物理學(xué)院高頻電子線路g4-1

1、高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 反饋振蕩器的工作原理反饋振蕩器的工作原理 晶體振蕩器晶體振蕩器 LC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 LC 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換電路，不需要外加信號(hào)激振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換電路，不需要外加信號(hào)激 勵(lì)而能自動(dòng)將直流能量變換為交流能量的裝置。勵(lì)而能自動(dòng)將直流能量變換為交流能量的裝置。 振蕩器能輸出特定頻率、

2、振幅、波形的交流信號(hào)。振蕩器能輸出特定頻率、振幅、波形的交流信號(hào)。 振蕩器在電子技術(shù)領(lǐng)域與直流電源一樣無(wú)處不在，振蕩器在電子技術(shù)領(lǐng)域與直流電源一樣無(wú)處不在， 是一種最基本的電子線路。是一種最基本的電子線路。 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 用途：用途： 電子設(shè)備電子設(shè)備 醫(yī)療儀器、醫(yī)療儀器、高頻加熱設(shè)備高頻加熱設(shè)備 發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)(載波頻率載波頻率fC） 接收機(jī)（本地振蕩頻率接收機(jī)（本地振蕩頻率fL） 儀器儀表振蕩源儀器儀表振蕩源 數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào) 廣泛應(yīng)用于：廣播、通信、遙控、自動(dòng)控制等廣泛應(yīng)用于：

3、廣播、通信、遙控、自動(dòng)控制等 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 第一節(jié)第一節(jié) 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 1、電路組成框圖：電路組成框圖：放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)（正反饋電路） 一、反饋振蕩器的原理分析一、反饋振蕩器的原理分析 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 組成：組成： 晶體管三極管，場(chǎng)效應(yīng)管，差分對(duì)管，晶體管三極管，場(chǎng)效應(yīng)管，差分對(duì)管， 運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器。 作用：作用： 能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換 要求：要求： 穩(wěn)定、增益可變。穩(wěn)定、增益可

4、變。 可變?cè)鲆娴膶?shí)現(xiàn)由可變?cè)鲆娴膶?shí)現(xiàn)由放大管的非線性或外加非線性器件放大管的非線性或外加非線性器件 （1）放大器）放大器 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 組成：組成： LC, RC, 石英晶體。石英晶體。 作用：提供放大器的輸入信號(hào)；作用：提供放大器的輸入信號(hào)； 要具有移相功能（才能實(shí)現(xiàn)正反饋，同時(shí)具有選頻功要具有移相功能（才能實(shí)現(xiàn)正反饋，同時(shí)具有選頻功 能）能） (2)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 2、振蕩的建立：

5、、振蕩的建立： 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定振蕩的條件實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定振蕩的條件： 起振，平衡，穩(wěn)定這三個(gè)條件起振，平衡，穩(wěn)定這三個(gè)條件 （1）接通電源產(chǎn)生擾動(dòng)信號(hào)接通電源產(chǎn)生擾動(dòng)信號(hào)US。 （2）放大器放大輸出，信號(hào)得到）放大器放大輸出，信號(hào)得到 放大。放大。 （3）反饋網(wǎng)絡(luò)送回輸入，信號(hào)得到）反饋網(wǎng)絡(luò)送回輸入，信號(hào)得到 加強(qiáng)。（對(duì)頻率有選擇的反饋加強(qiáng)）加強(qiáng)。（對(duì)頻率有選擇的反饋加強(qiáng)） （4）輸出信號(hào)達(dá)到一定值，放大器）輸出信號(hào)達(dá)到一定值，放大器 增益下降，維持平衡。增益下降，維持平衡。 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 3、環(huán)路增益與閉環(huán)增

6、益、環(huán)路增益與閉環(huán)增益 （1）環(huán)路增益：）環(huán)路增益： ( )( )( ) ( )( ) ( ) ( )( )( ) ioi iio U sUsU s T sK s F s U sU sUs (j)1,( )( ) , (j)1,( )( ) , ii ii TU sU s TU sU s 形成增幅振蕩 形成減幅振蕩 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 (2) 閉環(huán)電壓增益閉環(huán)電壓增益 ( )( ) ( )( )( ) ( )/( )( )/( ) ( )( )( ) 11 ( )( )( ) ( )( ) 1( )(

7、)1( ) oo u Sii oioi iio ioi UsUs K UsU sU s UsU sUsU s U sU sUs U sUsU s KsKs F s KsT s (3) (3) 自激振蕩的條件自激振蕩的條件 (j )(j )(j )1TKF 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 二、平衡條件平衡條件 (1) 振蕩器的平衡條件 TKF (j)1 20,1,2 TKF nn 振幅平衡件 相位平衡件 (j )(j ) (j )1TKF 沒(méi)有外加輸入仍保持穩(wěn)定的等幅輸出，稱為平衡條件。沒(méi)有外加輸入仍保持穩(wěn)定的等幅輸

8、出，稱為平衡條件。 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 (2) 以單調(diào)諧諧振放大器為例來(lái)看K(j)與F(j)的意義。 , ocibUU UU c b cc fL cb (j) (j) o i UU K UU IU YZ UI 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 ccc fL cbb (j)(j) o i UUIU KYZ UUUI 式中式中, ZL為放大器的負(fù)載阻抗為放大器的負(fù)載阻抗 L jc LL c U ZZe I Yf(j)為晶體管的正向

9、轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。為晶體管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。 f j c ff b (j) I YY e U 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 定義一個(gè)與定義一個(gè)與F(j)反號(hào)的反饋系數(shù)反號(hào)的反饋系數(shù)F(j) (j)(j) FF 這樣這樣, , 振蕩條件可寫為振蕩條件可寫為 fLfL (j )() (j ) (j )(j )(j )(j ) 1 TK jF YZ FYZ F 振幅平衡條件和相位平衡條件分別可寫為振幅平衡條件和相位平衡條件分別可寫為 f fLF 1 20,1,2 L Y Z F nn 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦

10、波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 平衡時(shí)電源供給的能量正好抵消環(huán)路的損耗能量。平衡時(shí)電源供給的能量正好抵消環(huán)路的損耗能量。 振幅平衡條件決定振蕩器的輸出振幅大小。振幅平衡條件決定振蕩器的輸出振幅大小。 相位平衡條件決定振蕩器的輸出信號(hào)的頻率。相位平衡條件決定振蕩器的輸出信號(hào)的頻率。 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 三、振蕩器的起振條件三、振蕩器的起振條件 接通電源時(shí)角頻率為接通電源時(shí)角頻率為 osc osc的 的擾動(dòng)分量擾動(dòng)分量需要環(huán)路不需要環(huán)路不 斷放大。斷放大。即反饋回來(lái)的信即

11、反饋回來(lái)的信 號(hào)比輸入到放大器的信號(hào)號(hào)比輸入到放大器的信號(hào) 大大, 振蕩開(kāi)始時(shí)應(yīng)為增幅振振蕩開(kāi)始時(shí)應(yīng)為增幅振 蕩蕩,輸出振幅才能不斷增強(qiáng)。輸出振幅才能不斷增強(qiáng)。 所以：所以： T (j )1 20,1,2, T nn 振幅起振件 相位起振件 （1）起振條件）起振條件 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 圖 4 2 振幅條件的圖解表示 （2）起振到平衡）起振到平衡 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 自給偏置電路自給偏置電路 起振物理過(guò)程起振物理

12、過(guò)程 （3）電路實(shí)現(xiàn)）電路實(shí)現(xiàn) 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 四、穩(wěn)定條件四、穩(wěn)定條件 振蕩器要輸出穩(wěn)定的頻率和振幅，平衡狀態(tài)必須穩(wěn)定。振蕩器要輸出穩(wěn)定的頻率和振幅，平衡狀態(tài)必須穩(wěn)定。 一、振幅穩(wěn)定條件一、振幅穩(wěn)定條件 B B點(diǎn)點(diǎn)為不穩(wěn)定平衡點(diǎn)：為不穩(wěn)定平衡點(diǎn)： 1 ()1 ifi T UUU 移動(dòng)到移動(dòng)到A點(diǎn)點(diǎn) 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 1 () 1 ifi T UUU 返回返回A點(diǎn)點(diǎn) 1 () 1 ifi T UUU 同樣同

13、樣 A A點(diǎn)為穩(wěn)定平衡點(diǎn)點(diǎn)為穩(wěn)定平衡點(diǎn) 0 iiA U U i T U 由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò), , 即反即反 饋系數(shù)大小饋系數(shù)大小F F不隨輸入信號(hào)改變不隨輸入信號(hào)改變, , 故振幅穩(wěn)定條件又可寫為故振幅穩(wěn)定條件又可寫為 0 iAi UU i U K 振幅穩(wěn)定應(yīng)有：振幅穩(wěn)定應(yīng)有： 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 相位（頻率）穩(wěn)定條件相位（頻率）穩(wěn)定條件 角頻率與相位的關(guān)系：角頻率與相位的關(guān)系： 2 t T 而 要使輸出頻率穩(wěn)定，環(huán)路增益的相頻特性應(yīng)有：要使輸出頻率穩(wěn)定，環(huán)路增益的相頻特性應(yīng)有： 干擾消失，恢復(fù)到原頻率。干擾消失，恢復(fù)到原頻率。 TT ( )( )/ 0 / t t 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第一節(jié)第一節(jié)反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 TLfF 1 L () 0 隨隨 的變化十分緩慢，可認(rèn)為它與的變化十分緩慢，可認(rèn)為它與 無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。 (2) F( ) 故故 Z Z( ( ) ) 隨隨 變化的特性可代表變化的特性可代表 T T( ( ) ) 隨隨