合工大高频课件4.1正弦波振荡器

1、 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学 概述概述 反馈型振荡器的工作原理反馈型振荡器的工作原理 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器 振荡器的频率稳定原理振荡器的频率稳定原理 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 RCRC正弦波振荡器正弦波振荡器 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学 4.1 4.1 概概 述述4.1 4.1 概述概述一、一、 振荡器的功能振荡器的功能在无输入信号情况下，在无输入信号情况下，将电源的直流能量转换成具有将电源的直流能量转换成具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号能量输出。一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号能量输出。二、振荡器与放大器的区别二、振

2、荡器与放大器的区别 振荡器：不需外加激励信号振荡器：不需外加激励信号相同点：相同点： 直流能量直流能量 交流能量交流能量不同点：不同点：放大器：需外加的激励信号放大器：需外加的激励信号 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学4.1 4.1 概述概述三、三、 振荡器的分类振荡器的分类负阻器件负阻器件+振荡回路振荡回路（正反馈原理）（正反馈原理） 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学四、振荡器的用途四、振荡器的用途高频加热设备、高频加热设备、 医疗仪器等医疗仪器等发射机发射机(载波频率载波频率fC)接收机接收机(本地振荡频率本地振荡频率fL)数字系统：时钟信号数字系统：时钟信

3、号通信系统：通信系统：测量仪器：信号源测量仪器：信号源五、主要技术指标五、主要技术指标振荡频率、振荡波形、振荡幅度、振荡频率、振荡波形、振荡幅度、频率稳定度频率稳定度4.1 4.1 概述概述 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理主要要求：主要要求： 掌握反馈振荡器的组成和基本工作原理掌握反馈振荡器的组成和基本工作原理理解反馈振荡器的起振条件和平衡条件，理解反馈振荡器的起振条件和平衡条件，了解其稳定条件。了解其稳定条件。掌握反馈振荡器能否振荡的判断方法。掌握反馈振荡器能否振荡的判断方法。4.2 4.2 反馈型正弦波振荡器

4、的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学定义：从放大器的输出信号中取出一部分反馈到输入端定义：从放大器的输出信号中取出一部分反馈到输入端作为输入信号，无需外部提供激励信号，能产生等幅正作为输入信号，无需外部提供激励信号，能产生等幅正弦波输出称为反馈型振荡器。弦波输出称为反馈型振荡器。一、一、 反馈型正弦波振荡器的组成反馈型正弦波振荡器的组成4.2 4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理 正反馈正反馈 网络网络 放大器放大器 iV oV fV组成：组成：放大器放大器是对反馈信号进行放大；是对反馈信号进行放大；正反馈网络正反

5、馈网络是将输出回路中的能量取出一部分加是将输出回路中的能量取出一部分加 到放大器的输入端；到放大器的输入端；选频网络选频网络 是获得单一确定的振荡频率；是获得单一确定的振荡频率；稳幅环节稳幅环节使振荡的输出稳定。使振荡的输出稳定。内稳幅内稳幅外稳幅外稳幅利用放大器利用放大器件的非线性件的非线性（选频网络）（选频网络） 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学二、振荡的建立与起振条件二、振荡的建立与起振条件FjfFeUUF .0.1 4.2 4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理iUoUfU调谐放大器调谐放大器反馈网络反馈网络Aji.o.Ae UUA放大器的电压

6、增益：放大器的电压增益：反馈系数：反馈系数：ifUU. 即即这时调谐放大器就变为自激振荡器。这时调谐放大器就变为自激振荡器。 ioofifUUUUUUT当当环路增益环路增益.FA 放放大大器器引引入入的的相相移移 A 反反馈馈网网络络的的相相移移 F 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学二、振荡的建立与起振条件二、振荡的建立与起振条件ifUU. 4.2 4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理fU调谐放大器调谐放大器反馈网络反馈网络oUfUiU起振条件：起振条件：1T. FA2FATn n=0,1,21 AFT1if UUT即即振幅起振条件振幅起振条件相位起

7、振条件相位起振条件增幅振荡增幅振荡正反馈正反馈 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学三、三、 振荡的平衡条件振荡的平衡条件4.2 4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理刚起振时，起始偏压为正偏置刚起振时，起始偏压为正偏置EQeCCbbbBEQIRVRRRU212IEUB+UE _+UBE _稳定时当晶体管进入截止区iBEEeEeEQEeiuFAAUIRUiIIiu,1)(电路的偏置电压为：电路的偏置电压为：EeCCbbbBEIRVRRRU212显显然然 Re上上的的直直流流电电压压 UE oUfUiU 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学三、三

8、、 振荡的平衡条件振荡的平衡条件4.2 4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理U0OA F1fiVVAF 即即1振荡特性振荡特性反馈特性反馈特性 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学三、三、 振荡的平衡条件振荡的平衡条件1. FAT2FATn n=0,1,21 AFT振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件4.2 4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理u 平衡条件：平衡条件：等幅振荡等幅振荡丙类丙类乙类乙类甲乙类甲乙类甲类甲类u 放大器进入平衡的原因：放大器进入平衡的原因：（1）放大器固有的非线性特性）放大器固有的非线性特

9、性（2）自给偏压效应）自给偏压效应u 从起振到平衡，放大器工作状态的变化从起振到平衡，放大器工作状态的变化: 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学 晶体管晶体管 反馈网络反馈网络 LC选频选频网络网络Y Z F 11fepY Z F 2YZFnu平衡条件的另一种表示形式：平衡条件的另一种表示形式：4.2 4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理相位平衡条件相位平衡条件:谐谐振振回回路路的的基基波波阻阻抗抗 ZjppeZZ 11.1.11.pccZIU .1.11.1.pfeipcicZYUZIUUA 输出电压：输出电压：YjfefeeYY . 平均正向传输导

10、纳平均正向传输导纳1.1. FZYFApfe振幅平衡条件振幅平衡条件:注注:（1）低频振荡时，振荡器的振荡频率低频振荡时，振荡器的振荡频率 (谐振回路的谐振回路的 谐振频率）谐振频率） ocff .11.:之间的相位差之间的相位差与与ccZIU .1.Y:之间的相位差之间的相位差与与icUI iU fU.1cI1.cU （2）高频振荡时，高频振荡时，ocff Zp1也不会呈现纯阻性也不会呈现纯阻性，谐振回路处于，谐振回路处于微小的失谐状态，微小的失谐状态，放大器放大器 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学四、四、 振荡器平衡状态的稳定条件振荡器平衡状态的稳定条件4.2 4.2 反馈

11、型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理1) 稳定平衡与不稳定平衡稳定平衡与不稳定平衡2) 振荡器的稳定平衡振荡器的稳定平衡因某一外因的变化，振荡的原平衡条件遭到破坏，振因某一外因的变化，振荡的原平衡条件遭到破坏，振荡器能在新的条件下建立新的平衡，当外因去掉后，荡器能在新的条件下建立新的平衡，当外因去掉后，电路能自动返回原平衡状态。满足这样条件的平衡称电路能自动返回原平衡状态。满足这样条件的平衡称为稳定平衡。为稳定平衡。 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学3） 振幅平衡的稳定条件振幅平衡的稳定条件4.2 4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理

12、U0OA F1Q外因变化外因变化F1/FQ1AF1（增幅振荡）（增幅振荡）输出增大输出增大Q1点达到新的平衡点达到新的平衡外因消失外因消失FAF1（增幅振荡）（增幅振荡）输出增大输出增大Q1点达到新的平衡点达到新的平衡F1/FQ1外因消失外因消失AF1 （减幅振荡）（减幅振荡）输出减小输出减小回到回到Q点达到平衡点达到平衡FQ点稳定：点稳定：软激励软激励 硬激励硬激励0000 QUUUA振幅的稳定条件：振幅的稳定条件：即即表表明明: :在在平平衡衡点点附附近近, ,放放大大器器增增益益随随信信号号振振幅幅的的变变化化特特性性具具有有负负斜斜率率. . （应避免）（应避免） 通信电子线路通信电子

13、线路合合肥肥工工业业大大学学tui 0000 即即可可得得：0 4.2 4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理4） 相位平衡的稳定条件相位平衡的稳定条件频率随相位变化的关系：频率随相位变化的关系：频率与相位的关系：频率与相位的关系：dtd 0 当当ifVV 超前超前（频率的稳定条件）（频率的稳定条件）相相位位稳稳定定条条件件的的意意义义: :指指当当相相位位平平衡衡条条件件遭遭到到破破坏坏时时，电电路路本本身身能能自自动动地地重重新新建建立立起起相相位位平平衡衡点点的的条条件件。 信号周期信号周期信号频率信号频率0 0 当当ifVV 滞滞后后信号频率信号频率0 信号周

14、期信号周期 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学4.2 4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理z Oo2 2 0)( ZFZY 相位平衡的稳定条件：相位平衡的稳定条件： 即要求选频网络的相频特性曲线即要求选频网络的相频特性曲线在工作频率附近应具有负斜率。在工作频率附近应具有负斜率。实际中的实际中的并联并联LC谐振回路正好具有这种相频特性。谐振回路正好具有这种相频特性。0 FZYFA 0 或或又又因因为为一一般般Y 和和F 对对频频率率变变化化的的灵灵敏敏性性远远小小于于Z , ,即即有有 Y Z， ZF 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学总总

15、 结结1) 正弦振荡器工作条件包括正弦振荡器工作条件包括1. FAT起振条件：起振条件： 平衡条件：平衡条件：稳定条件：稳定条件：4.2 4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理1. FAT0000 QUUUA0 Z保证振荡器从无到有建立起振荡保证振荡器从无到有建立起振荡保证振荡器进入平衡状态，产生持续的等幅振荡保证振荡器进入平衡状态，产生持续的等幅振荡保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏 振幅稳定条件振幅稳定条件相位稳定条件相位稳定条件 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学总总 结结2) 振荡器的静态工作点应设计在振荡器的静态工作点应设计在软激励状态软激励状态4.2 4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理4) 判断能否产生正弦振荡的方法判断能否产生正弦振荡的方法 a) 是