第3章正弦波振荡器

会计学1第3章正弦波振荡器

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：第1页/共28页概述一、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(SinewaveOscillator)

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。第2页/共28页二、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、分类第3页/共28页四、振荡的基本原理LCR

回路的自由振荡第4页/共28页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；第5页/共28页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。第6页/共28页

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第7页/共28页

2．等幅持续振荡的条件①

刚通电时，须经历一段振荡电压从无到有逐步增长的过程。②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。③

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。第8页/共28页闭合环路成为反馈振荡器的三个条件：①起振条件——接通电源后可从无到有建立起振荡。②平衡条件——进入平衡状态后可输出等幅持续振荡。③

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。第9页/共28页3.1.1

平衡和起振条件一、起振条件

1．分析

①

刚通电时

②

谐振回路的选频功能

③

变压器绕向正确第10页/共28页

2．起振条件

(1)振幅起振条件，或环路增益第11页/共28页(2)相位起振条件

T(osc)=A(osc)+f(osc)=2n

(n=0，1，2，···)

二、平衡条件

1．分析同相又等幅，即若在某一频率

上，与当环路闭合后：

①主网络将输出正弦振荡电压

，角频率为

。

②所需输入电压全部由反馈电压提供，无需外加输入电压。

第12页/共28页

2．平衡条件由则：①

振幅平衡条件：环路增益的模

T(osc)=1

②

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：

①

起振时，T(osc)>1，Vi迅速增长；

②随后，T(osc)下降，Vi的增长速度变慢；第13页/共28页图3-1-2

④

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。

③

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。第14页/共28页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。平衡状态稳定平衡状态不稳定平衡状态第15页/共28页

1．振荡电路中存在干扰

①

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。

②

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：①

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。第16页/共28页

②

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

若，干扰使：

最后在新的上重新满足平衡条件T(osc)=1最后达到新的平衡。

第17页/共28页

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。反之，若，直到停止振荡。

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。第18页/共28页

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。第19页/共28页三、相位(频率)稳定条件1．T(osc)的偏移对振荡频率的影响①

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。

②

若某种原因使T(osc)>0

③

若某种原因使T(osc)<0第20页/共28页

2．相位(频率)稳定的讨论

①

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。

②

若某种原因使T(osc)<0(即

<

osc)，由特性，T()

>0，Vi滞后必受阻。3．相位稳定条件图3-1-4第21页/共28页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()第22页/共28页T()=A()+f()

①

A()放大管(可略)并联谐振回路相移Z()②

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。第23页/共28页(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

第24页/共28页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

①

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。

②

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：四个环节第25页/共28页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①按放大管②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①LC

谐振回路②RC

相移和选频网络③石英晶体谐振器第26页/共28页

2．工程分析方法

①