正弦波振蕩電路

正弦波振蕩電路第1頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六*2第2頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六*3第3頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

●基礎(chǔ)知識(shí)下圖所示電路,當(dāng)開(kāi)關(guān)打向左邊,電容被充電，然后開(kāi)關(guān)打向右邊,電容放電?；芈冯娏鳚M足微分方程:

其中:

衰減系數(shù)固有角頻率*4第4頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

當(dāng)時(shí)特征根為共軛復(fù)數(shù),其解為：其中可見(jiàn)這是一阻尼振蕩，其波形如右圖所示。欲獲得無(wú)阻尼振蕩,應(yīng)設(shè)法使，即R=0但實(shí)際中R不可能為0，則應(yīng)該設(shè)法找到一個(gè)“負(fù)電阻”以抵消正電阻R，使:越大衰減越快*5第5頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六●如何獲得負(fù)電阻?采用具有負(fù)微變電阻的器件；?利用正反饋提供一個(gè)等效負(fù)電阻。*6第6頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六●起振條件?

振幅條件:?

相位條件:●問(wèn)題:1.最初的輸入電壓是怎么得來(lái)的?2.振蕩建立起來(lái)后,振幅會(huì)否無(wú)限增長(zhǎng)?*7第7頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3．1反饋式正弦波振蕩電路的工作原理和頻域分析方法

放大器

A（s）

反饋網(wǎng)絡(luò)

F（s）Σ條件等效于以下兩個(gè)條件幅度平衡條件

相位平衡條件n＝0，1，2，…

*8第8頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六正弦波反饋振蕩器的電路組成

電源

有源器件

選頻網(wǎng)絡(luò)

反饋網(wǎng)絡(luò)*9第9頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

晶體管

反饋網(wǎng)絡(luò)

LC選頻網(wǎng)絡(luò)uiic1uc1uf*10第10頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、振蕩幅度的建立和穩(wěn)定過(guò)程1．起振過(guò)程信號(hào)來(lái)源：噪聲和干擾、電源的開(kāi)啟起振條件相位平衡條件是先決的、最本質(zhì)的條件，即可形成正反饋*11第11頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三振蕩電路分析實(shí)例VTRb1Rb2ReCeCL1LfECCbM主網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)+ui-ic-uo++uf-ibuiuoA1/F可見(jiàn)起振初期是一個(gè)增幅的振蕩過(guò)程

*12第12頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2．穩(wěn)幅過(guò)程內(nèi)穩(wěn)幅：

振蕩電路的振蕩幅度是靠放大電路中晶體管的非線性特性來(lái)達(dá)到穩(wěn)定值的（1）適當(dāng)選擇工作點(diǎn)使晶體管工作在放大區(qū)和截止區(qū)而不進(jìn)入飽和區(qū)。

（2）假定晶體管在放大區(qū)和截止區(qū)的輸出電阻很大iC只隨vBE而變，而與vCE的變化無(wú)關(guān)，這就是說(shuō)，iC與負(fù)載電阻值無(wú)關(guān)。*13第13頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六振蕩電路輸出電壓v0(t)的波形圖曲線

*14第14頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

當(dāng)環(huán)路增益下降到1時(shí)，振幅的增長(zhǎng)過(guò)程將停止，振蕩器達(dá)到平衡狀態(tài)，即進(jìn)入等幅振蕩狀態(tài)。

2.振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件

在平衡點(diǎn)Ui=UiA附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使ui的振幅Ui增大時(shí)，環(huán)路增益減小，使反饋電壓振幅Uf減小，從而阻止Ui增大；反之，當(dāng)不穩(wěn)定因素使ui的振幅Ui減小時(shí)，環(huán)路增益增大，使反饋電壓振幅Uf增大，從而阻止Ui減小。

UiO|T(ωo)|A1UiA?*15第15頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

硬自激的振蕩特性

一般情況下都使振蕩電路工作于軟激勵(lì)狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)避免硬激勵(lì)狀態(tài)。需要外加激勵(lì)才能起振的狀態(tài)稱為“硬激勵(lì)”而不需外加信號(hào)能自動(dòng)起振的狀態(tài)則稱為“軟激勵(lì)”|T(ωo)|BAUiUiAUiB1*16第16頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六tuiOωωo*17第17頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六正弦波振蕩電路的線性頻域分析方法

起振階段：

用小信號(hào)模型構(gòu)成的微變等效電路近似估算其振蕩頻率和起振條件

進(jìn)入穩(wěn)幅振蕩

晶體管已經(jīng)進(jìn)入非線性區(qū)工作，因此在穩(wěn)幅階段不可以再利用小信號(hào)模型進(jìn)行電路的分析計(jì)算。反饋式振蕩電路起振階段的具體分析方法，通常采用開(kāi)環(huán)法和閉環(huán)法開(kāi)環(huán)法適用于分析簡(jiǎn)單且便于開(kāi)環(huán)的振蕩電路，閉環(huán)法適用于復(fù)雜并且更一般的振蕩電路。

一、開(kāi)環(huán)法

開(kāi)環(huán)法是先假定將振蕩環(huán)路在某一點(diǎn)處斷開(kāi)，計(jì)算它的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，然后用巴克豪森準(zhǔn)則確定平衡條件，從而確定電路的振蕩頻率和起振條件。*18第18頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六*19第19頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六例：試用開(kāi)環(huán)法分析右圖所示的互感耦合調(diào)集振蕩電路的振蕩頻率和起振條件。

解：

互感耦合調(diào)集振蕩電路的微變等效電路*20第20頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六互感耦合調(diào)集振蕩電路的開(kāi)環(huán)微變等效電路忽略Ri和Ro的影響后：*21第21頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六根據(jù)相位平衡條件，的模值應(yīng)該為實(shí)數(shù)，則可以得到：

振蕩角頻率o為：

o=根據(jù)幅度平衡條件可得：

Mgm=rC

或

起振條件為：

即對(duì)全耦合情況，M2=L1L2，M=nL1，L2=n2L1，其中：

高Q近似表達(dá)式*22第22頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六*23第23頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六*24第24頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六o=

令第一項(xiàng)等于零，就是相位平衡條件，可得振蕩角頻率o為：將代入上式的第二項(xiàng)，并令其等于零，可得維持振蕩的值為：*25第25頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六起振條件為gm＞gmo

，即：

1．若∞，∞，則：

o=

2．若r=0，則：

o=在r=0情況下，對(duì)全耦合情況，L1L2–M2=0o==

*26第26頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.2LC正弦波振蕩電路

利用電感、電容器件組成選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋式正弦波振蕩電路，統(tǒng)稱為L(zhǎng)C正弦波振蕩電路。值

1、LC振蕩電路中晶體管的工作狀態(tài)一、靜態(tài)工作點(diǎn)和起始LC振蕩電路甲類(lèi)應(yīng)用的條件是：VBEQ＞VBE(on)，Vim＜VBEQ－VBE(on)。甲乙類(lèi)運(yùn)用的條件是：VBEQ＞VBE(on)，Vim＞VBEQ－VBE(on)。

*27第27頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六乙類(lèi)應(yīng)用的條件是：VBEQ=VBE(on)。丙類(lèi)運(yùn)用的條件是：VBEQ＜VBE(on)，Vim＞VBE(on)－VBEQ。*28第28頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六甲類(lèi)振蕩電路

工作在晶體管的放大區(qū)起振時(shí)，值僅需略大于1

振蕩幅度穩(wěn)定：

靠放大區(qū)的弱非線性的作用

甲類(lèi)振蕩電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q選擇原則

A、從輸出電壓角度考慮：

應(yīng)選在交流負(fù)載線的中央，這樣可以使集電極電流和電壓達(dá)到最大擺幅。

B、并聯(lián)諧振回路的選擇性

在飽和區(qū)時(shí)輸出電阻大大減小，嚴(yán)重影響并聯(lián)諧振回路的選擇性，所以靜態(tài)工作點(diǎn)要選得低一些，使達(dá)到穩(wěn)態(tài)后振蕩電壓的峰值先達(dá)到截止區(qū)，以避免振蕩電路工作在飽和區(qū)。

多用于要求頻率穩(wěn)定性較好，輸出波形好的小功率振蕩器。它的缺點(diǎn)是幅度穩(wěn)定性差，易于停振。*29第29頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六甲乙類(lèi)振蕩電路起始振蕩電壓波形小半周進(jìn)入截止區(qū)

的加大，正反饋加強(qiáng)，振蕩幅度比甲類(lèi)的穩(wěn)定，這是因?yàn)檫M(jìn)入截止區(qū)后非線性急劇增強(qiáng)，

大，所以不容易停振下降的很快的變化對(duì)的影響減小

實(shí)用的小功率振蕩器多工作在甲乙類(lèi)。

*30第30頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、自偏電路

為了提高振蕩器的效率，進(jìn)一步提高振蕩幅度的穩(wěn)定性，大功率振蕩器多采用丙類(lèi)振蕩電路，丙類(lèi)振蕩電路的振蕩幅度達(dá)到穩(wěn)定后，晶體管的直流偏置電壓必然小于VBE(on)值，Q點(diǎn)位于截止區(qū)，

固定偏置電路如圖所示，VBEQ＝－VBB＜VBEon，該電路不可能自動(dòng)起振。因?yàn)樵陟o態(tài)時(shí)，VBEQ＜VBE(on)，晶體管的跨導(dǎo)gm為零，起始值也為零，振蕩電路是不能起振的。

*31第31頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六采用自偏電路可以解決丙類(lèi)振蕩電路的自動(dòng)起振一種能實(shí)現(xiàn)甲類(lèi)起振丙類(lèi)工作的自偏電路。

靜態(tài)工作點(diǎn)Q選擇在放大區(qū)

值取得很大

振蕩電壓波形的多半周進(jìn)入截止區(qū)集電極電流IC和基極電流IB均為半導(dǎo)角＜

2的余弦脈沖VBEO＝VBEQ－RbIBO－ReIEO＜VBEQ

在丙類(lèi)工作，從而得到較高的效率，且幅度穩(wěn)定*32第32頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.2.2調(diào)諧型正弦波振蕩電路

采用互感耦合線圈（或變量器）做為反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的正弦波振蕩電路，稱為調(diào)諧型正弦波振蕩電路。

諧振回路位置：

以及調(diào)射振蕩電路

調(diào)集、調(diào)基調(diào)基振蕩電路的交流通路

調(diào)射振蕩電路的交流通路由于晶體管基、射極間的輸入阻抗比較低，為了不致過(guò)多地影響諧振電路的Q值，晶體管與諧振回路間多采用部分耦合（又稱部分接入）調(diào)集振蕩電路在高頻輸出方面比其它兩種電路穩(wěn)定，而且幅度較大，諧波成分較小。

調(diào)基振蕩電路的特點(diǎn)是，頻率在較寬范圍內(nèi)改變時(shí)，幅度比較平穩(wěn)。

調(diào)諧型正弦波振蕩電路的優(yōu)點(diǎn)是容易起振，輸出電壓較大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)頻率方便，且調(diào)節(jié)頻率時(shí)輸出電壓變化不大，因此在一般廣播收音機(jī)中常用作本地振蕩器。調(diào)諧型振蕩電路的缺點(diǎn)是工作在高頻時(shí)，分布電容影響較大，輸出波形不好，頻率穩(wěn)定性也差，因此工作頻率不宜過(guò)高，一般在幾千赫至幾十兆赫范圍內(nèi)，在高頻段用得較少。*33第33頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.2.3三端型LC正弦波振蕩電路

三端型LC正弦波振蕩電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作頻率較高，工作性能也比較穩(wěn)定，在無(wú)線電和通信設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。

常見(jiàn)的有三端電感振蕩電路和三端電容振蕩電路兩種三端電感振蕩電路(哈特萊（Hartley）)

三端電容振蕩電路(科皮茲（Colpitts）)正反饋，靠選頻網(wǎng)絡(luò)本身的相移作用使電路滿足振蕩的相位平衡條件。*34第34頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六IIIII*35第35頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三端電容電路三端電感電路

LC2串聯(lián)后再與C1并聯(lián)的諧振角頻率p=s=*36第36頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六設(shè)L1C組成的串聯(lián)諧振回路的諧振頻率為s，即

電路的振蕩頻率近似等于回路的諧振頻率基極所接的兩個(gè)元件C1、C2均為電容，不滿足自激所需要的“射同基反”的相位條件*37第37頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六L2C2組成的串聯(lián)諧振回路的諧振頻率為s，即

滿足電路諧振時(shí)Xc必須為容抗的條件，則要求o<s

必須使L1C1支路為感抗的同時(shí)，L2C2支路為容抗，電路才能滿足自激振蕩的相位條件。*38第38頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六C1C2LLECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc二電容反饋三點(diǎn)式振蕩器(ColpittsOscillators)+uce-+ube-LECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc*39第39頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六C1C2LC2C1Lgieg'Lgoegmube+uce-+ube-iC1Lgieg'Lgmubegoe+u'be-i+uce-C2+uce-C2LC1g'Lgoegmubek2Fgie+u'be-i*40第40頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六C1Lgieg'Lgmubegoe+u'be-i+uce-C2*41第41頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六ECL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2C三,電感三點(diǎn)式振蕩器(HartlyOscillators)L2L1Cg'Lgoegmubek2Fgie+u'be-+uce-+uce-+u'be

-ii*42第42頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

三種LC振蕩電路的主要區(qū)別在于反饋電路的連接形式不同，繪出三種電路的反饋電路，從電路對(duì)基波和諧波的響應(yīng)入手，判斷振蕩輸出波形的好壞。

1.振蕩波形三種LC振蕩電路的比較*43第43頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.頻率的調(diào)節(jié)

利用可變電容器可方便的在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)振蕩頻率，而利用調(diào)節(jié)電感調(diào)節(jié)振蕩頻率則比較困難。同時(shí)，在調(diào)節(jié)振蕩頻率時(shí)，還應(yīng)保持反饋系數(shù)不變。根據(jù)以上原則，將三種振蕩電路比較如下：

電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式變壓器耦合●振蕩波形差好居中●頻率調(diào)節(jié)

容易不易容易

(用可變電容)●頻率穩(wěn)定性差好差