正弦波振荡电路

正弦波振荡电路第1页，课件共51页，创作于2023年2月*2第2页，课件共51页，创作于2023年2月*3第3页，课件共51页，创作于2023年2月

●基础知识下图所示电路,当开关打向左边,电容被充电，然后开关打向右边,电容放电。回路电流满足微分方程:

其中:

衰减系数固有角频率*4第4页，课件共51页，创作于2023年2月

当时特征根为共轭复数,其解为：其中可见这是一阻尼振荡，其波形如右图所示。欲获得无阻尼振荡,应设法使，即R=0但实际中R不可能为0，则应该设法找到一个“负电阻”以抵消正电阻R，使:越大衰减越快*5第5页，课件共51页，创作于2023年2月●如何获得负电阻♦采用具有负微变电阻的器件；♦利用正反馈提供一个等效负电阻。*6第6页，课件共51页，创作于2023年2月●起振条件♦

振幅条件:♦

相位条件:●问题:1.最初的输入电压是怎么得来的?2.振荡建立起来后,振幅会否无限增长?*7第7页，课件共51页，创作于2023年2月3．1反馈式正弦波振荡电路的工作原理和频域分析方法

放大器

A（s）

反馈网络

F（s）Σ条件等效于以下两个条件幅度平衡条件

相位平衡条件n＝0，1，2，…

*8第8页，课件共51页，创作于2023年2月正弦波反馈振荡器的电路组成

电源

有源器件

选频网络

反馈网络*9第9页，课件共51页，创作于2023年2月

晶体管

反馈网络

LC选频网络uiic1uc1uf*10第10页，课件共51页，创作于2023年2月二、振荡幅度的建立和稳定过程1．起振过程信号来源：噪声和干扰、电源的开启起振条件相位平衡条件是先决的、最本质的条件，即可形成正反馈*11第11页，课件共51页，创作于2023年2月三振荡电路分析实例VTRb1Rb2ReCeCL1LfECCbM主网络反馈网络+ui-ic-uo++uf-ibuiuoA1/F可见起振初期是一个增幅的振荡过程

*12第12页，课件共51页，创作于2023年2月2．稳幅过程内稳幅：

振荡电路的振荡幅度是靠放大电路中晶体管的非线性特性来达到稳定值的（1）适当选择工作点使晶体管工作在放大区和截止区而不进入饱和区。

（2）假定晶体管在放大区和截止区的输出电阻很大iC只随vBE而变，而与vCE的变化无关，这就是说，iC与负载电阻值无关。*13第13页，课件共51页，创作于2023年2月振荡电路输出电压v0(t)的波形图曲线

*14第14页，课件共51页，创作于2023年2月

当环路增益下降到1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡状态，即进入等幅振荡状态。

2.振荡器平衡状态的稳定条件

在平衡点Ui=UiA附近，当不稳定因素使ui的振幅Ui增大时，环路增益减小，使反馈电压振幅Uf减小，从而阻止Ui增大；反之，当不稳定因素使ui的振幅Ui减小时，环路增益增大，使反馈电压振幅Uf增大，从而阻止Ui减小。

UiO|T(ωo)|A1UiA•*15第15页，课件共51页，创作于2023年2月

硬自激的振荡特性

一般情况下都使振荡电路工作于软激励状态，应当避免硬激励状态。需要外加激励才能起振的状态称为“硬激励”而不需外加信号能自动起振的状态则称为“软激励”|T(ωo)|BAUiUiAUiB1*16第16页，课件共51页，创作于2023年2月tuiOωωo*17第17页，课件共51页，创作于2023年2月正弦波振荡电路的线性频域分析方法

起振阶段：

用小信号模型构成的微变等效电路近似估算其振荡频率和起振条件

进入稳幅振荡

晶体管已经进入非线性区工作，因此在稳幅阶段不可以再利用小信号模型进行电路的分析计算。反馈式振荡电路起振阶段的具体分析方法，通常采用开环法和闭环法开环法适用于分析简单且便于开环的振荡电路，闭环法适用于复杂并且更一般的振荡电路。

一、开环法

开环法是先假定将振荡环路在某一点处断开，计算它的开环传递函数，然后用巴克豪森准则确定平衡条件，从而确定电路的振荡频率和起振条件。*18第18页，课件共51页，创作于2023年2月*19第19页，课件共51页，创作于2023年2月例：试用开环法分析右图所示的互感耦合调集振荡电路的振荡频率和起振条件。

解：

互感耦合调集振荡电路的微变等效电路*20第20页，课件共51页，创作于2023年2月互感耦合调集振荡电路的开环微变等效电路忽略Ri和Ro的影响后：*21第21页，课件共51页，创作于2023年2月根据相位平衡条件，的模值应该为实数，则可以得到：

振荡角频率o为：

o=根据幅度平衡条件可得：

Mgm=rC

或

起振条件为：

即对全耦合情况，M2=L1L2，M=nL1，L2=n2L1，其中：

高Q近似表达式*22第22页，课件共51页，创作于2023年2月*23第23页，课件共51页，创作于2023年2月*24第24页，课件共51页，创作于2023年2月o=

令第一项等于零，就是相位平衡条件，可得振荡角频率o为：将代入上式的第二项，并令其等于零，可得维持振荡的值为：*25第25页，课件共51页，创作于2023年2月起振条件为gm＞gmo

，即：

1．若∞，∞，则：

o=

2．若r=0，则：

o=在r=0情况下，对全耦合情况，L1L2–M2=0o==

*26第26页，课件共51页，创作于2023年2月3.2LC正弦波振荡电路

利用电感、电容器件组成选频网络的反馈式正弦波振荡电路，统称为LC正弦波振荡电路。值

1、LC振荡电路中晶体管的工作状态一、静态工作点和起始LC振荡电路甲类应用的条件是：VBEQ＞VBE(on)，Vim＜VBEQ－VBE(on)。甲乙类运用的条件是：VBEQ＞VBE(on)，Vim＞VBEQ－VBE(on)。

*27第27页，课件共51页，创作于2023年2月乙类应用的条件是：VBEQ=VBE(on)。丙类运用的条件是：VBEQ＜VBE(on)，Vim＞VBE(on)－VBEQ。*28第28页，课件共51页，创作于2023年2月甲类振荡电路

工作在晶体管的放大区起振时，值仅需略大于1

振荡幅度稳定：

靠放大区的弱非线性的作用

甲类振荡电路的静态工作点Q选择原则

A、从输出电压角度考虑：

应选在交流负载线的中央，这样可以使集电极电流和电压达到最大摆幅。

B、并联谐振回路的选择性

在饱和区时输出电阻大大减小，严重影响并联谐振回路的选择性，所以静态工作点要选得低一些，使达到稳态后振荡电压的峰值先达到截止区，以避免振荡电路工作在饱和区。

多用于要求频率稳定性较好，输出波形好的小功率振荡器。它的缺点是幅度稳定性差，易于停振。*29第29页，课件共51页，创作于2023年2月甲乙类振荡电路起始振荡电压波形小半周进入截止区

的加大，正反馈加强，振荡幅度比甲类的稳定，这是因为进入截止区后非线性急剧增强，

大，所以不容易停振下降的很快的变化对的影响减小

实用的小功率振荡器多工作在甲乙类。

*30第30页，课件共51页，创作于2023年2月二、自偏电路

为了提高振荡器的效率，进一步提高振荡幅度的稳定性，大功率振荡器多采用丙类振荡电路，丙类振荡电路的振荡幅度达到稳定后，晶体管的直流偏置电压必然小于VBE(on)值，Q点位于截止区，

固定偏置电路如图所示，VBEQ＝－VBB＜VBEon，该电路不可能自动起振。因为在静态时，VBEQ＜VBE(on)，晶体管的跨导gm为零，起始值也为零，振荡电路是不能起振的。

*31第31页，课件共51页，创作于2023年2月采用自偏电路可以解决丙类振荡电路的自动起振一种能实现甲类起振丙类工作的自偏电路。

静态工作点Q选择在放大区

值取得很大

振荡电压波形的多半周进入截止区集电极电流IC和基极电流IB均为半导角＜

2的余弦脉冲VBEO＝VBEQ－RbIBO－ReIEO＜VBEQ

在丙类工作，从而得到较高的效率，且幅度稳定*32第32页，课件共51页，创作于2023年2月3.2.2调谐型正弦波振荡电路

采用互感耦合线圈（或变量器）做为反馈网络构成的正弦波振荡电路，称为调谐型正弦波振荡电路。

谐振回路位置：

以及调射振荡电路

调集、调基调基振荡电路的交流通路

调射振荡电路的交流通路由于晶体管基、射极间的输入阻抗比较低，为了不致过多地影响谐振电路的Q值，晶体管与谐振回路间多采用部分耦合（又称部分接入）调集振荡电路在高频输出方面比其它两种电路稳定，而且幅度较大，谐波成分较小。

调基振荡电路的特点是，频率在较宽范围内改变时，幅度比较平稳。

调谐型正弦波振荡电路的优点是容易起振，输出电压较大，结构简单，调节频率方便，且调节频率时输出电压变化不大，因此在一般广播收音机中常用作本地振荡器。调谐型振荡电路的缺点是工作在高频时，分布电容影响较大，输出波形不好，频率稳定性也差，因此工作频率不宜过高，一般在几千赫至几十兆赫范围内，在高频段用得较少。*33第33页，课件共51页，创作于2023年2月3.2.3三端型LC正弦波振荡电路

三端型LC正弦波振荡电路结构简单，工作频率较高，工作性能也比较稳定，在无线电和通信设备中得到了广泛的应用。

常见的有三端电感振荡电路和三端电容振荡电路两种三端电感振荡电路(哈特莱（Hartley）)

三端电容振荡电路(科皮兹（Colpitts）)正反馈，靠选频网络本身的相移作用使电路满足振荡的相位平衡条件。*34第34页，课件共51页，创作于2023年2月IIIII*35第35页，课件共51页，创作于2023年2月三端电容电路三端电感电路

LC2串联后再与C1并联的谐振角频率p=s=*36第36页，课件共51页，创作于2023年2月设L1C组成的串联谐振回路的谐振频率为s，即

电路的振荡频率近似等于回路的谐振频率基极所接的两个元件C1、C2均为电容，不满足自激所需要的“射同基反”的相位条件*37第37页，课件共51页，创作于2023年2月L2C2组成的串联谐振回路的谐振频率为s，即

满足电路谐振时Xc必须为容抗的条件，则要求o<s

必须使L1C1支路为感抗的同时，L2C2支路为容抗，电路才能满足自激振荡的相位条件。*38第38页，课件共51页，创作于2023年2月C1C2LLECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc二电容反馈三点式振荡器(ColpittsOscillators)+uce-+ube-LECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc*39第39页，课件共51页，创作于2023年2月C1C2LC2C1Lgieg'Lgoegmube+uce-+ube-iC1Lgieg'Lgmubegoe+u'be-i+uce-C2+uce-C2LC1g'Lgoegmubek2Fgie+u'be-i*40第40页，课件共51页，创作于2023年2月C1Lgieg'Lgmubegoe+u'be-i+uce-C2*41第41页，课件共51页，创作于2023年2月ECL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2C三,电感三点式振荡器(HartlyOscillators)L2L1Cg'Lgoegmubek2Fgie+u'be-+uce-+uce-+u'be

-ii*42第42页，课件共51页，创作于2023年2月

三种LC振荡电路的主要区别在于反馈电路的连接形式不同，绘出三种电路的反馈电路，从电路对基波和谐波的响应入手，判断振荡输出波形的好坏。

1.振荡波形三种LC振荡电路的比较*43第43页，课件共51页，创作于2023年2月2.频率的调节

利用可变电容器可方便的在较大范围内调节振荡频率，而利用调节电感调节振荡频率则比较困难。同时，在调节振荡频率时，还应保持反馈系数不变。根据以上原则，将三种振荡电路比较如下：

电感三点式电容三点式变压器耦合●振荡波形差好居中●频率调节

容易不易容易

(用可变电容)●频率稳定性差好