《正弦波振荡器》PPT课件.ppt

第 3 章 正弦波振荡器,概 述,3.1 反馈振荡器的工作原理,3.2 LC 正弦波振荡器,3.3 LC 振荡器的频率稳定度,3.4 晶体振荡器,3.5 RC 正弦波振荡器,3.6 负阻正弦波振荡器,3.7 寄生振荡、间歇振荡和频率占据,正弦波振荡器的振荡原理（振荡三条件）， LC三点式振荡电路的组成原则，三点式振荡电路起振条件的工程估算法。,1. 基本要求与基本知识点,正弦波振荡器的振荡原理（振荡三条件）及LC三点式振荡电路的组成原则，三点式振荡电路起振条件的分析方法。,2掌握的基本理论和方法：,概 述,一、与功放比较(从能量角度),1功率放大器,将直流电源提供的直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。,特点：被动地，需输入信号控制,2正弦波振荡器(Sinewave Oscillator),将直流能量转换为频率和振幅特定的正弦交变能量。,特点：自动地，无需输入信号控制。,二、正弦波振荡器的应用,1作信号源(本章将讨论),要求：振荡频率和振幅的准确性和稳定性。,2正弦交变能源(本章不讨论),要求：功率足够大，高效。,有源器件特性和振荡原理：反馈振荡器，负阻振荡器,波形：正弦波振荡器；非正弦波振荡器,选频网络：LC振荡器，晶体振荡器，RC振荡器,三、分类,四、振荡的基本原理,LCR 回路的自由振荡,R=0 时，有：,振荡器的振荡频率等于选频回路的中心频率。,获得等幅持续振荡的条件：,1、引入一个负电阻，以抵消LC 回路中固有的正电阻；,2、引入正反馈；,LC 正反馈振荡器必须具备的三个条件：,1、一套振荡回路，包含两个（或两个以上的）异性质储能元件。能量在储能元件间交换，每秒钟能量交换的次数即为振荡器的振荡频率。该频率值取决于LC的值，即该回路决定 f0 ;,2、一个能量来源，即直流电源；,3、一个控制元件（设备），由有源器件和正反馈电路组成。,1组成,主网络与反馈网络构成闭合环路。,图 3-1-1 反馈振荡器的组成方框及相应电路,例：变压器耦合反馈振荡器(交流通路)。,3.1 反馈振荡器的工作原理,2等幅持续振荡的条件, 刚通电时，须经历一段振荡电压从无到有逐步增长的过程。, 进入平衡状态时，振荡电压的振幅和频率要能维持在相应的平衡值上。, 当外界条件不稳时，振幅和频率仍应稳定，而不会产生突变或停止振荡。,闭合环路成为反馈振荡器的三个条件：, 起振条件接通电源后可从无到有建立起振荡。, 平衡条件进入平衡状态后可输出等幅持续振荡。, 稳定条件平衡状态不因外界不稳定因素的影响而受到破坏。,3.1.1 平衡和起振条件,一、起振条件,1分析, 刚通电时, 谐振回路的选频功能, 变压器绕向正确,2起振条件,(1)振幅起振条件,，或环路增益,(2)相位起振条件,T(osc) = A(osc) + f(osc) = 2n (n = 0，1，2，),二、平衡条件,1分析, 主网络将输出正弦振荡电压 ，角频率为 。, 所需输入电压 全部由反馈电压 提供，无需外加输入电压。,2平衡条件,由,则： 振幅平衡条件：环路增益的模 T(osc) = 1, 相位平衡条件：环路增益的相角,T(osc) = 2n (n = 0，1，2，),3讨论,反馈振荡器需同时满足起振条件与平衡条件：, 起振时，T(osc) 1，Vi 迅速增长；, 随后，T(osc)下降，Vi 的增长速度变慢；,图 3-1-2, 环路增益的相角 T(osc) 则必须维持在 2n 上。,例变压器耦合反馈振荡器,符合起振与平衡条件对 T(osc) 的要求。, 到 T(osc) = 1 时，Vi 停止增长，振荡器进入平衡状态，在相应的平衡振幅 ViA 上维持等幅振荡。,3.1.2 稳定条件,一、问题的提出,稳定条件：保证平衡状态不因外界不稳定因素的影响受到破坏的条件。,1振荡电路中存在干扰, 外部：电源电压、温度、湿度的变化，引起管子和回路参数的变化。, 内部：存在固有噪声。,均造成 T(osc) 和 T(osc) 的变化，破坏平衡条件。,2干扰对平衡状态的影响(两种),通过放大和反馈的反复循环：, 振荡器离开原平衡状态，导致停振或突变到新的平衡状态。原平衡状态是不稳定的，应避免。, 振荡器有回到平衡状态的趋势。当干扰消失后，能回到平衡状态。原平衡状态是稳定的。,二、振幅稳定条件,1稳定过程,2环路增益存在两个平衡点的情况,图 3-1-3,分析：若使 Vi ViB ，则 T(osc) 随之增大，导致 Vi 进一步增大，从而更远离平衡点 B。最后到达平衡点 A。,可见，这种振荡器不满足振幅起振条件，必须加大的电冲击，产生大于ViB 的起始扰动电压，才能进入平衡点 A，产生持续等幅振荡。,硬激励：靠外加冲击而产生振荡。,软激励：接通电源后自动进入稳定平衡状态。,3振幅稳定条件,要使平衡点稳定，T(osc) 必须在 ViA 附近具有随 Vi 增大而下降(负斜率变化)的特性，即,斜率越陡，则 Vi 的变化而产生的 T(osc) 变化越大，系统回到稳态的时间越短，调节能力越强。,三、相位(频率)稳定条件,1T(osc) 的偏移对振荡频率的影响, 由相位平衡条件,T(osc) = 2n(n = 0，1，2，)，表明每次放大和反馈后的电压与原输入电压同相。, 若某种原因使 T(osc) 0, 若某种原因使 T(osc) 0,2相位(频率)稳定的讨论, 若某种原因使 T(osc) 0(即 osc)，由特性，T() 0， Vi 的超前势必受到阻止。, 若某种原因使 T(osc) 0， Vi 滞后必受阻。,3相位稳定条件,图 3-1-4,4举例,说明变压器耦合振荡电路满足相位平衡条件。,T() 由两部分组成：,(1)放大器输出电压 对输入电压 的相移 A(),(2)反馈网络反馈电压 对 的相移 f(),即 T() = A() + f(),T() = A() + f(), f() ，可认为它与 无关。,故 Z() 随 变化的特性可代表 T() 随 变化的特性。,(a)并联谐振回路 图 3-1-5 谐振回路的相频特性曲线,并联谐振回路，其相频特性,0 谐振频率,Qe 有载品质因数,3.1.3 基本组成及其分析方法,要产生稳定的正弦振荡，振荡器必须满足起振、平衡、稳定三项条件。,1组成, 可变增益放大器提供足够的增益，且其增益随输入电压增大而减小。, 相移网络具有负斜率变化的相频特性，为环路提供合适的相移，保证在谐振频率上的相移为 2n。,或：四个环节,2种类,根据可变增益放大器和相移网络的不同：,(1)可变增益放大器, 按放大管, 按实现可变增益的方法,内稳幅：利用放大管固有的非线性,外稳幅：放大器线性工作，另外插入非线性环节，共同组成。,(2)相移网络具有负斜率变化的相移, LC 谐振回路, RC 相移和选频网络, 石英晶体谐振器,2工程分析方法, 首先，检查环路是否包含可变增益放大器和相频特性具有负斜率变化的相移网络；闭合环路是否