高頻電子線路陽昌漢版第5章-正弦波振蕩器

1第5章正弦波振蕩器

概述反饋型LC振蕩原理反饋型LC振蕩器振蕩器的頻率穩(wěn)定原理高穩(wěn)定度的LC振蕩器晶體振蕩電路

RC正弦波振蕩器

25.1概述一、振蕩器的功能在無輸入信號情況下，將電源的直流能量轉換成具有一定頻率、一定波形和一定振幅的交流信號能量輸出。二、振蕩器與放大器的區(qū)別

振蕩器：不需外加激勵信號相同點：直流能量交流能量不同點：放大器：需外加的激勵信號3振蕩器正弦波非正弦波：反饋型振蕩器負阻型振蕩器

LC振蕩器

晶體振蕩器

RC振蕩器三、振蕩器的分類產生三角波、鋸齒波、矩形波等負阻器件+振蕩回路（正反饋原理）4四、正弦波振蕩器的用途高頻加熱設備醫(yī)療儀器發(fā)射機(載波頻率fc)接收機(本地振蕩頻率fL)數字系統(tǒng)：時鐘信號通信系統(tǒng)：測量儀器：信號源高頻能源：五、主要技術指標振蕩頻率、振蕩波形、振蕩幅度、頻率穩(wěn)定度55.2反饋型LC振蕩原理定義：從放大器的輸出信號中取出一部分反饋到輸入端作為輸入信號，無需外部提供激勵信號，能產生等幅正弦波輸出稱為反饋型振蕩器。一、反饋型正弦波振蕩器的組成

正反饋網絡

放大器

（選頻網絡）6組成：放大器──是對反饋信號進行放大；正反饋網絡──是將輸出回路中的能量取出一部分加 到放大器的輸入端；選頻網絡──是獲得單一確定的振蕩頻率；穩(wěn)幅環(huán)節(jié)──使振蕩的輸出穩(wěn)定。內穩(wěn)幅外穩(wěn)幅利用放大器件的非線性7二、振蕩的建立與起振條件放大器的電壓增益：反饋系數：這時調諧放大器與反饋網絡就構成了自激振蕩器。環(huán)路增益調諧放大器反饋網絡－＋－＋－＋8起振條件：n=0,1,2…振幅起振條件相位起振條件增幅振蕩正反饋－＋－＋調諧放大器反饋網絡9三、振蕩的平衡條件剛起振時，起始偏壓為正偏置電路的偏置電壓為：IEUB+UE_+UBE_－＋－＋10UoOA

振蕩特性反饋特性11n=0,1,2…振幅平衡條件相位平衡條件

平衡條件：等幅振蕩丙類乙類甲乙類甲類???

放大器進入平衡的原因：（1）放大器固有的非線性特性（2）自給偏壓效應

從起振到平衡，放大器工作狀態(tài)的變化:12

晶體管

反饋網絡

LC選頻網絡平衡條件的另一種表示形式：振幅平衡條件:相位平衡條件:13四、振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件1)穩(wěn)定平衡與不穩(wěn)定平衡2)振蕩器的穩(wěn)定平衡因某一外因的變化，振蕩的原平衡條件遭到破壞，振蕩器能在新的條件下建立新的平衡，當外因去掉后，電路能自動返回原平衡狀態(tài)。滿足這樣條件的平衡稱為穩(wěn)定平衡。143）振幅平衡的穩(wěn)定條件UoOA

Q外因變化F1/FQ1AF>1（增幅振蕩）輸出增大Q1點達到新的平衡外因消失FAF<1（減幅振蕩）輸出減小回到原平衡狀態(tài)Q點1/F穩(wěn)定B點不穩(wěn)定：外因變化AF>1（增幅振蕩）輸出增大Q1點達到新的平衡F1/FQ1外因消失AF<1（減幅振蕩）輸出減小回到Q點達到平衡FQ點穩(wěn)定：軟激勵

硬激勵振幅的穩(wěn)定條件：（應避免）（回不到平衡點B點）15tui4）相位平衡的穩(wěn)定條件頻率隨相位變化的關系：頻率與相位的關系：（頻率的穩(wěn)定條件）信號周期信號頻率信號頻率信號周期16Oωωo0)(<??@?++?\wjwjjjZFZY

相位平衡的穩(wěn)定條件：

即要求選頻網絡的相頻特性曲線在工作頻率附近應具有負斜率。實際中的并聯LC諧振回路正好具有這種相頻特性。17總結1)正弦振蕩器工作條件包括起振條件：平衡條件：穩(wěn)定條件：保證振蕩器從無到有建立起振蕩保證振蕩器進入平衡狀態(tài)，產生持續(xù)的等幅振蕩保證平衡狀態(tài)不因外界不穩(wěn)定因素影響而受到破壞

振幅穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件n=0,1,2…n=0,1,2…182)振蕩器的靜態(tài)工作點應設計在軟激勵狀態(tài)4)判斷能否產生正弦振蕩的方法

a)

是否可能振蕩——首先看電路供電是否正確；二是看是否滿足相位平衡條件（正反饋）

b)

是否起振——看是否滿足振幅起振條件

c)是否產生正弦波——看是否有正弦選頻網絡3)從振蕩到平衡是由晶體管非線性與自給反偏壓共同作用的結果，稱為內穩(wěn)幅；需要外加穩(wěn)幅電路的稱為外穩(wěn)幅195.3反饋型LC振蕩器以LC諧振回路作選頻網絡的反饋振蕩器稱為LC正弦波振蕩器LC振蕩器互感耦合電感三點式電容三點式20一、互感耦合LC振蕩器

互感耦合振蕩器是依靠線圈之間的互感耦合實現正反饋的，耦合線圈同名端的正確位置的放置，選擇合適的耦合量M，使之滿足振幅起振條件很重要。

互感耦合振蕩器有三種形式：調基電路、調集電路和調射電路，這是根據振蕩回路是在集電極電路、基極電路和發(fā)射極電路來區(qū)分的。判斷相位平衡條件是否滿足的方法：通常采用瞬時極性法。21共基調集型bce高頻旁路電容1)

判斷是否可能振蕩的基本準則：是否是正反饋。正反饋系數:振蕩頻率:2)是否能起振：取決于變壓器是否有足夠的耦合量M方法：瞬時極性法22共e調b型bce高頻旁路電容－共b調e型高頻旁路電容ebc－－互感耦合振蕩器在調整反饋(改變M)時，基本上不影響振蕩頻率。但由于分布電容的存在，在頻率較高時，難于做出穩(wěn)定性高的變壓器。因此，它們的工作頻率不宜過高，一般應用于中、短波波段。23二、電容反饋式振蕩器(考畢茲電路)1、電路結構直流通路交流等效電路電容三點式振蕩器becC1C2L反饋信號取自C2兩端242、相位平衡條件

用矢量法分析其交流通路是否滿足相位平衡條件，即分析電路是否為正反饋。+--++-是流經C2時在C2上產生的電壓，所以比滯后90度253、起振條件分析起振條件時可以利用高頻小信號放大器的分析法。

（1）電壓增益26

（2）反饋系數（忽略各個g的影響）（3）起振條件

①

滿足起振條件是選取晶體管的

②從輸出電導和負載電導的影響看，F越大越容易起振，從輸入電導看，F不能太大。因而兼顧二者，F一般選取0.1-0.5。274、振蕩頻率振蕩頻率一般可以利用相位平衡條件求解。

在忽略、、等的影響，可得近似式為若忽略晶體管輸入電容和輸出電容的影響28三、電感反饋式振蕩器(哈特萊電路)1、電路結構電感三點式振蕩器becCbceeL2L1b反饋信號取自L2兩端29becL2L1C2、相位平衡條件+--++-3、起振條件反饋系數:若忽略互感M的影響則有：4、振蕩頻率30四、電感三點式與電容三點式的比較頻率不易調（調L，調節(jié)范圍?。┤秉c：優(yōu)點：(1)高次諧波成分小，輸出波形好(2)振蕩頻率可以做得很高缺點：(2)振蕩頻率不能太高（1）輸出波形差優(yōu)點：頻率易調（調C）31五、LC三點式振蕩器相位平衡條件的判斷準則bce(1)Xbe、Xce應為同性質的電抗元件；(2)Xcb

與Xce、Xbe的電抗性質相反。結論：射同集（基）反(3)對于振蕩頻率，應滿足：32例1

判斷下圖電路能否振蕩，能振蕩的屬于哪種類型振蕩器。33分析：3435(e)經判斷滿足相位平衡條件，故可能振蕩，為共基調射型互感耦合振蕩器。⊕○1⊕○2○3○45⊕(f)經判斷滿足相位平衡條件，故可能振蕩，為共射調基型互感耦合振蕩器。⊕⊕⊕⊕36例237例3z90o-90o0o0LC38z90o-90o0o0LC395.4振蕩器的頻率穩(wěn)定原理一、頻率穩(wěn)定度的定義

頻率穩(wěn)定度的定義：40按照時間間隔長短的不同，頻率穩(wěn)定度分為一天以上乃至幾個月內振蕩頻率相對變化量主要由于器件老化。一天之內振蕩頻率的相對變化量主要由于溫度、電源電壓等外界因素變化長期頻率穩(wěn)定度短期頻率穩(wěn)定度瞬時頻率穩(wěn)定度秒或毫秒內振蕩頻率的相對變化量由電路內部噪聲或突發(fā)性干擾引起。中波廣播電臺發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度為電視發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度為標準信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度為~41?二、頻率不穩(wěn)定的原因

晶體管

反饋網絡

LC選頻網絡uiic1uc1uf42?二、頻率不穩(wěn)定的原因

晶體管

反饋網絡

LC選頻網絡uiic1uc1uf振蕩頻率：并聯諧振回路的相角：、43具體分析導致頻率不穩(wěn)定的因素：(3)負載變化——影響回路Q值（1）LC回路參數不穩(wěn)定溫度機械振動（2）晶體管參數不穩(wěn)定溫度電源電壓44三、振蕩器的穩(wěn)頻措施2、提高振蕩回路的標準性1、減小外界因素變化的影響溫度的影響

采用高穩(wěn)定度直流穩(wěn)壓電源

采用金屬屏蔽罩

采用減震器在振蕩器和負載之間加緩沖器電壓的影響負載的影響電磁場的影響振動的影響將振蕩回路或整個振蕩器置于恒溫槽45三、振蕩器的穩(wěn)頻措施3、提高回路的品質因數4、選用高穩(wěn)定度的振蕩電路據LC回路的特性,Q值越大,相頻特性曲線越陡峭,相位越穩(wěn)定。如克拉波振蕩電路、西勒振蕩電路、石英晶體振蕩電路。465.5高穩(wěn)定度的LC振蕩器一、一般電容三點式振蕩電路的穩(wěn)定性分析

工作狀態(tài)和外界條件的變化都會改變Cie和Coe的值，從而改變振蕩頻率f0，導致f0不穩(wěn)定。47二、串聯改進型電容三點式振蕩器（克拉潑振蕩器CLAPP）C3<<C1

，C3<<C2

振蕩頻率：優(yōu)點：頻率可調48克拉潑振蕩器的缺點：

波段范圍不寬，波段內輸出幅度不平穩(wěn)，波段覆蓋系數一般約為1.2-1.3,實際中常用于固定頻率振蕩器。

.CLAPP電路的主要缺點是：頻率不能太高，49三、并聯改進型電容三點式振蕩器（西勒振蕩器Seiler）C3<<C1

，C3<<C2振蕩頻率：bce50改進：克拉波電路中是改變C3來調節(jié)頻率，而C3的改變會影響接入系數P，從而可能導致停振。但西勒電路中，改變C4來調節(jié)頻率，而C4的改變不會影響接入系數P。相對克拉潑振蕩器的改進之處：

故西勒電路的優(yōu)點：振蕩頻率可以很高，且在波段內振幅比較穩(wěn)定，調諧范圍比較寬，實際中常用于波段振蕩器。51例：-+-+分析：本題是一個西勒電路。52535.6晶體振蕩電路以石英諧振器作選頻網絡的反饋振蕩器稱為石英晶體振蕩器

其頻率穩(wěn)定度可達~，而LC回路的一般不超過因為石英諧振器具有極高的Q值和良好的穩(wěn)定性54一、石英晶體及其特性

從一塊晶體上按一定的方位角切割成的薄片稱為晶片1.石英晶體的結構和基本特性基本特性：壓電效應極板間加電場晶體產生機械變形反(逆)壓電效應：

正壓電效應：極板間加機械力晶體產生電場交變電壓機械振動交變電壓當交變電壓頻率=固有頻率時，振幅最大。壓電諧振當晶體幾何尺寸和結構一定時，它本身有一固定的機械振動頻率。552.石英晶體的等效電路

Lq:動態(tài)電感,表征質量幾十mH

～幾百Hrq:動態(tài)電阻,表征摩擦損耗幾～幾百歐JT符號等效電路

C0:靜態(tài)電容,約2～5PF

故晶體Q值很高，一般為幾萬至幾百萬

Cq:動態(tài)電容,表征彈性56JT符號等效電路串聯諧振頻率:并聯諧振頻率：通常所以（利用二項式展開）忽略高次項得：573.石英晶體的電抗特性fXfPfq容性容性感性忽略時，總阻抗為呈感性呈容性相當于短路X=0相