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1、第13-1讲-第5章-5.1 反馈型振荡器的原理(1)25.1 反馈型反馈型LC振荡器原理（振荡器原理（1） 主讲人：王春静主讲人：王春静山东师范大学山东师范大学 信息科学与工程学院信息科学与工程学院 3 无论是发射机还是接收机中都有振荡器振荡器。例如，发射机中的高频振发射机中的高频振荡器荡器产生高频载波信号高频载波信号，接收机中的本地振荡器接收机中的本地振荡器产生混频器所需的本地混频器所需的本地振荡信号振荡信号，显见，振荡器振荡器是无线电发送设备的心脏部分无线电发送设备的心脏部分，也是超外差式超外差式接收机的主要部分接收机的主要部分。 此外，在诸多仪器中，如信号发生器、频率计、fT测试仪、自
2、动控制等，其核心部分都离不开振荡器。 4 前几章介绍的各种电路前几章介绍的各种电路都有一个共同的特点共同的特点，即给电路一定的激励给电路一定的激励，然后会有响应然后会有响应，或者说有输入信号才有输出信号有输入信号才有输出信号。 而振荡器振荡器则是不需要外加激励信号不需要外加激励信号而自动产生振荡信号自动产生振荡信号的装置，它可以产生正弦波产生正弦波和非正弦波非正弦波。 本章仅讨论正弦波振荡器本章仅讨论正弦波振荡器。 正弦波振荡器按工作原理正弦波振荡器按工作原理又可分为分为：反馈型反馈型LC振荡器振荡器和负阻振荡器负阻振荡器。 本章本章在介绍反馈型反馈型LC振荡器振荡器组成框图框图及振荡条件振荡
3、条件的基础上，重点讨重点讨论论LC正弦波振荡器和石英晶体振荡器正弦波振荡器和石英晶体振荡器。 55.5.1 1 反馈型反馈型LC振荡器原理振荡器原理 学习目标：学习目标：1. 掌握反馈型反馈型LC振荡器的组成振荡器的组成。2. 掌握振荡器的起振条件和平衡条件振荡器的起振条件和平衡条件。3. 了解振荡器由起振到平衡有可能经历的工作状态振荡器由起振到平衡有可能经历的工作状态。4. 掌握反馈振荡器的分析方法反馈振荡器的分析方法。6 1. 反馈型LC振荡器的组成 若将一个单调谐选频放大器通过一个反馈网络演变为图5.1.1(a)的形式，即反馈网络将放大器的输出信号反馈至输入端反馈网络将放大器的输出信号反
4、馈至输入端，并使 与 等幅等幅同相同相，便形成了反馈型反馈型LC振荡器振荡器。.iU.fU图5.1.1（a） 变压器反馈型LC振荡器的基本组成7 为了具有一般性，依据图5.1.1(a)的组成特点给出振荡器的组成振荡器的组成框图框图，如图图5.1.1(b)所示。 显然，反馈型反馈型LC振荡器振荡器一般由放大器放大器 、正反馈网络正反馈网络 、选频网络选频网络和稳幅环节稳幅环节组成。 其中，选频网络选频网络既可以包含在放大器中包含在放大器中，也可以包含在正反馈包含在正反馈网络中网络中；稳幅环节稳幅环节一般由放大器中的非线性元件放大器中的非线性元件或其他负反馈网络其他负反馈网络实现。.A.F图5.1
5、.1（b） 振荡器组成的一般框图8 2. 振荡器的起振和平衡条件 在图5.1.1(b)中，放大器增益放大器增益： 反馈系数反馈系数：其中，A、A为放大器增益的模和相角放大器增益的模和相角，F、F为反馈系数的模和相角反馈系数的模和相角。 由以上两式可得到反馈电压：由以上两式可得到反馈电压： 振荡器工作时振荡器工作时，其初始的输入信号初始的输入信号 是当接通电源时接通电源时，所激起的频谱很宽且很微弱的扰动信号扰动信号，为了建立起振荡为了建立起振荡，必须使此时的起振平衡反馈电压 大于前一时刻的输入电压 ，即需要满足需要满足 ，形成一种增幅振荡形成一种增幅振荡，如图5.1.2所示的起振阶段。Aji.o
6、.AeUUAFjo.f.FeUUF)( ji.i.o.f.FAeUAFUAFUFU.iU.fU.iU.i.fUU 图5.1.2 振荡的建立过程图5.1.1（b） 振荡器组成的一般框图9 因此，有环路增益环路增益： 环路中信号的相移环路中信号的相移： 为了区别起振和平衡时的电压增益区别起振和平衡时的电压增益，通常将起振时的电压增益起振时的电压增益用A0表示表示。故起振条件起振条件为： 振幅起振条件振幅起振条件： 相位起振条件相位起振条件： 由于 ，振荡信号的幅度会不断增大振荡信号的幅度会不断增大，放大器的动态范围放大器的动态范围将延伸到非线性区将延伸到非线性区，使放大器的增益随之下降放大器的增益
7、随之下降，最终达到平衡的条件达到平衡的条件，即 ，如图5.1.2所示的平衡阶段平衡阶段。1AF)( 2FAAF为整数nn5.1.1a) 10（FA）（为整数5.1.1b )( 2FAAFnn.i.fUU .i.fUU 图5.1.2 振荡的建立过程10 振荡器振荡器从起振到平衡的过程起振到平衡的过程是非常短暂非常短暂的，可以认为一接通电源可以认为一接通电源，振荡器就有稳定的输出振荡器就有稳定的输出。 此时的平衡条件平衡条件为： 振幅起振条件振幅起振条件： 相位起振条件相位起振条件： 式（5.1.1）与式（5.1.2）相比，式（式（5.1.1b）与式（）与式（5.1.2b）相同）相同，表明振荡器闭
8、环相位差为振荡器闭环相位差为0，满足正反馈满足正反馈。而式（式（5.1.1a）中的）中的A0为振荡器起振时放大器工作于甲类状态的电压增益振荡器起振时放大器工作于甲类状态的电压增益，它与式（5.1.2a）中的A（进入非线性区）（进入非线性区）不同。(5.1.2a) 1AF）（为整数5.1.2b )( 2FAAFnn11 起振时起振时，A0F1是增幅振荡增幅振荡，表明振幅不断增大振幅不断增大，此时电路尚电路尚未进入非线性区未进入非线性区，可用小信号等效电路来计算环路增益可用小信号等效电路来计算环路增益A0。 随着信号幅度的加大随着信号幅度的加大，放大器放大器将进入非线性状态进入非线性状态，谐振回路
9、谐振回路可从失真波形中取出基波电压从失真波形中取出基波电压Ucm=Ic1mRp（式中，Ic1m为基波电流，Rp为谐振回路的谐振电阻），此时振荡器进入振荡器进入AF=1的振幅平衡状态的振幅平衡状态，放大器的电压增益为：其中，pc1ccimpc1cimcimpc1Cmaximpc1mimcmio()cos1 ()cos1 ( (RgURUgURiURIUUUUA）)cos1 ()cos1 (cimcCmaxcimCmaxcUgiUig即：转移特性曲线的斜率：12 由于振荡器起振时振荡器起振时放大器处于甲类放大状态甲类放大状态，c=180，此时1(c)=0.5。将它们代入上式可得到起振时的电压增益：起振时的电压增益：A0=gcRp。则有： 可见，当振幅增大振幅增大进入非线性工作状态非线性工作状态后，导通角c2时， ，解得cc90，振荡器工作在甲乙类状态振荡器工作在甲乙类状态。5 . 0()cos1 (c1c）5 . 0()cos1 (c1c）5 . 0()cos1 (1c1c）（）5.1.4 1()cos1 (c1c0FAAFTHE END