高頻電子線路課件4-1

1、第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、技術(shù)指標(biāo)：三、技術(shù)指標(biāo)：一，振蕩電路的功能一，振蕩電路的功能無(wú)外加輸入交流信號(hào)，電路能自動(dòng)將無(wú)外加輸入交流信號(hào)，電路能自動(dòng)將直流提供的能量轉(zhuǎn)換為一定頻率的交流振蕩直流提供的能量轉(zhuǎn)換為一定頻率的交流振蕩信號(hào)輸出。信號(hào)輸出。二，分類：二，分類：按振蕩原理可分為反饋型和負(fù)阻型。按振蕩原理可分為反饋型和負(fù)阻型。反饋型振蕩器由選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)組成；反饋型振蕩器由選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)組成；負(fù)阻型振蕩器由負(fù)阻元件和振蕩回路組成。負(fù)阻型振蕩器由負(fù)阻元件和振蕩回路組成。振蕩頻率，振蕩幅度、振蕩波形振蕩頻率，振蕩幅度、振蕩波形第二節(jié)第二節(jié) 反饋型

2、反饋型LC振蕩原理振蕩原理一一 、振蕩的建立與起振條件、振蕩的建立與起振條件開(kāi)關(guān)按至，開(kāi)關(guān)按至， Ui放大得到放大得到Uc ;開(kāi)關(guān)按至，當(dāng)開(kāi)關(guān)按至，當(dāng)Uf Ui ，振蕩建立，振蕩建立.振蕩條件振蕩條件:)(FAFAjiifjcfjiceUAFUFAUFeUUFAeUUA令振蕩器維持振蕩的條件：振蕩器維持振蕩的條件： （平衡條件）（平衡條件） )2 , 1 , 0(21nnnAFFA則振蕩若ifUU起振條件的物理意義：起振條件的物理意義： nFA2是構(gòu)成反饋型振蕩器的必要條件。是構(gòu)成反饋型振蕩器的必要條件。表明反饋是正反饋，表明反饋是正反饋， 表示振蕩是增幅振蕩，振幅由小表示振蕩是增幅振蕩，振幅

3、由小增大，振蕩能夠建立起來(lái)。增大，振蕩能夠建立起來(lái)。10FA理解：理解：起振條件：起振條件： )2 , 1 , 0(210nnnFAFA第二節(jié)第二節(jié) 反饋型反饋型LC振蕩原理振蕩原理二二 、振蕩的平衡與平衡條件、振蕩的平衡與平衡條件物理意義：物理意義：nFA2振蕩器的必要條件。振蕩器的必要條件。表示正反饋，為反饋表示正反饋，為反饋AF=1表示等幅振蕩，處于平衡狀態(tài)；表示等幅振蕩，處于平衡狀態(tài)； 1FA平衡條件：平衡條件： )2 , 1 , 0(21nnnAFFA即理解起振條件和平衡條件：理解起振條件和平衡條件： 晶體管是非線性器件，其增益晶體管是非線性器件，其增益A隨輸出電隨輸出電壓壓Vo增大

4、而減小增大而減小,直到達(dá)到平衡。直到達(dá)到平衡。第二節(jié)第二節(jié) 反饋型反饋型LC振蕩原理振蕩原理三三 、振蕩平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件、振蕩平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件什么是平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件：什么是平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件： 指振蕩器由于外界原因失去平衡后，振蕩器指振蕩器由于外界原因失去平衡后，振蕩器能自動(dòng)回到平衡狀態(tài)的條件。能自動(dòng)回到平衡狀態(tài)的條件。（1）振幅的穩(wěn)定條件）振幅的穩(wěn)定條件：0cQcUUcUA (4 14) 平衡點(diǎn)點(diǎn)：, 1,1AFFAB例：分析圖例：分析圖-3中點(diǎn)和點(diǎn)是否是穩(wěn)定平衡點(diǎn)中點(diǎn)和點(diǎn)是否是穩(wěn)定平衡點(diǎn)平衡點(diǎn)點(diǎn)：, 1,1AFFAQ點(diǎn)；回到點(diǎn)；回到QUAFUQUAFUcccc,1,1點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)Q

5、0QccUUcUA振幅穩(wěn)定條件：點(diǎn)；遠(yuǎn)離點(diǎn)；遠(yuǎn)離BUAFUBUAFUcccc,1,1點(diǎn)是不穩(wěn)定平衡點(diǎn)B （2）相位穩(wěn)定條件為）相位穩(wěn)定條件為 ：0Z(4 16) 分析外因的影響：分析外因的影響：則平衡相差為和反饋電壓若輸入電壓2bbUU）（，即則相差的相位超前于當(dāng)外因使fTUULbb,2)(LL，即0Z外因的影響是故電路應(yīng)該有：故電路應(yīng)該有：0Z并聯(lián)回路的相頻特性滿足相位穩(wěn)定條件并聯(lián)回路的相頻特性滿足相位穩(wěn)定條件物理意義物理意義:0cQcUUcUA0Z幅增大而減小幅增大而減小,它能保證電路參數(shù)發(fā)生變化引它能保證電路參數(shù)發(fā)生變化引起的起的A、F變化時(shí)變化時(shí),電路能在新的條件下建立電路能在新的條件

6、下建立新的平衡新的平衡,即振幅產(chǎn)生變化來(lái)保證即振幅產(chǎn)生變化來(lái)保證AF=1。 表示放大器的電壓增益隨振表示放大器的電壓增益隨振增大而減小增大而減小,它能保證振蕩電路的參數(shù)發(fā)生變它能保證振蕩電路的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)化時(shí),能自動(dòng)通過(guò)頻率的變化來(lái)調(diào)能自動(dòng)通過(guò)頻率的變化來(lái)調(diào)整整 ，保證振蕩器處于正反饋。，保證振蕩器處于正反饋。表示振蕩回路的相移隨頻率表示振蕩回路的相移隨頻率nFK2例：什么是振蕩器的起振條件、平衡條件和穩(wěn)例：什么是振蕩器的起振條件、平衡條件和穩(wěn)定條件？各有什么物理意義？它們與振蕩器定條件？各有什么物理意義？它們與振蕩器電路參數(shù)有何關(guān)系？電路參數(shù)有何關(guān)系？(2)平衡條件平衡條件：)2 , 1

7、, 0(210nnFAFA答答： (1)起振條件：起振條件：)2 , 1 , 0(21nnAFFA(3)穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件:振幅穩(wěn)定條件為：振幅穩(wěn)定條件為：0cQcUUcUA 相位穩(wěn)定條件為相位穩(wěn)定條件為 ：0Z 振幅起振條件振幅起振條件A0F1是表示振蕩是增幅振蕩，是表示振蕩是增幅振蕩，振幅由小增大，振蕩能夠建立起來(lái)。振幅平衡振幅由小增大，振蕩能夠建立起來(lái)。振幅平衡條件條件AF=1是表示振蕩是等幅振蕩，振幅保持不是表示振蕩是等幅振蕩，振幅保持不變，處于平衡狀態(tài)。變，處于平衡狀態(tài)。 相位起振條件和相位平衡條件：相位起振條件和相位平衡條件：nFA2表明反饋是正反饋，是構(gòu)成反饋型振蕩器的必要表明反饋

8、是正反饋，是構(gòu)成反饋型振蕩器的必要條件。條件。 振幅平衡的穩(wěn)定條件表示放大器的電壓增振幅平衡的穩(wěn)定條件表示放大器的電壓增益隨振幅增大而減小，它能保證電路參數(shù)發(fā)生益隨振幅增大而減小，它能保證電路參數(shù)發(fā)生變化引起的變化引起的A、F變化時(shí)，電路能在新的條件下變化時(shí)，電路能在新的條件下建立新的平衡，即振幅產(chǎn)生變化來(lái)保證建立新的平衡，即振幅產(chǎn)生變化來(lái)保證AF=1。 相位平衡的穩(wěn)定條件表示振蕩回路的相移相位平衡的穩(wěn)定條件表示振蕩回路的相移隨頻率增大而減小。它能保證振蕩電路的參數(shù)隨頻率增大而減小。它能保證振蕩電路的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，能自動(dòng)通過(guò)頻率的變化來(lái)調(diào)整發(fā)生變化時(shí)，能自動(dòng)通過(guò)頻率的變化來(lái)調(diào)整 ，保證振蕩電

9、路處于正反饋。，保證振蕩電路處于正反饋。 顯然，上述三個(gè)條件均與電路參數(shù)有關(guān)，顯然，上述三個(gè)條件均與電路參數(shù)有關(guān)，A由放大器的參數(shù)決定，除與工作點(diǎn)有關(guān)外，由放大器的參數(shù)決定，除與工作點(diǎn)有關(guān)外，還與晶體管的參數(shù)有關(guān)，而反饋系數(shù)還與晶體管的參數(shù)有關(guān)，而反饋系數(shù)F是與反饋是與反饋元件的參數(shù)值有關(guān)。元件的參數(shù)值有關(guān)。 nFA2第三節(jié)第三節(jié) 反饋型反饋型LC振蕩器振蕩器一一 、互感耦合振蕩電路、互感耦合振蕩電路振蕩條件：用瞬時(shí)極振蕩條件：用瞬時(shí)極性法判斷是否為正反性法判斷是否為正反饋。饋。1 方法：先判斷放大器的種類，找到輸入信號(hào)方法：先判斷放大器的種類，找到輸入信號(hào)(反饋信號(hào)反饋信號(hào))和輸出信號(hào)和輸出

10、信號(hào)(LC回路兩端回路兩端)的位置；假設(shè)輸入信號(hào)為正，的位置；假設(shè)輸入信號(hào)為正，按信號(hào)傳輸方向依次判斷極性，直到判斷出反饋信號(hào)按信號(hào)傳輸方向依次判斷極性，直到判斷出反饋信號(hào)的極性。若反饋信號(hào)和輸入極性相同為正反饋，極性的極性。若反饋信號(hào)和輸入極性相同為正反饋，極性相反為負(fù)反饋；相反為負(fù)反饋；CL101振蕩頻率：2 3 4 5 用瞬時(shí)極性法判斷圖用瞬時(shí)極性法判斷圖4-6能否振蕩能否振蕩(是否為正反饋是否為正反饋)1 23 4 56 答案：都是正反饋答案：都是正反饋總結(jié)：互感耦合反饋振蕩器通過(guò)互感（變總結(jié)：互感耦合反饋振蕩器通過(guò)互感（變壓器）進(jìn)行反饋，用同名端來(lái)保證正反饋。壓器）進(jìn)行反饋，用同名端

11、來(lái)保證正反饋。1 2 3 456 第三節(jié)第三節(jié) 反饋型反饋型LC振蕩器振蕩器二二 、電容反饋振蕩電路、電容反饋振蕩電路)(,21becbLCCRRRcbeebb三極分析得圖交流開(kāi)路。從直流短路交流短路；直流開(kāi)路、直流偏壓；、(一一) 相位平衡相位平衡+-iU-+ceUI-+fUiUfUceU0190的相位的相位ceceUICjUII0229011的相位的相位IUCjICjIUff能振蕩同相ifUU 用瞬時(shí)極性法分析用瞬時(shí)極性法分析其交流通路是否滿足其交流通路是否滿足相位平衡條件，即分相位平衡條件，即分析電路是否為正反饋。析電路是否為正反饋。(二二) 起振條件起振條件 分析是否滿足起振分析是否滿

12、足起振條件條件10FA 首先由交流通路畫(huà)首先由交流通路畫(huà)高頻小信號(hào)等效電高頻小信號(hào)等效電路，然后再計(jì)算：路，然后再計(jì)算：,2211ieoeCCCCCCYyUYUyUUfeiifeic/)/(YgyAfe/0反饋系數(shù)：反饋系數(shù)：211211CCCjICjIUUFcf一般有：反饋系數(shù)越大，越容易起振。一般有：反饋系數(shù)越大，越容易起振。gFgCCyFAfe11120電壓增益：電壓增益：起振條件：起振條件：(三三) 振蕩頻率振蕩頻率LC102121CCCCC2121CCCCCLC10也可以由交流通路近似計(jì)算：也可以由交流通路近似計(jì)算：第三節(jié)第三節(jié) 反饋型反饋型LC振蕩器振蕩器三三 、電感反饋振蕩電路、

13、電感反饋振蕩電路)(9421bCCRRRbee交流通路為圖高頻旁路電容；、直流偏壓；、(一一) 相位平衡相位平衡+-iU-+ceUI-+fUiUfUceU0190/的相位的相位ceceUILjUII0290的相位的相位IULjIUff能振蕩同相ifUU 用瞬時(shí)極性法分析用瞬時(shí)極性法分析其交流通路是否滿足其交流通路是否滿足相位平衡條件，即分相位平衡條件，即分析電路是否為正反饋。析電路是否為正反饋。(二二) 振蕩頻率和反饋系數(shù)振蕩頻率和反饋系數(shù)LMLLLCL2,1210振蕩頻率：振蕩頻率：反饋系數(shù)：反饋系數(shù)：MLMLMLjIMLjIUUFcef1212)()(I也可以忽略互感的影響則有：也可以忽略

14、互感的影響則有：12210,)(1LLFCLL(三三) 電感三點(diǎn)式與電容三點(diǎn)式的比較電感三點(diǎn)式與電容三點(diǎn)式的比較1.振蕩頻率：振蕩頻率： 相對(duì)而言，電感三點(diǎn)式的相對(duì)而言，電感三點(diǎn)式的振蕩頻率更低。因?yàn)殡姼腥袷庮l率更低。因?yàn)殡姼腥c(diǎn)式中極間電容點(diǎn)式中極間電容Cie、Coe與與L1、L2 并聯(lián)，并聯(lián)， Cie、Coe大大小與頻率有關(guān)，若頻率太高小與頻率有關(guān)，若頻率太高可能導(dǎo)致支路的電抗特性發(fā)可能導(dǎo)致支路的電抗特性發(fā)生變化從而不能振蕩。生變化從而不能振蕩。 而電容三點(diǎn)式中極間電容而電容三點(diǎn)式中極間電容Cie、Coe與與C1、C2 并聯(lián)，支并聯(lián)，支路的電抗特性不會(huì)變化。路的電抗特性不會(huì)變化。(三三)

15、 電感三點(diǎn)式與電容三點(diǎn)式的比較電感三點(diǎn)式與電容三點(diǎn)式的比較2.振蕩電壓波形：振蕩電壓波形： 相對(duì)而言，電感三點(diǎn)式的輸相對(duì)而言，電感三點(diǎn)式的輸出波形較差，失真較大。因?yàn)槌霾ㄐ屋^差，失真較大。因?yàn)樗抢秒姼蟹答?，而電感?duì)它是利用電感反饋，而電感對(duì)高次諧波呈高阻抗，所以反饋高次諧波呈高阻抗，所以反饋電壓中高次分量多，波形差。電壓中高次分量多，波形差。 而電容三點(diǎn)式是利用電容反而電容三點(diǎn)式是利用電容反饋，因?yàn)殡娙輰?duì)高次諧波呈饋，因?yàn)殡娙輰?duì)高次諧波呈低阻抗，所以反饋電壓中高低阻抗，所以反饋電壓中高次分量少，波形更好。次分量少，波形更好。 (四四) LC三點(diǎn)式振蕩器相位平衡條件三點(diǎn)式振蕩器相位平衡條件的

16、判斷準(zhǔn)則的判斷準(zhǔn)則(1)Xbe、 Xce應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件；應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件；(2) Xcb 與與Xce、 Xbe的電抗性質(zhì)相反。的電抗性質(zhì)相反。 （射同余異）（射同余異）證明：證明：。必呈感性，設(shè)為則為電容，假設(shè)LXXXcbbece2,為超前ccUILjUI。為應(yīng)該超前，同相為滿足相位平衡條件2)(IUUUffi+-iU-+ceUI-+fUiUfUceUI必為電容。beX必為電感。；又cbcbcebeXXXX0L例：判斷下圖電路能否振蕩，能振蕩的屬例：判斷下圖電路能否振蕩，能振蕩的屬于哪種類型振蕩器于哪種類型振蕩器。分析：分析：,)(321串聯(lián)CLXLXLXabcbece,)(321串

17、聯(lián)LCXCXCXbbcbece呈容性時(shí)能振蕩當(dāng)CL3呈感性時(shí)能振蕩當(dāng)LC3為電感三點(diǎn)式振蕩器為電容三點(diǎn)式振蕩器,)(312并聯(lián)LCXCXCXcbcbece呈感性時(shí)能振蕩當(dāng)3LCcbCcbbcbeceCXCLXCLXd,)(1122并聯(lián)并聯(lián)感性時(shí)能振蕩呈、當(dāng)2211CLCL為電感三點(diǎn)式振蕩器為電容三點(diǎn)式振蕩器(e)經(jīng)判斷滿足相位平衡經(jīng)判斷滿足相位平衡條件，故能振蕩，為共條件，故能振蕩，為共基調(diào)射型互感耦合振蕩基調(diào)射型互感耦合振蕩器。器。1 41 2345 (f)經(jīng)判斷滿足相位平衡經(jīng)判斷滿足相位平衡條件，故能振蕩，為共條件，故能振蕩，為共射調(diào)基型互感耦合振蕩射調(diào)基型互感耦合振蕩器。器。2 3 5 6 例例1：min021)2( ,1:,50,300,100AfuH