第三章高频电子线路正弦波振荡器

第三章高频电子线路正弦波振荡器第1页，课件共27页，创作于2023年2月概述1.与功放的比较(从能量角度)

(1)功率放大器：在输入信号控制下，把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。

(2)

正弦波振荡器(SinewaveOscillator)：不需要输入信号控制，自动地将直流能量转换为频率和振幅特定的正弦交变能量。2.

正弦波振荡器的应用

(1)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，电子测量仪器中的正弦波信号源，数字系统中的时钟信号源。第2页，课件共27页，创作于2023年2月

要求：振荡频率和振幅尤其是振荡频率的准确性和稳定性。(2)

高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。

要求：高效产生足够大的正弦交变功率，对振荡频率的准确性和稳定性不作过高要求。本章只讨论前一类用途的振荡器3.分类(按组成原理)反馈振荡器：利用正反馈原理构成，应用广泛。第3页，课件共27页，创作于2023年2月

负阻振荡器：利用负电阻效应抵消回路中的损耗，以产生等幅自由振荡。3.1反馈振荡器的工作原理1.组成由主网络和反馈网络构成的闭合环路。

第4页，课件共27页，创作于2023年2月例：变压器耦合反馈振荡器(交流通路)

(1)

主网络——负载为谐振回路的谐振放大器(2)

反馈网络——与L

相耦合的线圈Lf。

第5页，课件共27页，创作于2023年2月2.工作原理

讨论该闭合环路产生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6页，课件共27页，创作于2023年2月

闭合环路成为反馈振荡器(FeedbackOscillator)的三个条件：

(1)

起振条件——保证接通电源后从无到有地建立起振荡。

(2)

平衡条件——保证进入平衡状态后能输出等幅持续振荡。

(3)

稳定条件——保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏。第7页，课件共27页，创作于2023年2月3.1.1平衡和起振条件一、平衡条件

将闭合环路在×处拆开，并按所标极性定义它的环路增益为同相又等幅，即若在某一频率

上，与，或

——平衡条件

第8页，课件共27页，创作于2023年2月说明：当环路闭合后：，角频率为

(1)主网络将输出正弦振荡电压。

(2)所需输入电压全部由反馈电压

提供，无需外加输入电压。

则平衡条件改写为：

(1)

振幅平衡条件：环路增益的模

(2)

相位平衡条件：环路增益的相角(n=0，1，2，…)

正反馈第9页，课件共27页，创作于2023年2月

(1)

在刚接通电源时，电路中的各部分存在着各种电的扰动，这些扰动(噪声)具有很宽的频谱。

(2)谐振回路具有选频功能，只有角频率为osc

的分量(osc

0)才能在谐振回路两端产生较大的电压。(3)

变压器绕向正确，可保证反馈信号

与输入信号

同相，经放大和反馈的循环，振荡电压的振幅不断增长。二、起振原理和条件振荡建立之初的信号哪里来的？第10页，课件共27页，创作于2023年2月

可见，振荡器接通电源后，能够从小到大地建立起振荡的条件是：(1)

振幅起振条件：(2)

相位起振条件：或

(n=0，1，2，…)

这就是反馈振荡器的起振条件。第11页，课件共27页，创作于2023年2月三、讨论平衡条件和起振条件同时满足1.环路增益特性曲线

作为反馈振荡器，要满足起振条件，又要满足平衡条件。(1)起振时，迅速增长；

下降，(2)而后的增长速度变慢；时，(3)到停止增长，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12页，课件共27页，创作于2023年2月即电源接通后，环路增益的模值

必须具有随振荡电压振幅

增大而下降的特性(如图)。而环路增益的相角

则必须维持在上。

2.实现方法

环路中必须包含非线性环节，多由主网络放大器的非线性放大特性实现的。

例如：变压器耦合反馈振荡器，刚通电时，Vi很小，放大器小信号工作，增益较大，相应的为大于1

的水平线。第13页，课件共27页，创作于2023年2月的增大而下降。符合对当

增大到一定数值后，放大器进入大信号工作，由于放大特性非线性，放大器的增益将随

增大而减小，相应地也就随着的要求。第14页，课件共27页，创作于2023年2月3.1.2

稳定条件

一、问题的提出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：振荡电路内部存在固有噪声(起振时的原始输入电压,进入平衡后与输入电压叠加引起波动)。均造成和

的变化，破坏已维持的平衡条件。第15页，课件共27页，创作于2023年2月2.干扰对平衡状态的影响——两种(1)通过放大和反馈的反复循环，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。

(2)

通过放大和反馈的反复循环，振荡器能够产生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。第16页，课件共27页，创作于2023年2月二、振幅稳定条件

图示增益特性环路，不仅满足起振和振幅平衡条件，而且还满足振幅稳定条件。1.稳定过程

第17页，课件共27页，创作于2023年2月情况1：受到干扰使Vi增大

回路增益下降信号沿环路传递一周后的信号（Vi）减小输入信号的增大将受到抑制（当干扰消失的时候将回到原平衡点）

处在平衡点A第18页，课件共27页，创作于2023年2月2.环路增益存在两个平衡点的情况

如右图所示，振荡器存在着两个平衡点A

和B，其中A

是稳定的，B

点是不稳定分析：若使，则随之增大，导致进一步增大，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，须加大的电冲击，产生大于的起始扰动电压，第19页，课件共27页，创作于2023年2月才能进入平衡点A，产生持续等幅振荡。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，必须在

附近具有负斜率变化，即随增大而下降的特性：

＜0

斜率越陡，则的变化而产生的

变化越大，系统回到稳态的时间越短，调节能力越强。

第20页，课件共27页，创作于2023年2月三、相位(频率)稳定条件1．的偏移对振荡频率的影响(1)相位平衡条件

(n=0，1，2，…)，表明每次放大和反馈的电压与原输入电压同相。(2)分析回路相移受到的影响第21页，课件共27页，创作于2023年2月2.相位(频率)稳定的讨论如果

具有随

增加而减小的特性(如右图)，则必将阻止由外界因素引起的频率变化。

由于(1)若某种原因使

＞0，导致振荡频率

＞

原振荡频率

osc，随之减小，的超前势必受到阻止，第22页，课件共27页，创作于2023年2月

两种情况都通过不断的放大和反馈，最后都在原振荡频率附近达到新的平衡，使。(2)若某种原因使，导致振荡频率

随之增大，滞后势必受阻。＜原振荡频率

osc，第23页，课件共27页，创作于2023年2月3.平衡过程：4.相位稳定条件相角在附近有负斜率变化，斜率越陡，

说明很小的振荡频率变化就可抵消干扰引起的=0，

＜0，

反复循环，

=0＞0

达新的平衡。干扰消失后

=0，复原。第24页，课件共27页，创作于2023年2月的变化，干扰引起的频率波动就越小。

5.例：说明变压器耦合振荡电路满足相位平衡条件的相移(1)放大器输出电压

对输入电压

的相移(2)

反馈网络反馈电压对由两部分组成：

第25页，课件共27页，创作于2023年2月即

除放大管相移外，主要是并联谐振回路的相移

，它在谐振频率附近随

的变化较快，相比之下，

随

的变化十分缓慢，可认为它与

无关。故随

变化的特性可代表

随

变化的特性。并联谐振回路，其相频特性：——谐振频率

——有载品质