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种。,一、互感耦合振荡器,互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈的，耦合线圈同名端正确位置的放置、选择合适的耦合量,M,，使之满足振幅起振条件，这些都是很重要的。,6.3,反馈型,LC,振荡器线路,互感耦合振荡器的三种形式,调基电路,调集电路,调发电路,进入,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,11,由于基极和发射极之间的输入阻抗比较低，为了避免过多地影响回路的,Q,值，故在调基和调发这两个电路中，晶体管与振荡回路作部分耦合。,调基电路振荡频率在较宽的范围改变时，振幅比较平衡。,(a),调基电路,（,b）,调发电路,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,12,调集电路在高频输出方面比其它两种电路稳定，而且幅度较大，谐波成分较小。,（,c,）调集电路,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,13,二、三端式,LC,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，若采取一些稳频措施，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,),2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,14,(a),共发电感反馈三端式振荡器电路,(b),等效电路,电感三端式振荡电路,由,h,参数等效电路可以推导，电感反馈三端电路的起振条件,振荡频率为:,电感反馈三端式振荡器,(Hartley,电路,),2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,15,Hartley,电路的优点：,L,1,、,L,2,之间有互感，反馈较强，容易起振；,缺点：,振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得,而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波,的反馈较强，使波形失真大；,电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这,是因为频率太高，分布参数的影响太大。,振荡频率调节方便，只要调整电容,C,的大小即可。,而且,C,的改变基本上不影响电路的反馈系数。,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,16,电容反馈三端振荡器,(Coplitts,电路,),电容三端式振荡电路,（,a,）,（,b,）,可推导电容反馈三端电路的起振条件,电容反馈三端电路的振荡频率,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,17,Coplitts,电路的优点：,电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。,电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。,电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接利用振荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。它的工作频率可做到几十,MHz,到几百,MHz,的甚高频波段范围。,缺点：,调,C,1,或,C,2,来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在,L,两端并上一个可变电容器，并令,C,1,与,C,2,为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,18,串联型改进电容三端式振荡器,(Clapp,电路,),（,a,）,Clapp,电路的实际电路,（,b,）高频等效电路,因为,C,3,远远小于,C,1,或,C,2,，所以三电容串联后的等效电容,振荡角频率,故,Clapp,电路的振荡频率几乎与,C,1,、,C,2,无关。,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,19,由于,C,ce,、,C,be,的接入系数减小，晶体管与谐振回路,是松耦合。,调整,C,1,C,2,的值可以改变反馈系数,但对谐振频率的,影响很小。,由于放大倍数与频率的立方成反比，故随着放大频率的升高振荡的幅度明显下降，上限频率受到限制。故,:,调整,C,3,的值可以改变系统的谐振频率,对反馈系数,无影响。,Clapp,电路的波段覆盖的范围窄。,工作波段内输出波形随频率变化大。,Clapp,电路的特点,:,缺点：,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,20,并联型改进电容三端式振荡器,(,Seiler,电路,),(a),实际电路,(b),高频等效电路,其回路等效电容,振荡频率,特点：,容易起振；,波段覆盖率宽，且在波段内幅度较均匀。,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,21,例,6.1,某振荡器电路如下图所示。1)试说明各元件的作用；2)当回路电感,L,=1.5,H,时，要使振荡频率为49.5,MHz，,则,C,4,=?,解：,R,c,:集电极偏置电阻;,R,e,R,:发射极偏置电阻；,R,b1,R,b2,:基极偏置电阻；,C,b,:旁路电容；,C,p,:耦合电容；,ZL,:高频扼流圈；,C,1,C,4,:振荡回路电容,L,:振荡回路电感,Seiler,振荡电路,而,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,22,LC,三端式振荡器组成法则,(,相位平衡条件的判断准则,),振荡器的等效三端电路,三端式,LC,振荡器是一种反馈式,LC,振荡器。,当回路元件的电阻很小，可以,忽略其影响，同时也忽略三极,管的输入阻抗与输出阻抗的影,响，则电路要振荡必须满足条,件：,X,be,+,X,ce,+,X,cb,=0,电路特点简言之就是“,射同它异,”。,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。,2023/10/6Copyrights yaoping.A,2024/11/17,Copyrights yaoping.All rights reserved.,23,例,6.2,下图是一个三回路振荡器的等效电路，现有以下四种情况：,(1),L,1,C,1