高频电子线路 (14)课件

1、第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节 概述概述三、技术指标：三、技术指标：一，振荡电路的功能一，振荡电路的功能无外加输入交流信号，电路能自动将无外加输入交流信号，电路能自动将直流提供的能量转换为一定频率的交流振荡直流提供的能量转换为一定频率的交流振荡信号输出。信号输出。二，分类：二，分类：按振荡原理可分为按振荡原理可分为反馈型反馈型和和负阻型负阻型。反馈型振荡器由选频网络和正反馈网络组成；反馈型振荡器由选频网络和正反馈网络组成；负阻型振荡器由负阻元件和振荡回路组成。负阻型振荡器由负阻元件和振荡回路组成。振荡频率，振荡幅度、振荡波形振荡频率，振荡幅度、振荡波形第二节第二节 反馈型反

2、馈型LC振荡原理振荡原理一一 、振荡的建立与起振条件、振荡的建立与起振条件开关按至，开关按至， ui放大得到放大得到uc ;开关按至，当开关按至，当uf ui ，振荡建立，振荡建立.振荡条件振荡条件:ijicfjcfjicUAFeUAFUFUFeUUFAeUUAFAFA)(令振荡器维持振荡的条件：振荡器维持振荡的条件： （平衡条件）（平衡条件） )2 , 1 , 0(21nnnAFFA1FAUUif振荡条件为则振荡若起振条件的物理意义：起振条件的物理意义： nFA2是构成反馈型振荡器的必要条件。是构成反馈型振荡器的必要条件。表明反馈是正反馈，表明反馈是正反馈， 表示振荡是增幅振荡，振幅由小表示

3、振荡是增幅振荡，振幅由小增大，振荡能够建立起来。增大，振荡能够建立起来。10FA理解：理解：起振条件：起振条件： )2 , 1 , 0(210nnnFAFA二二 、振荡的平衡与平衡条件、振荡的平衡与平衡条件物理意义：物理意义：nFA2振荡器的必要条件。振荡器的必要条件。表示正反馈，为反馈表示正反馈，为反馈AF=1表示等幅振荡，处于平衡状态；表示等幅振荡，处于平衡状态； 1FA平衡条件：平衡条件： )2 , 1 , 0(21nnnAFFA即理解振幅起振条件理解振幅起振条件A0F1和振幅平衡条件和振幅平衡条件AF =1： 晶体管是非线性器件，其增益晶体管是非线性器件，其增益A随输出电随输出电压压V

4、o增大而减小增大而减小,直到达到平衡。直到达到平衡。三三 、振荡平衡状态的稳定条件、振荡平衡状态的稳定条件什么是平衡状态的稳定条件：什么是平衡状态的稳定条件： 指振荡器由于外界原因失去平衡后，振荡器指振荡器由于外界原因失去平衡后，振荡器能自动回到平衡状态的条件。能自动回到平衡状态的条件。（1）振幅的稳定条件）振幅的稳定条件：0cQcUUcUA (4 14) 平衡点点：, 1,1AFFAB分析图分析图-3中点和点是否是稳定平衡点中点和点是否是稳定平衡点平衡点点：, 1,1AFFAQ点；回到点；回到QUAFUQUAFUcccc,1,1点是稳定平衡点Q0QccUUcUA振幅稳定条件：点；远离点；远离

5、BUAFUBUAFUcccc,1,1点是不稳定平衡点B则平衡相差为和反馈电压若输入电压2bbUU （2）相位稳定条件为）相位稳定条件为 ：0Z(4 16) 分析外因的影响：分析外因的影响：LL，即0Z外因的影响是故电路应该有：故电路应该有：0Z）（，即则相差的相位超前于当外因使fTUULbb,2)(并联回路的相频特性满足相位稳定条件并联回路的相频特性满足相位稳定条件物理意义物理意义:0cQcUUcUA0Z幅增大而减小幅增大而减小,它能保证电路参数发生变化引它能保证电路参数发生变化引起的起的A、F变化时变化时,电路能在新的条件下建立电路能在新的条件下建立新的平衡新的平衡,即振幅产生变化来保证即振

6、幅产生变化来保证AF=1。 表示放大器的电压增益随振表示放大器的电压增益随振增大而减小增大而减小,它能保证振荡电路的参数发生变它能保证振荡电路的参数发生变化时化时,能自动通过频率的变化来调能自动通过频率的变化来调整整 ，保证振荡器处于正反馈。，保证振荡器处于正反馈。表示振荡回路的相移随频率表示振荡回路的相移随频率nFK2例：什么是振荡器的起振条件、平衡条件和稳例：什么是振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件？各有什么物理意义？它们与振荡器定条件？各有什么物理意义？它们与振荡器电路参数有何关系？电路参数有何关系？)2 , 1 , 0(210nnFAFA答答： (1)起振条件：起振条件：(2)平衡条

7、件平衡条件：)2 , 1 , 0(21nnAFFA(3)稳定条件稳定条件:振幅稳定条件为：振幅稳定条件为：0cQcUUcUA 相位稳定条件为相位稳定条件为 ：0Z 振幅起振条件振幅起振条件A0F1是表示振荡是增幅振荡，是表示振荡是增幅振荡，振幅由小增大，振荡能够建立起来。振幅平衡振幅由小增大，振荡能够建立起来。振幅平衡条件条件AF=1是表示振荡是等幅振荡，振幅保持不是表示振荡是等幅振荡，振幅保持不变，处于平衡状态。变，处于平衡状态。 相位起振条件和相位平衡条件：相位起振条件和相位平衡条件：nFA2表明反馈是正反馈，是构成反馈型振荡器的必要表明反馈是正反馈，是构成反馈型振荡器的必要条件。条件。

8、振幅平衡的稳定条件表示放大器的电压增振幅平衡的稳定条件表示放大器的电压增益随振幅增大而减小，它能保证电路参数发生益随振幅增大而减小，它能保证电路参数发生变化引起的变化引起的A、F变化时，电路能在新的条件下变化时，电路能在新的条件下建立新的平衡，即振幅产生变化来保证建立新的平衡，即振幅产生变化来保证AF=1。 相位平衡的稳定条件表示振荡回路的相移相位平衡的稳定条件表示振荡回路的相移随频率增大而减小。它能保证振荡电路的参数随频率增大而减小。它能保证振荡电路的参数发生变化时，能自动通过频率的变化来调整发生变化时，能自动通过频率的变化来调整 ，保证振荡电路处于正反馈。，保证振荡电路处于正反馈。 显然，

9、上述三个条件均与电路参数有关，显然，上述三个条件均与电路参数有关，A由放大器的参数决定，除与工作点有关外，由放大器的参数决定，除与工作点有关外，还与晶体管的参数有关，而反馈系数还与晶体管的参数有关，而反馈系数F是与反馈是与反馈元件的参数值有关。元件的参数值有关。 nFA2第三节第三节 反馈型反馈型LC振荡器振荡器一一 、互感耦合振荡电路、互感耦合振荡电路振荡条件：用瞬时极振荡条件：用瞬时极性法判断是否为正反性法判断是否为正反馈。馈。1 方法：先判断放大器的种类，找到输入信号方法：先判断放大器的种类，找到输入信号(反馈信号反馈信号)和输出信号和输出信号(LC回路两端回路两端)的位置；假设输入信号

10、为正，的位置；假设输入信号为正，按信号传输方向依次判断极性，直到判断出反馈信号按信号传输方向依次判断极性，直到判断出反馈信号的极性。若反馈信号和输入极性相同为正反馈，极性的极性。若反馈信号和输入极性相同为正反馈，极性相反为负反馈；相反为负反馈；CL101振荡频率：2 3 4 5 用瞬时极性法判断图用瞬时极性法判断图4-6能否振荡能否振荡(是否为正反馈是否为正反馈)1 23 4 5 答案：都是正反馈答案：都是正反馈总结：互感耦合反馈振荡器通过互感（变总结：互感耦合反馈振荡器通过互感（变压器）进行反馈，用同名端来保证正反馈。压器）进行反馈，用同名端来保证正反馈。1 2 3 456 课堂作业课堂作业

11、 作业题作业题4-3答案答案. . .(a)共基调集型共基调集型(b)共基调射型共基调射型(c)共基调集型共基调集型(d)共射调基型共射调基型分析：分析：1)三极管为共基接法三极管为共基接法,并考虑到并考虑到LC两端为输出信号，两端为输出信号，故虚拟的输入信号在射极故虚拟的输入信号在射极,输出信号在集电极输出信号在集电极.2)振荡器的反馈信号与输入信号在同一点振荡器的反馈信号与输入信号在同一点.依据以依据以上上2点可找到三个信号的位置点可找到三个信号的位置ivFvov3)从输入信号出发从输入信号出发,按信号传输方向依次判断瞬时按信号传输方向依次判断瞬时极性极性, 电路要振荡电路要振荡,输入信号

12、与反馈信号必须同相。输入信号与反馈信号必须同相。根据变压器两端的极性判断同名端根据变压器两端的极性判断同名端1 2 3 4 . .1)三极管为共基接法三极管为共基接法,并考虑到并考虑到LC两端为输出信号，两端为输出信号，故虚拟的输入信号在集电极故虚拟的输入信号在集电极,输出信号在射极输出信号在射极.2)振荡器的反馈信号与输入信号在同一点振荡器的反馈信号与输入信号在同一点.依据以依据以上上2点可找到三个信号的位置点可找到三个信号的位置ivFvov3)从输入信号出发从输入信号出发,按信号传输方向依次判断瞬时按信号传输方向依次判断瞬时极性极性, 电路要振荡电路要振荡,输入信号与反馈信号必须同相。输入

13、信号与反馈信号必须同相。根据变压器两端的极性判断同名端根据变压器两端的极性判断同名端1 2 3 4 .1)三极管为共基接法三极管为共基接法,并考虑到并考虑到LC两端为输出信号，两端为输出信号，故虚拟的输入信号在射极故虚拟的输入信号在射极,输出信号在集电极输出信号在集电极.2)振荡器的反馈信号与输入信号在同一点振荡器的反馈信号与输入信号在同一点.依据以依据以上上2点可找到三个信号的位置点可找到三个信号的位置ivFvov1 2 3 4 . .3)从输入信号出发从输入信号出发,按信号传输方向依次判断瞬时按信号传输方向依次判断瞬时极性极性, 电路要振荡电路要振荡,输入信号与反馈信号必须同相。输入信号与

14、反馈信号必须同相。根据变压器两端的极性判断同名端根据变压器两端的极性判断同名端1)三极管为共射接法三极管为共射接法,并考虑到并考虑到LC两端为输出信号，两端为输出信号，故虚拟的输入信号在集电极故虚拟的输入信号在集电极,输出信号在基极输出信号在基极.2)振荡器的反馈信号与输入信号在同一点振荡器的反馈信号与输入信号在同一点.依据以依据以上上2点可找到三个信号的位置点可找到三个信号的位置3)从输入信号出发从输入信号出发,按信号传输方向依次判断瞬时按信号传输方向依次判断瞬时极性极性, 电路要振荡电路要振荡,输入信号与反馈信号必须同相。输入信号与反馈信号必须同相。根据变压器两端的极性判断同名端根据变压器

15、两端的极性判断同名端ivFvov1 4 .23二二 、电容反馈振荡电路、电容反馈振荡电路原理图原理图交流通路交流通路注意：交流通路中没有画出注意：交流通路中没有画出Rb1 、 Rb2 、 RL (一一) 相位平衡相位平衡+-iU-+ceUI-+fUiUfUceU0190的相位的相位ceceUICjUII0229011的相位的相位IUCjICjIUff能振荡同相ifUU 用瞬时极性法分析用瞬时极性法分析其交流通路是否满足其交流通路是否满足相位平衡条件，即分相位平衡条件，即分析电路是否为正反馈。析电路是否为正反馈。(二二) 起振条件起振条件 分析是否满足起振分析是否满足起振条件条件10FA 首先由

16、交流通路画首先由交流通路画高频小信号等效电高频小信号等效电路，然后再计算：路，然后再计算：,2211ieoeCCCCCCYyUYUyUUfeiifeic/)/(YgyAfe/0反馈系数：反馈系数：211211CCCjICjIUUFcf一般有：反馈系数越大，越容易起振。一般有：反馈系数越大，越容易起振。gFgCCyFAfe11120电压增益：电压增益：起振条件：起振条件：(三三) 振荡频率振荡频率LC102121CCCCC2121CCCCCLC10也可以由交流通路近似计算：也可以由交流通路近似计算：三三 、电感反馈振荡电路、电感反馈振荡电路原理图原理图交流通路交流通路注意：交流通路中没有画出注意

17、：交流通路中没有画出Rb1 、 Rb2 、 RL (一一) 相位平衡相位平衡+-iU-+ceUI-+fUiUfUceU0190/的相位的相位ceceUILjUII0290的相位的相位IULjIUff能振荡同相ifUU 用瞬时极性法分析用瞬时极性法分析其交流通路是否满足其交流通路是否满足相位平衡条件，即分相位平衡条件，即分析电路是否为正反馈。析电路是否为正反馈。(二二) 振荡频率和反馈系数振荡频率和反馈系数LMLLLCL2,1210振荡频率：振荡频率：反馈系数：反馈系数：MLMLMLjIMLjIUUFcef1212)()(I也可以忽略互感的影响则有：也可以忽略互感的影响则有：12210,)(1L

18、LFCLL(三三) 电感三点式与电容三点式的比较电感三点式与电容三点式的比较1.振荡频率：振荡频率： 相对而言，电感三点式的相对而言，电感三点式的振荡频率更低振荡频率更低。因为电感三。因为电感三点式中极间电容点式中极间电容Cie、Coe与与L1、L2 并联并联， Cie、Coe大大小与频率有关，若频率太高小与频率有关，若频率太高可能导致支路的电抗特性发可能导致支路的电抗特性发生变化从而不能振荡。生变化从而不能振荡。 而电容三点式中极间电容而电容三点式中极间电容Cie、Coe与与C1、C2 并联并联，支，支路的电抗特性不会变化。路的电抗特性不会变化。(四四) 电感三点式与电容三点式的比较电感三点

19、式与电容三点式的比较2.振荡电压波形：振荡电压波形： 相对而言，电感三点式的输相对而言，电感三点式的输出出波形较差波形较差，失真较大。因为，失真较大。因为它是利用它是利用电感反馈电感反馈，而电感对，而电感对高次谐波呈高阻抗，所以反馈高次谐波呈高阻抗，所以反馈电压中高次分量多，波形差。电压中高次分量多，波形差。 而电容三点式是利用而电容三点式是利用电容反电容反馈馈，因为电容对高次谐波呈，因为电容对高次谐波呈低阻抗，所以反馈电压中高低阻抗，所以反馈电压中高次分量少，波形更好。次分量少，波形更好。 四四 、LC三点式振荡器相位平衡条件三点式振荡器相位平衡条件的判断准则的判断准则(1)Xbe、 Xce

20、应为同性质的电抗元件；应为同性质的电抗元件；(2) Xcb 与与Xce、 Xbe的电抗性质相反。的电抗性质相反。 （射同余异射同余异）证明：证明：，为电容假设1CXce2,1为超前ccUICjUI。为应该超前，同相为满足相位平衡条件2)(IUUUffi+-iU-+ceUI-+fUiUfUceUI必为电容。beX必为电感。；又cbcbcebeXXXX0例：判断下图电路能否振荡，若能振荡，说明例：判断下图电路能否振荡，若能振荡，说明振荡的条件和振荡器的类型。振荡的条件和振荡器的类型。分析：分析：,)(321串联CLXLXLXabcbece,)(321串联LCXCXCXbbcbece呈容性时能振荡当CL3呈感性时能振荡当LC3为电感三点式振荡器为电容三点式振荡器,)(312并联LCXCXCXcbcbece呈感性时能振荡当3LCcbCcbbcbeceCXCLXCLXd,)(1122并