波形发生与变换电_十讲上课内容

1、整理课件考题讲解整理课件整理课件整理课件5.画出一高频功率放大器的实际电路图。要求1）采用NPN型晶体管，发射极直接接地；2）集电极用并联馈电；3）基极用串联馈电，自偏压，与前级互感耦合。整理课件+VCCCC2RFCCCC1L1C3L2L3C4L56.要求第一级基极零偏，第二级基极负偏。请改正电路图中的错误。 整理课件电路图中错误，修改后如下图。整理课件整理课件整理课件整理课件作业：作业：3-5、3-6、3-7、3-8整理课件3.1 LC 反馈正弦波振荡器的工作原理n(1)具有放大能力的有源器件。它的作用是不断具有放大能力的有源器件。它的作用是不断地向振荡系统补充能量，以维持等幅振荡并输地向振

2、荡系统补充能量，以维持等幅振荡并输出给负载。出给负载。n(2)由储能元件组成的选频网络。选频网络决定由储能元件组成的选频网络。选频网络决定着振荡器的振荡频率。着振荡器的振荡频率。n(3)控制能量补充的正反馈网络。该网络控制能控制能量补充的正反馈网络。该网络控制能量适时、适度地补充给振荡系统。量适时、适度地补充给振荡系统。n振荡器的工作原理与振荡器的工作原理与LC谐振回路的自由谐振回路的自由振荡类似，它至少应由以下三部分组成。振荡类似，它至少应由以下三部分组成。整理课件3.1.1 自激振荡的建立过程及起振条件放大器放大器 振荡器振荡器1、决定振荡频率的储能回路、决定振荡频率的储能回路2、控制合适

3、补充能量的系统、控制合适补充能量的系统3、能源的提供与合适的偏置电路、能源的提供与合适的偏置电路2220214RLCL+-+-+正反馈（由同名端保证的）正反馈（由同名端保证的）也称为相位条件也称为相位条件放大器（放大器（ ）也称为振幅条件也称为振幅条件| |ifVV整理课件3.1 LC 反馈正弦波振荡器的工作原理在电路中引入正反馈就相当于引入了负电阻。在电路中引入正反馈就相当于引入了负电阻。负电阻提供能量，能量的提供需要合适的时间！负电阻提供能量，能量的提供需要合适的时间！A点补充，相位超前，点补充，相位超前，T ,f 。B点补充，相位滞后，点补充，相位滞后，T ,f 。整理课件3.1.1 自

4、激振荡的建立过程及起振条件放大器放大器 振荡器振荡器限幅放大器的放大倍数（开环增益） iVVA0反馈网络的反馈系数 0VVBfsifVVV正反馈：0000111iFifffiiVVVAAAVVVVA BVVVV闭环增益：闭环增益：整理课件3.1.1 自激振荡的建立过程及起振条件放大器放大器 振荡器振荡器0000111iFifffiiVVVAAAVVVVA BVVVV闭环增益：闭环增益：BAVVififVV| 112(0,1,)ABABABnn建立等幅振荡器的条件建立等幅振荡器的条件 （振荡平衡条件振荡平衡条件）| |ifififVVVV由变压器变比保证由同名端保证整理课件3.1.1 自激振荡的

5、建立过程及起振条件放大器放大器 振荡器振荡器| |fiVV使振荡器输出的幅度越来越大 fiVV起振条件起振条件2(0,1,)1| 1ABnnABAB1| 1fiffiiVVVV能否输出变得越来越大无限增长？能否输出变得越来越大无限增长？希望最终可以输出等幅振荡。希望最终可以输出等幅振荡。整理课件3.1.2振荡器的平衡条件n如何让振荡器输出由起振时的振幅逐渐加大到如何让振荡器输出由起振时的振幅逐渐加大到最终输出的稳幅振荡？最终输出的稳幅振荡？1BA()ifVV1BA限幅放大器的放大倍数（开环增益） iVVA0反馈网络的反馈系数 0VVBf一般不变一般不变如何让如何让A由增长变为恒定？由增长变为恒

6、定？整理课件3.1.2振荡器的平衡条件)() (tVVVVbebEB振荡器的偏置电路振荡器的偏置电路VBVEV b (t)VQeQBQRIVV.工作状态发生改变，工作状态发生改变，由甲类到丙类！由甲类到丙类！让让A由增长变为恒定。由增长变为恒定。整理课件3.1.2振荡器的平衡条件工作状态发生改变，工作状态发生改变，由甲类到丙类！由甲类到丙类！)()cos1 (11ccbccVgI11()|(1cos)()cPcbicPbbcPccI Rg VARVVg R 整理课件3.1.2振荡器的平衡条件振幅平衡振幅平衡振幅平衡振幅平衡整理课件3.1.3 振荡器的振幅平衡的稳定条件N点点 稳定平衡点稳定平衡

7、点整理课件 在实际设计中，如果静态工在实际设计中，如果静态工作点设计不当，振荡特性可能不作点设计不当，振荡特性可能不是单调下降的。是单调下降的。 这种振荡器电路一般这种振荡器电路一般不能自行起振，而必须给以不能自行起振，而必须给以一个较大幅度的初始激励，一个较大幅度的初始激励，使动态点越过不稳定平衡点使动态点越过不稳定平衡点M才能起振，这叫硬激励起振，才能起振，这叫硬激励起振，设计电路要力加避免。设计电路要力加避免。3.1.3 振荡器的振幅平衡的稳定条件振荡器的振幅平衡的稳定条件0平衡点iVA振幅平衡的稳定条件是平衡点的位置必须满足：整理课件3.1.4 振荡器的相位平衡的稳定条件振荡器平衡的相

8、位条件实际上是正反馈条件2(0,1,2,)ABnn2(0,1,2,)YZBnnAY放大器的相移 放大器本身的相移 (可认为是 引起的相移) feyZ谐振回路的相移 if或相位平衡若遭到破坏，产生一个正的相位增量fViV反馈电压 超前原来输入电压 (前一次反馈电压)一个相角整理课件3.1.4 振荡器的相位平衡的稳定条件相位平衡若遭到破坏，产生一个正的相位增量fViV反馈电压 超前原来输入电压 (前一次反馈电压)一个相角相位超前导致频率升高，相位滞后导致频率降低，相位超前导致频率升高，相位滞后导致频率降低，振荡器本身的某一机构应有恢复相位平衡的能力振荡器本身的某一机构应有恢复相位平衡的能力什么电路

9、结构具有此种相位特性？什么电路结构具有此种相位特性？整理课件3.1.4 振荡器的相位平衡的稳定条件谐振回路的相频特性曲线在工作频率附近具有负的斜率，谐振回路的相频特性曲线在工作频率附近具有负的斜率，能保证相位平衡的稳定性。能保证相位平衡的稳定性。整理课件1.电路组成电路组成如下图所示为一变压器反馈式LC振荡电路。图中，LC并联回路作为三极管的集电极负载，是振荡电路的选频网络。变压器反馈式振荡电路由放大电路、反馈网络和选频网络三部分组成。电路中三个线圈作变压器耦合。线圈L与电容C组成选频电路，L2是反馈线圈，与负载相接的L3为输出线圈。2.振荡条件及振荡频率振荡条件及振荡频率LCfo213.电路

10、特点电路特点电路结构简单，容易起振，改变电容大小可方便地调节振荡频率。整理课件“切环注入法切环注入法”判断电路是否满足相位条件判断电路是否满足相位条件(1)在电路中某一个合适的位置在电路中某一个合适的位置(往往是往往是放大器的输入端放大器的输入端)把电路断开，把电路断开，(用用X号号表示表示)；(2)在断开处的一侧在断开处的一侧(往往是放大器的输入往往是放大器的输入端端)对地引入一个外加电压源对地引入一个外加电压源 ,该电压该电压源频率从低到高覆盖回路的谐振频率；源频率从低到高覆盖回路的谐振频率；iU(3)看经过放大器反馈网络之看经过放大器反馈网络之后转回到断开处另一侧对地后转回到断开处另一侧

11、对地的电压的电压 是否与是否与 同相，同相，为同相则其中必有某一个频为同相则其中必有某一个频率满足自激振荡的相位条件率满足自激振荡的相位条件(注意这里是实际方向注意这里是实际方向)，电路，电路有振荡的可能。有振荡的可能。fUiU如果电路又同时满足振幅条件如果电路又同时满足振幅条件就可以产生正弦振荡了就可以产生正弦振荡了,下面用下面用巴克好森准则分析集电极调谐巴克好森准则分析集电极调谐型反馈振荡器的振荡条件。型反馈振荡器的振荡条件。整理课件21miooeieG UUGj CGrjL 1omiUGAUGjCrjL 故故式中式中ieoeGGG2其中等效接入系数为其中等效接入系数为互感耦合振荡器大信号

12、等效电路互感耦合振荡器大信号等效电路设工作频率远小于振荡设工作频率远小于振荡器晶体管的特征频率，器晶体管的特征频率，忽略其内部反馈的影响，忽略其内部反馈的影响，用平均参数画出了图用平均参数画出了图(a)的大信号等效电路，如的大信号等效电路，如图所示。它与变压器耦图所示。它与变压器耦合放大器区别在于次级合放大器区别在于次级负载就是放大器输入端负载就是放大器输入端的的Gie。其。其 为为oU整理课件而而fLoLUjMIjMBUrjL IrjL 根据巴克好森准则，根据巴克好森准则，1AB 即即11mGj MABrj LGj Crj L 可得可得210mrGLCjLGrCMG 210mLGrCMGjL

13、CrG 即即2100mrGLCLGCrMG 整理课件解上述方程组得解上述方程组得11mrGLCLGCrGM 起振时，应用微变参数代替平均参数，因此互感耦合振起振时，应用微变参数代替平均参数，因此互感耦合振荡器的起振条件是：荡器的起振条件是：min()mmCrG LggM 上式说明，上式说明，r越大，越大，M越小，电路起振所需要的跨导越小，电路起振所需要的跨导gm就越大。当就越大。当M=0时，起振需要的跨导时，起振需要的跨导gm为无穷大。这表明为无穷大。这表明电路已不再是振荡器了。电路已不再是振荡器了。 还可以看出，振荡器的频率和晶体管的参数有关。（还可以看出，振荡器的频率和晶体管的参数有关。（

14、G=Goe +2Gie）实际上，管子的极间电容对高频振荡频率影响较大，这一）实际上，管子的极间电容对高频振荡频率影响较大，这一点是不希望的。因为这些参数与温度有关。点是不希望的。因为这些参数与温度有关。整理课件( (1 1) ) 电电路路结结构构 其其交交流流等等效效电电路路及及起起振振时时的的小小信信号号高高频频电电路路如如右右下下图图所所示示注注意意其其中中高高频频小小信信号号等等效效电电路路忽忽略略了了rey和和ieC及及oeC对对电电路路的的影影响响, ,另另外外, ,mfegy （2 2） 起起振振条条件件分分析析: :忽忽略略ieg对对回回路路的的影影响响时时, ,反反馈馈系系数数

15、为为: : 21()()beBceui LMBkui LM RguuAmbeceuoL2L1CgLgoegmubek2gie+ube- -+uce- -+uce- -+ ube - -ii整理课件( (3 3) ) 振振荡荡频频率率即即 可可 求求 出出 振振 荡荡 频频 率率 : :LC1)MLL(g)gg(LC1221ieLoe 而而其其中中: :MLLL221 一一般般LC10 而而当当1LLMK21 时时. .有有0 21oeLBieRggk g整理课件C1C2LLECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc(Colpitts Oscillators)(Colpitts Oscillato

16、rs)1 1. . 电电路路结结构构（2 2）交交流流等等效效电电路路+uce- -+ube - -LECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc整理课件C1C2L（3 3） 起起振振条条件件分分析析分分析析起起振振条条件件时时可可以以利利用用高高频频小小信信号号放放大大器器的的分分析析法法. . 如如右右图图为为小小信信号号微微变变等等效效电电路路, ,如如果果忽忽略略rey 且由于且由于mfeoeiegyCCCC ,12 ( (即忽略即忽略ci与与beu的相移的相移) )而回路线圈的损而回路线圈的损 耗及负载用耗及负载用Lg 等效等效 2 2, ,放放大大器器的的放放大大倍倍数数| |uoA|

17、 | 因因为为| |uoA| |= =beceuu 而而 gugubemce 2oeLBiegggk gC2C1LgiegLgoegmube+uce- -+ube- -iC1LgiegLgmubegoe+ube- -i+uce- -C2整理课件22212bebeieceBieBceuCuguk gkBuC2mmuooeLBieggAgggk g212211()mBoeLBiemieoeLgkggkgCCggggCC有+uce- -C2LC1gLgoegmubek2Bgie+ube- -iC1LgiegLgmubegoe+ube- -i+uce- -C2整理课件C1LgiegLgmubegoe+

18、ube- -i+uce- -C2( (4 4) ) 振振荡荡频频率率2be1221111mbeieoeLieieg ugj Cuggj Cj Lgj Cj Lgj C 21221111bemiebeoeLieieuggjCuggjCjLgjCjLgjC令令上上式式虚虚部部为为零零, ,可可得得: :0)()(21321 CLCggLgCCLoeie 整理课件cbcbbebececejXZjXZjXZcbbececbbeceXXXXXX0即即为满足相位条件，回路引出的三个端点应如何与晶体管的三个电极相连为满足相位条件，回路引出的三个端点应如何与晶体管的三个电极相连接？接？ 如图所示，振荡器的振荡

19、频率十分接近回路的谐振频率，于是有如图所示，振荡器的振荡频率十分接近回路的谐振频率，于是有假设假设: (1)不计晶体管的电抗效应；不计晶体管的电抗效应；(2)LC回路由纯电抗元件组成，回路由纯电抗元件组成，即即3.2.5 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则三端式振荡器相位平衡条件的判别准则整理课件三端式振荡器的相位判据三端式振荡器的相位判据 因为放大器已经倒相因为放大器已经倒相, ,即即 与与 差差180180，所以要求反馈电所以要求反馈电压压 必须与必须与 反相才能满足相位条件反相才能满足相位条件，如上图所示。，如上图所示。oUiUfUoUfbebeoceceUI jXXBUI jXX

20、因此，因此，Xbe必须与必须与Xce同性质同性质，才能保证才能保证 与与 反相反相。 归结起来，归结起来，Xbe和和Xce性质相同性质相同；Xcb和和Xce、Xbe性质相反性质相反。就是。就是三点式振荡器的相位判据三点式振荡器的相位判据。fUoU整理课件 12120100200166.67100200117.12C CCpFCCfM HzLC例例3.1 如图如图3-13(c) 所示电容三点式振荡电路中，所示电容三点式振荡电路中，C1=100pF，C2=200pF,L=1.3H忽略三极管的输入及输出电容。忽略三极管的输入及输出电容。1)计算振荡器的振荡频率计算振荡器的振荡频率2)求反馈系数求反馈

21、系数B解：解： 112100121002003CBCC答：振荡频率为答：振荡频率为17.1MHz，反馈系数为三分之一，反馈系数为三分之一整理课件LC1C2C3RLBA3.3.2 3.3.2 改进型电容三端式振荡电路改进型电容三端式振荡电路1 1 Clapp Oscilltor 3211111CCCC 由于一般由于一般 C1,C2取值较大取值较大, 即即 C1,C2C3 所以有所以有: :3CC 振荡频率：振荡频率：311LCLC RLECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB整理课件LC1C2C3RLBARL整理课件LC1C2C3C4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB2

22、.2.S Seiloreilor O Oscillascillatortor 与与 Clapp 电路不同点仅在于电路不同点仅在于 回路电感回路电感 L 两端并联一个可变电两端并联一个可变电 容容 C4 ,而而 C3 为固定值电容为固定值电容 ,且且 有有 C3C1,C2 其其振振荡荡频频率率为为: :)(1)(1434CCLCCL 其其中中33211111CCCCC 而而电电压压反反馈馈系系数数: :12beceuCBuC保保持持不不变变, ,又又因因 RL的的接接入入系系数数为为: 321111111CCCCCCp 13CC EC整理课件由由于于 C3为为固固定定值值,所所以以p值值 不不变

23、变（即即与与调调谐谐电电容容 C4无无 关关）,所所以以在在波波段段内内振振幅幅比比 较较稳稳定定,且且调调谐谐范范围围比比较较宽宽, 实实际际中中常常用用于于宽宽波波段段工工作作系系 统统中中. LC1C2C3C4AB整理课件频频率率稳稳定定: :在在各各种种外外界界条条件件发发生生变变化化的的情情况况下下, ,要要求求实实际际工工作作频频率率与与指指定定频频率率的的偏偏差差最最小小. .频频率率稳稳定定在在数数量量上上常常用用频频率率偏偏差差来来表表示示: :即即在在一一定定时时间间间间隔隔t 内内, ,频频率率的的相相对对偏偏差差. .一一般般按按时时间间的的长长短短不不同同, ,通通常常可可分分为为三三种种频频率率稳稳定定度度: : 长长期期稳稳定定度度: :一一般般指指几几天天或或几几个个月月 短短期期稳稳定定度度: : 指指一