第4章 正弦波振荡器

1、1,第四章正弦波振荡器,概述:功能:收端本振产生,发端载波产生,要求:f稳,Um稳,波形好分类:1.反馈式,负阻2.正弦波振荡器，非正弦波振荡器3.RC振荡器（几百KHz），LC振荡器,晶体振荡器,2,第一节反馈振荡器的原理,一方框图以及平衡条件:1.组成形式及自激条件放大器+反馈网络及选频网络K(S)放大器F(S)反馈环节闭环传递函数Ku(S):由,3,可以得到:当即没有外加信号,也可以维持振荡输出.,4,故自激(平衡)条件为也可以表示为:振幅条件:相位条件:,5,2.Y参数电路自激(平衡)条件:电压放大系数:正向传输导纳:反馈系数:引入,6,所以,自激条件为:则振幅条件:相位条件:,7,并

2、联LC回路:其相频特性为:而,相位条件满足,在处,若振幅条件满足,即二条件均满足,产生振荡.,8,二起振条件:满足振荡条件下,振荡建立过程应放大特性为非线性,反馈特性为线性.,9,过程:电子骚动-放大选频-增幅等幅(A点,平衡点),10,三稳定条件:外界因素使f(或)或振幅变化,能否自动恢复平衡?1.幅度条件:做曲线组.分析A点是否为稳定平衡?,11,所以,幅度稳定条件为:放大特性斜率小于0.显然:2.相位条件:可见,相位条件为:曲线斜率为负,12,13,互感耦合振荡器,14,第二节Lc振荡器,一.构成原则:晶体管与Lc回路按三端式结构连接.按照相位条件满足构成.为电抗,可为感抗或容抗.根据相

3、位条件,需:射同余异即射极相同,其余相反(与射极相连的电抗性质必须相同,另一个余下的则为异性电抗)说明:a.回路对f0谐振,则总电抗之和为零:即:,15,b:谐振回路必须由异性电抗构成,则必与异性.,16,例:两种基本的三端式电路:,电容反馈（考必兹）振荡器;电感反馈（哈特莱）振荡器,17,判断下图所示振荡器哪些是由基本三端式电路演变而来的？如不是判断可否震荡？,18,试分析哪种情况下可以振荡，是何种类型的振荡器？,19,作业：P17741，43，44，,20,二.电容三端式振荡器(Colpitts考必兹)1.线路(要保证放大+反馈+选频)实际线路交流等效电路LC提供直流馈电,Cb耦合R1,R

4、2,Re,Ce组合偏压(组合偏压有利于稳定Q点,稳定振幅.),21,2.高频等效电路晶体管振荡器,起振时工作于小信号放大状态,可用小信号参数1.反馈系数F(jw)(忽略旁路),22,2.接入系数:(CE)管子接入LC回路等效到c-e端的总谐振电导:,23,3.起振条件(对gm的要求)由振幅起振条件:4.振荡频率:由高频等效电路求得的表达式:,24,振荡时,化简令虚部为零,有:可解出振荡频率:,例：,25,例:已知电容三端式电路晶体管求,26,(2)反馈系数(3)接入系数(4)起振条件:回路空载损耗电阻:,27,28,三.电感三端式(Hartley,哈特来)振荡器,分析与电容三端式类似.,29,

5、30,比较,31,四改进的电容三端式电路(Clapp克拉泼电路)前面讲的两种电路(考必兹、哈特莱),都会因为晶体管结电容Cie,Coe受温度的影响而变化,稳定性差.故对电路进行改进.1.增加电容C3(克拉泼):串联改进,(a)实际电路;(b)交流等效电路,32,通常则回路电容:振荡频率为:反馈系数:由于振荡频率不受结电容影响,所以稳定度提高!,33,问题:1.调谐范围窄,主要适合于窄带工作.2.3.可能停振,因而C1,C2不能太大.同样也不能太小,否则C3对C影响更小,调谐范围更小.4.,波段高端输出小,且不易起振.,34,2.并联改进型(西勒电路siler)在电路中增加C4,(a)实际电路;

6、(b)交流等效电路,35,接入系数振荡频率调谐不影响接入系数,输出平稳.波段范围宽:调谐不影响Kf和P1.优点:1.Kf固定.2.C3小,C1,C2大,极间电容影响小,稳定性好.3.P1在C4改变时不变,波段内输出平稳.常用于通信和电视中.4.高低端都易于起振.,36,作业：4-54-6(a)4-114-124-13(a)4-15,37,第三节振荡器的频率稳定度,一频率稳定度的意义和表征1.要求和意义:要求:准确,即标称值和实际值误差小,(f1-f0)小.稳定,时间内变化小.即准确且不随时间变化.意义:1.通信时,不易同步,收发频率相对跑动,影响质量.开机后要寻找,要微调.2.干扰相邻信道,或

7、使信道无法充分利用.3.测速,测距不准确4.定时精度低(电子表不准),38,2.表征:绝对偏差:相对偏差:长期稳定度1天短期稳定度=1s-1天测瞬时稳定度1s,39,不同设备对其短期稳定度的要求:短波发射机10-4-10-5(10-6)TV现场直播优于10-7CCTV电视台10-11-10-13信号源10-3-10-4数量概念:10-7的稳定度相当于两个月差半秒.2*10-7的稳定度相当于两个月一秒.,40,二频率变动的原因:1.来源(物理)元器件老化(管子参数C0,Cu)-长期稳定度环境条件变化(温度,湿度,电源波动)-短期稳定度随机噪声-瞬时稳定度2.具体影响分析:相位条件决定稳定度,无论

8、长、短、瞬时稳定度,最终都体现在相位的变化.相位条件为:,41,42,43,三稳频措施:应从器件,元件,线路,结构,环境等方面进行考虑.1.振荡回路a:提高Qb:增加温度补偿c:合理选择L和C.L可以采用高频瓷骨架,烧渗银;固定电容可以采用陶瓷介质电容,可变电容采用膨胀系数小的金属材料,铜比铝好.互异,即使其温度系数,老化系数异号为好.2.晶体管:,44,3.线路:电容三端，克拉泼，西勒电路;晶体管与回路弱耦合(即P1下降);晶体管小电流工作,加稳定Q点的措施(e极加Re)在负载和回路之间加射极跟随器,增大QL,负载影响减小.4.结构,环境恒温,屏蔽等.,45,第四节晶体振荡器,一石英晶体:S

9、iO2晶体结构:六棱柱,有多种切割方式:FT,AT，GT，BT，CT等X,Y,Z;X轴(电轴);Z轴(光轴);Y轴(机械).,压电效应：当晶体受外力作用而变形，就会在表面产生正负电荷，呈现出电压。反压电效应:当在晶体两面加以电压时，晶体又会发生机械形变。,46,二石英晶体等效电路及谐振特性(1).等效电路机械共振经电压转换等效为Lq,Cq,回路电感和电容.rq为摩擦产生的损耗电阻;Co静电容(1-100pF),电极引线和支架电容.(2).Q值高:,47,(3)具有多个谐振点:可振荡于(4)电抗特性:,48,(5)接入系数(负载接入):,在实际电路中，晶体两端并接有电容CL,此时接入系数为：,4

10、9,主要特点:1.Q很高,工作稳定2.Lq,Cq老化慢,标准高,常温温度相对变化量极小.3.P极小(),外电路对f的影响小,因而优,晶体振荡器频率稳定度极高.,50,三线路应用:分类:a.并联型晶体振荡器电路,b.串联型晶体振荡器电路,1.并联型晶振电路(1)电路,晶体接于c,b之间,用作电感-皮尔斯(Pierce)因为C结反向应用,结电阻大,对晶体Q值影响小，属电容三端式改进电路.,51,晶体等效为电感的电路还有:称为密勒电路(Miler电路)稳定性较低,晶体并在ce，be之间,QL值降低,52,(2)Pierce电路振荡器频率计算:可见,Pierce电路的振荡频率近似由晶体决定，,53,(

11、3)并联型晶体振荡器实际电路:,并联型晶体振荡器的实用线路-Piece电路,54,密勒振荡器,该电路晶体接在基极和发射极之间，只要晶体呈现感性，该电路即满足三端式振荡器的组成原则，且电路类似于电感反馈的振荡器，又称为密勒(Miler)振荡器。由于晶体与晶体管的低输入阻抗并联，降低了有载品质因数QL，故密勒振荡器的频率稳定度较低。,55,泛音晶体皮尔斯振荡器LC回路用以破坏基频及低次泛音的相位条件;LC的谐振频率要高于要抑止的泛音,低于工作泛音频率.高次泛音时，由于接入系数的降低，等效到晶体管输出端的负载电阻下降，使得放大器增益减小，电路停振。,56,2.串联型晶体振荡器,一种串联型晶体振荡器(a)实际线路;(b)等效电路,在串联型晶体振荡器中，晶体接在振荡器要求低阻抗的两点之间，通常接在反馈电路中。,57,3使用注意事项(1)石英晶体谐振器的标称频率都是在出厂前，在石英晶体谐振器上并接一定负载电容条件下测定