高频电子线路完整章节课件_04(4_1)(1)

1、1第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器信息与控制学院信息与控制学院付丽华付丽华2015-162015-16（1 1）2021-11-32第2章回顾 LCLC谐振回路具有选频作谐振回路具有选频作用。用。v 回路回路谐振谐振时，回路阻抗为电时，回路阻抗为电阻且为最大，可获阻且为最大，可获最大电压最大电压输出；输出；v 当回路当回路失谐失谐时，回路阻抗迅时，回路阻抗迅速下降，输出速下降，输出电压减小电压减小。v 回路的品质因数越高，回路回路的品质因数越高，回路谐振曲线越尖锐，选择性越谐振曲线越尖锐，选择性越好，但通频带越窄。好，但通频带越窄。2021-11-33第2章回顾 谐振相频特性谐振相频特性

2、v LCLC并联谐振回路在谐振时，相移为零；并联谐振回路在谐振时，相移为零；v 失谐时，当失谐时，当 时，回路呈感性，相移时，回路呈感性，相移为正值，最大趋于为正值，最大趋于9090；v 当当 时，回路呈容性，相移为负值，时，回路呈容性，相移为负值，最大趋于最大趋于9090。002021-11-34第2章回顾 阻抗变换电路阻抗变换电路v 信号源、负载不仅会使回路的有载品质信号源、负载不仅会使回路的有载品质因数下降，选择性变坏，而且还会使回因数下降，选择性变坏，而且还会使回路谐振频率产生偏移。路谐振频率产生偏移。v 为了减小信号源和负载对回路的影响，为了减小信号源和负载对回路的影响，常采用阻抗变

3、换电路，常采用阻抗变换电路，3 3种：种：u 变压器变压器u 电感分压器电感分压器u 电容分压器电容分压器2021-11-35第2章回顾 小信号谐振放大器小信号谐振放大器v是一种窄带放大器，由放大器和谐振负载组成是一种窄带放大器，由放大器和谐振负载组成，具有，具有选频选频或或滤波滤波功能。功能。v按谐振负载的不同，可分为按谐振负载的不同，可分为2 2类：类：u 单调谐放大器单调谐放大器u 双调谐放大器。双调谐放大器。【主要技术指标主要技术指标】u 谐振增益谐振增益u 选择性选择性u 通频带通频带u 通频带和选择性是互相制约的，用以综合说明通频带和选择性的参数是矩形系数，矩形系数越接近于1越好。

4、2021-11-36第2章回顾u单调谐放大器的性能与谐振回路的特性有单调谐放大器的性能与谐振回路的特性有密切关系。密切关系。v回路的品质因数越高，放大器的谐振增益就回路的品质因数越高，放大器的谐振增益就越大，选择性越好但通频带会变窄。越大，选择性越好但通频带会变窄。v在满足通频带的前提下，应尽量使回路品质在满足通频带的前提下，应尽量使回路品质因数增大。因数增大。v不过单谐振放大器的矩形系数不过单谐振放大器的矩形系数 比比1 1大大得多，所以其选择性比较得多，所以其选择性比较高高。101 . 0K2021-11-37第2章回顾 稳定性措施稳定性措施v 由于晶体管寄生电容的由于晶体管寄生电容的影响

5、影响以及不可避免的外以及不可避免的外部寄生反馈，再加上谐振回路阻抗大小和性质部寄生反馈，再加上谐振回路阻抗大小和性质随频率剧烈变化，会使谐振放大器工作不稳定随频率剧烈变化，会使谐振放大器工作不稳定，因此应采取一定的措施来保证放大器工作的，因此应采取一定的措施来保证放大器工作的稳定性。稳定性。v 例如不追求获得最大的放大量、采用中和电路例如不追求获得最大的放大量、采用中和电路和共射共基电路等。和共射共基电路等。2021-11-38第2章回顾 集中选频放大器集中选频放大器【组成组成】u 集中选频滤波器和宽带放大器组成。集中选频滤波器和宽带放大器组成。【类型类型】u 常用的集中选频滤波器有陶瓷滤波器

6、、声表常用的集中选频滤波器有陶瓷滤波器、声表面波滤波器等。面波滤波器等。u 它们具有接近理想的矩形系数、性能稳定可它们具有接近理想的矩形系数、性能稳定可靠、调整方便等优点，因此获得了广泛的应靠、调整方便等优点，因此获得了广泛的应用。用。2021-11-39本节内容本节内容第第4 4章章 正弦波振荡器与混频器正弦波振荡器与混频器 4.14.1反馈振荡器的基本原理反馈振荡器的基本原理 4.1.1 4.1.1反馈振荡器产生振荡原理反馈振荡器产生振荡原理 什么是振荡器什么是振荡器 反馈振荡器组成反馈振荡器组成 反馈振荡器分类反馈振荡器分类 4.1.2 4.1.2平衡条件与起振条件平衡条件与起振条件 振

7、荡的建立与起振条件振荡的建立与起振条件 振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件 振荡器的稳定条件振荡器的稳定条件 频率准确度与稳定度频率准确度与稳定度 2021-11-310第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器关于振荡器关于振荡器【振荡器振荡器】u不需要外加输入信号的控制，就能自动地将直流不需要外加输入信号的控制，就能自动地将直流电能转换成一定频率和一定幅度的交流电信号的现电能转换成一定频率和一定幅度的交流电信号的现象，称为自激振荡，能产生自激振荡的电路，称为象，称为自激振荡，能产生自激振荡的电路，称为振荡器。振荡器。【种类种类】u振荡器的种类很多，根据产生振荡波形的不同，振荡器的种类很多，根据

8、产生振荡波形的不同，可分为正弦波振荡器和非正弦波振器。可分为正弦波振荡器和非正弦波振器。【应用应用】u振荡器在现代科学技术中有着广泛应用，例如在振荡器在现代科学技术中有着广泛应用，例如在通信设备中用来产生载波和本振信号。通信设备中用来产生载波和本振信号。2021-11-3【振荡器在无线通信中的作用振荡器在无线通信中的作用】u在发射端负责生成载波（即用来承载有用信息在发射端负责生成载波（即用来承载有用信息的高频正弦波）的高频正弦波）u在接收端负责生成本振信号（用于混频）在接收端负责生成本振信号（用于混频）音频放大器调制器激励放大输出功率放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频

9、放大器话筒本地振荡器扬声器变频器第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器112021-11-3 无线发射机中的载波信号源无线发射机中的载波信号源超外差接收机中的本振信号源超外差接收机中的本振信号源电子测试仪器中的电子测试仪器中的正弦波正弦波信号源信号源数字系统中的时钟信号源数字系统中的时钟信号源振荡器广泛用于振荡器广泛用于各种电子设备各种电子设备中。例如：中。例如：振荡器另一类用途：振荡器另一类用途：要求是要求是：振荡频率、振荡振幅的振荡频率、振荡振幅的准确性和稳定性准确性和稳定性是作为高频加热设备和医用电疗仪器中的是作为高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交正弦交变电源变电源。要求是要求是：高

10、效率的产生足够大的正弦交变功率：高效率的产生足够大的正弦交变功率12第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器2021-11-3正弦波振荡器正弦波振荡器非正弦波振荡器非正弦波振荡器振荡器振荡器波形波形产生机理产生机理反馈式振荡器反馈式振荡器负阻式振荡器负阻式振荡器反馈型反馈型LC振荡器振荡器反馈型反馈型RC振荡器振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器振荡频率振荡频率低频振荡器低频振荡器高频振荡器高频振荡器 本章主要介绍反馈型本章主要介绍反馈型RC、LCLC振荡器和石英晶体振荡振荡器和石英晶体振荡器的工作原理。器的工作原理。在放大器电路中加在放大器电路中加入正反馈，当正反入正反馈，当正反馈足够大时，放

11、大馈足够大时，放大器产生振荡，变成器产生振荡，变成振荡器振荡器将一个呈现负阻特将一个呈现负阻特性的有源器件直接性的有源器件直接与谐振电路相连，与谐振电路相连，产生振荡产生振荡13第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器2021-11-314第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器压控振荡器压控振荡器2021-11-3154.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理【正弦波振荡器正弦波振荡器】u能产生正弦波信号的振荡电路，称为能产生正弦波信号的振荡电路，称为正弦波正弦波振振荡器。荡

12、器。【分类分类】：按组成按组成原理原理划分划分反馈振荡器反馈振荡器u利用正反馈原理构成利用正反馈原理构成负阻振荡器负阻振荡器u利用利用负阻器件负阻器件的负阻效应产生震荡的负阻效应产生震荡u本章的内容本章的内容u负阻指某些器件(如某些电子管、晶体管、二极管等)在某种条件下,当电流(或电压)增加时电压(或电流)反而减少的现象。这种现象对电路所起效应,相当于一个负电阻所引起的,故称“负阻效应”。有些器件可利用负阻效应以放大电信号或产生振荡。 2021-11-3164.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理【反馈振荡器反馈振荡器】u反馈振荡器是目前应用最多的振荡器，它是建立在反馈振荡

13、器是目前应用最多的振荡器，它是建立在放大和反馈基础上的。放大和反馈基础上的。反馈振荡器构成框图反馈振荡器构成框图u实际上反馈振荡器是实际上反馈振荡器是不需要通过开关转换由不需要通过开关转换由外加信号激励产生输出外加信号激励产生输出信号的，信号的，u它是把反馈电压作为它是把反馈电压作为输入信号，以维持一定输入信号，以维持一定的输出电压的闭环正反的输出电压的闭环正反馈系统。馈系统。162021-11-3174.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理1 1、组成与分类、组成与分类(1) 组成组成(2) 分类分类2021-11-3182 2、平衡条件与起振条件、平衡条件与起振条件（1

14、 1）振荡的建立过程）振荡的建立过程4.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理u当接通电源时，回路内的各种电扰动信号经选频网络当接通电源时，回路内的各种电扰动信号经选频网络选频后，将其中某一频率的信号反馈到选频后，将其中某一频率的信号反馈到输入端输入端，再经，再经放大放大反馈反馈放大放大反馈反馈的循环，该信号的幅度不断的循环，该信号的幅度不断增大，振荡由小到大建立起来。增大，振荡由小到大建立起来。u随着信号振幅的增大，放大器将进入非线性状态，增随着信号振幅的增大，放大器将进入非线性状态，增益下降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡幅度益下降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡

15、幅度不再增大进入平衡状态。不再增大进入平衡状态。 2021-11-3191 1、正反馈是建立振荡的必正反馈是建立振荡的必要条件要条件ViVo-+Vf+-首先，要使振荡能首先，要使振荡能够产生，够产生，反馈反馈必须必须是是正正的。的。其次，还需要有足其次，还需要有足够的反馈量，即够的反馈量，即V Vf f的的幅度幅度应该应该足够大足够大。2 2、平衡条件与起振条件、平衡条件与起振条件（1 1）振荡的建立过程）振荡的建立过程4.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理2021-11-3起振过程：起振过程：加电加电产生噪声产生噪声放大放大反馈反馈问题问题1 1：最初的输入信号如何得到

16、？：最初的输入信号如何得到？输出波形输出波形Vo- -+Vf+- -4.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理202021-11-3问题问题2 2：振荡器的平衡状态振荡器的平衡状态怎么达到？怎么达到？利用晶体三极管的非线性达到平衡状态。4.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理212021-11-322224.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理2 2、平衡条件与起振条件、平衡条件与起振条件振幅平衡条件振幅平衡条件：(2)(2)平衡条件平衡条件为维持等幅振荡所需满足的条件为维持等幅振荡所需满足的条件因为因为: :所以所以: :又因为平衡时

17、有又因为平衡时有: :所以所以: :因而可得因而可得: :1 1 相位平衡条件相位平衡条件：AFAF1 1 A+A+F F2 2n n(n n0,1,2,3,)0,1,2,3,) 2021-11-323232 2、平衡条件与起振条件、平衡条件与起振条件4.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理（3 3）起振条件）起振条件起振条件起振条件为了振荡起来必需满足的条件为了振荡起来必需满足的条件 由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起振，由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起振，起振之初反馈电压起振之初反馈电压U Uf f与输入电压与输入电压U Ui i在相位上应同在相位上应同相

18、（即为正反馈）；在幅值上应要求相（即为正反馈）；在幅值上应要求U Uf fU Ui i，即：即：A+A+F F2 2n n（n n0,1,2,0,1,2,）AFAF1 12021-11-324242 2、平衡条件与起振条件、平衡条件与起振条件4.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理（3 3）起振条件）起振条件为了振荡起来必需满足的条件为了振荡起来必需满足的条件【结论结论】u反馈振荡既要满足起振条件，又要满足平反馈振荡既要满足起振条件，又要满足平衡条件。衡条件。【特性分析特性分析】u满足起振和平衡条件的环路增益特性：图满足起振和平衡条件的环路增益特性：图4.1.24.1.2u

19、电路分析：图电路分析：图4.1.34.1.3（P99P99）2021-11-3()O SCTiV1AiAV图4.1.2 满足起振和平衡条件时的环路增益利用晶体三极管的非线性达到平衡状态。 4.1 反馈式振荡器的工作原理u当当T T（增益的模值）（增益的模值）11时，时，V Vi i迅速增大，迅速增大，随着随着T T的下降，的下降， V Vi i的增长速度变慢；的增长速度变慢；u当当T=1T=1时，时，V Vi i停止增停止增长，长， V Vi =i = V Vi Ai A；A A为平为平衡点衡点262 2、平衡条件与起振条件、平衡条件与起振条件(4)(4)判断判断u判断振荡器是否可能振荡判断振荡器是否可能振荡u判断振荡器是否能起振判断振荡器是否能起振:u习题：习题：P101，例，例4.