第4章正弦波振蕩器新

1、第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第第4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 4.2 LC 振振 蕩蕩 器器 4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 4.1.1 反饋振蕩器的原理分析反饋振蕩器的原理分析 u反饋型振蕩器的原理反饋型振蕩器的原理 u反饋型振蕩器組成：反饋型振蕩器組成：放大器和反饋網(wǎng)絡組放大器和反饋網(wǎng)絡組 成的一個閉合環(huán)路。放大器通常是以某種選頻成的一個閉合環(huán)路。放大器通常是以某種選頻 網(wǎng)絡網(wǎng)絡(如振蕩回路如振蕩回路)作負載作負載, 是一調諧放大器。是一調諧

2、放大器。反反 饋網(wǎng)絡一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡。饋網(wǎng)絡一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 )( )( )( sU sU sK i o )( )( )()()( sU sU sFsKsT i i )( )( )( sU sU sF o i u放大倍數(shù)：放大倍數(shù)： u反饋系數(shù)：反饋系數(shù)： u環(huán)路增益：環(huán)路增益： 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1, 即即 1)()()(jFjKjT (4 7) ,)()(,1)( ,)()(,1)( sUsUjT sUsUjT ii ii 形成增 幅振蕩

3、形成減幅振蕩 (4 8) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.1.2平衡條件平衡條件 u平衡條件平衡條件: u振幅平衡條件振幅平衡條件: u相位平衡條件相位平衡條件: 1)( KFjT 1)()()(jFjKjT 2 , 1 , 02nn FKT 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.1.3 起振條件起振條件 u起振條件起振條件: u振幅起振條件振幅起振條件: u相位起振條件相位起振條件: 1)( KFjT 1)()()(jFjKjT 2 , 1 , 02nn FKT 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.1.4 穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件 u穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件: 或或: 0 i

4、Ai UU i U T 0 iAi UU i U K 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.2 LC 振振 蕩蕩 器器 4.2.1振蕩器的組成原則振蕩器的組成原則 u 組成：組成：LC回路的回路的三個端點與晶體管的三三個端點與晶體管的三 個電極分別連接而成的電路。個電極分別連接而成的電路。 u組成原則：組成原則： uX1和和X2的電抗性質相同的電抗性質相同 uX3與與X1、X2的電抗性質相反的電抗性質相反 即：即：“射同剩異射同剩異” 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 u分類：分類：電容三端式（電容三端式（考必茲考必茲）和和電感三電感三 端式（端式（哈萊特哈萊特） L C2C1

5、 V (a) C L2L1 V (b) X2X1 X3 X3 X1X2 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.2.2電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器 Cb R1 R2Ce Re C1 C2 Ec L Lc (a) V L C2C1 V (b) u實際電路：實際電路： u交流等效電路交流等效電路 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 21 21 CC CC C LC 1 01 u回路的總電容：回路的總電容： u振蕩頻率：振蕩頻率： u反饋系數(shù)反饋系數(shù) F(j)： 2 1 1 2 1 1 )( C C C C U U jFK c b F 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.2.3

6、電感反饋振蕩器電感反饋振蕩器 Cb R1 R2 Ce Re L1 C Ec (a) V L2 Ucb . Ub . u實際電路：實際電路： u交流等效電路交流等效電路 C L2L1 V (b) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 u回路的總電感：回路的總電感： u振蕩頻率：振蕩頻率： u反饋系數(shù)反饋系數(shù) F(j)： MLLL2 21 LC 1 21 ML ML jGKF 1 2 )( 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 電感振蕩器和電感振蕩器特點對比：電感振蕩器和電感振蕩器特點對比： 線路簡單，線路簡單， 易實現(xiàn)。易實現(xiàn)。 電感振蕩器工作頻率不可太高，電容可以。電感振蕩器工作頻率不

7、可太高，電容可以。 （原因：極間電容有可能改變元件性質）（原因：極間電容有可能改變元件性質） 電容振蕩器輸出波形比電感要好。電容振蕩器輸出波形比電感要好。 電容的工作頻帶要寬要比電感的窄。電容的工作頻帶要寬要比電感的窄。 總支，電容三點式振蕩器應用要廣泛?？傊?，電容三點式振蕩器應用要廣泛。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.2.4 兩種改進型電容反饋振蕩器兩種改進型電容反饋振蕩器 LC三點式振蕩器存在問題：三點式振蕩器存在問題：晶體管極間電容晶體管極間電容 對振蕩頻率影響很大，導致振蕩不穩(wěn)定！對振蕩頻率影響很大，導致振蕩不穩(wěn)定！ 如何解決？如何解決？ 解決思路：可加入一些電容元件，

8、減少極間電解決思路：可加入一些電容元件，減少極間電 容在回路總電容中的比例，從而使振蕩頻率受容在回路總電容中的比例，從而使振蕩頻率受 極間電容的影響大大減少。極間電容的影響大大減少。 具體實現(xiàn)：具體實現(xiàn)：克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器和和西勒振蕩器西勒振蕩器。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 1. 克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器 克拉潑振蕩器的克拉潑振蕩器的實際電路實際電路和和交流等效電路交流等效電路 。 回路的總電容為回路的總電容為: 結論結論1：極間電容對總電容影響變小，頻率穩(wěn)：極間電容對總電容影響變小，頻率穩(wěn) 定度提高。定度提高。 3 , 321 11111 213 CCCCC CCC (

9、4 35) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 晶體管部分接入回路晶體管部分接入回路 接入系數(shù)接入系數(shù)p： 晶體管晶體管ce兩端兩端 的負載電阻的負載電阻RL： 結論結論2：C1,C2取值越大，取值越大，p越小，穩(wěn)定越好。但負越小，穩(wěn)定越好。但負 載變小，放大增益變低，環(huán)路增益變小，可能停振！載變小，放大增益變低，環(huán)路增益變小，可能停振！ 故：故：C1選擇要適中。選擇要適中。 1 3 1 C C C C p (4 36) (4 37) 0 2 1 3 0 2 )(R C C RpRL 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 (4 38) (4 39) 振動頻率振動頻率： 反饋系數(shù)：反饋

10、系數(shù)： 結論：結論： 從從耦合角度：耦合角度： C1越大越大，C3越小越小，則接入系數(shù)越小則接入系數(shù)越小， 耦合度越弱耦合度越弱級間電容影響大大減少！級間電容影響大大減少！ 從從晶體管負載電阻晶體管負載電阻角度：角度： C1越大越大，C3越小越小，則，則負負 載電阻越小載電阻越小可能導致停振?？赡軐е峦Ｕ?。 從從頻率角度頻率角度：C3若變化很大，負載電阻隨之變化，若變化很大，負載電阻隨之變化， 可能導致停振可能導致停振波段范圍較窄波段范圍較窄。 3 21 11 LCLC ww 2 1 C C K F 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 2. 西勒振蕩器西勒振蕩器 西勒振蕩器的西勒振蕩器的

11、實際電路實際電路和和交流等效電路交流等效電路。 電感電感L 并聯(lián)一可變并聯(lián)一可變電容電容C4。 回路的總電容：回路的總電容： 振蕩頻率為：振蕩頻率為： 結論：結論：C3負責負責接入系數(shù)接入系數(shù)，C4負責負責加寬頻帶加寬頻帶。 434 321 111 1 CCC CCC C (4 40) (4 41) )( 11 43 21 CCLLC ww 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 4.5.1 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 1. 石英晶體諧振器具有很高的石英晶體諧振器具有很高的標準性標準性。 2. 石英晶體諧振器與有源器件的石英晶體諧振

12、器與有源器件的接入系數(shù)接入系數(shù)p很小。很小。 3. 石英晶體諧振器具有石英晶體諧振器具有非常高的非常高的Q值。值。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.5.2 晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路 晶體振蕩器晶體振蕩器: 并聯(lián)型并聯(lián)型和和串聯(lián)型兩類串聯(lián)型兩類。 并聯(lián)型并聯(lián)型晶體振蕩器（晶體振蕩器（皮爾斯振蕩器）實際皮爾斯振蕩器）實際電路電路。 工作頻率：工作頻率： 外部電容為外部電容為CL： ： 晶體接入系數(shù)：晶體接入系數(shù)： 工作頻率：工作頻率： 1 123 1 0 1111 e L L X C CCCC 1 (1) 2 qq LoqLo q CC p CCCCC p ff 第第4 4章章

13、正弦波振蕩器正弦波振蕩器 反饋系數(shù)反饋系數(shù)F： 易滿足振幅起振易滿足振幅起振條件：條件： Qq很高，很高，Ro也很也很 高，接入系數(shù)高，接入系數(shù)p雖較小，阻抗雖較小，阻抗RL仍較高。仍較高。 其他常用的實用電路其他常用的實用電路 串聯(lián)型石英晶體振蕩器。串聯(lián)型石英晶體振蕩器。 1 2 C F C (456) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 R2 R1 Re Cb Ec Rc (a) L C1 C2 C3 (b) LRo C1 C2 C3 V 圖圖 4 10 克拉潑振蕩器電路克拉潑振蕩器電路 (a) 實際電路實際電路; (b) 交流等效電路交流等效電路 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波

14、振蕩器 R2 R1 Re Cb Ec Rc (a) L C1 C2 C4 (b) L C1 C2 C3 V C3 C4 V 圖圖 4 11 西勒振蕩器電路西勒振蕩器電路 (a) 實際電路實際電路; (b) 交流等效電路交流等效電路 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 圖圖417 皮爾斯振蕩器皮爾斯振蕩器 Ce Ec (a) C1 C2 C3 (b) C1 V C E B C2 U b . gm U b . C3 Cq Lq rq C0 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 Xe 0 q0 晶體諧振器的電抗曲線晶體諧振器的電抗曲線 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 圖圖423一種串聯(lián)型晶體振蕩器一種串聯(lián)型晶體振蕩器 (a)實際線路實際線路;(b)等效電路等效電路 Ec V L C2 C1 (a) C1 C2 L V JT (b) 第第4 4章