LC正弦波振荡器.ppt

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1、第第 4 章章 正弦波振荡器正弦波振荡器福建师范大学光电学院电子信息工程系福建师范大学光电学院电子信息工程系作用：产生一定频率和幅度的信号利用负阻器件的负阻效应产生振荡按振荡波形不同分正弦波振荡器非正弦波振荡器按组成原理不同分负阻振荡器反馈振荡器利用正反馈原理构成本质上也是负阻振荡器第第 4 章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 反馈振荡器的工作原理 LC正弦波振荡器 振荡器的频率和振幅稳定度 石英晶体振荡器 RC正弦波振荡器 负阻正弦波振荡器 特殊振荡现象 本章小结第第 4 章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.1 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理主要要求：掌握反馈振荡器的组成和基本工作原理理

2、解反馈振荡器的起振条件和平衡条件，了解其稳定条件。掌握反馈振荡器能否振荡的判断方法。4.1.1 反馈振荡器的组成与基本工作原理反馈振荡器的组成与基本工作原理一、反馈振荡器的组成放大器Au反馈网络FuUiUoUf正弦波振荡器由放大器、反馈网络和选频网络组成无外加输入信号二、二、反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理放大器Au反馈网络FuUiUoUf放大器Au反馈网络FuUiUoUfUi要满足 起始信号来自电扰动起振时要满足 输出信号大小满足要求时，要能自动稳定输出电压，实现 ，使电路进入稳定状态，输出幅度和频率都稳定的信号。故要有稳幅环节（正弦波还要有选频网络）。放大器Au反馈网络FuUiUo

3、Uf放大器Au反馈网络FuUiUoUfUi要满足 起始信号来自电扰动起振时要满足 稳幅 内稳幅外稳幅利用放大器件的非线性二、反馈振荡器的工作原理OUiUoOUiA放大器Au反馈网络FuUiUoUf放大器Au反馈网络FuUiUoUfUi要满足 起始信号来自电扰动起振时要满足 稳幅 内稳幅外稳幅利用在反馈网络中接入非线性器件。输出波形失真小二、反馈振荡器的工作原理4.1.2 振荡的平衡条件和起振条件振荡的平衡条件和起振条件一、振荡的平衡条件由于故由可得又由于环路增益故又得一、振荡的平衡条件n=0,1,2振幅平衡条件相位平衡条件即正反馈振幅条件和相位条件必须同时满足。相位平衡条件确定振荡频率；振幅平

4、衡条件确定振荡输出信号的幅值。4.1.2 振荡的平衡条件和起振条件一、振荡的平衡条件n=0,1,2二、振荡的起振条件n=0,1,2振幅起振条件相位起振条件4.1.2 振荡的平衡条件和起振条件振荡条件讨论与小结振荡条件讨论与小结振荡条件：同时满足起振条件和平衡条件引入正反馈是构成振荡器的关键。同时T必须具有随振荡电压Ui 增大而下降的特性OUiA平衡点 为获得这样的环路增益特性，反馈环路中要有非线性环节。为获得正弦波，振荡电路中要有选频环节。振荡频率通常就由选频环节确定。4.1.3 振荡的稳定条件振荡的稳定条件 干扰破坏原平衡状态后，振荡器自动回到原平衡状态所需条件一、振幅稳定条件OUiAUi

5、TUiB1BAA点稳定；B点不稳定。4.1.3 振荡的稳定条件一、振幅稳定条件4.1.3 振荡的稳定条件一、振幅稳定条件二、相位稳定条件 平衡时，表明每次反馈后的电压与原输入电压同相。先若某种原因使 ，则每次反馈后的电压都将超前于原输入电压相位。而 ，因此这种相位的不断超前表明振荡频率将高于 foA。反之，若某种原因使 ，则表明每次反馈后的电压都将滞后于原输入电压相位，因而振荡频率将低于 foA。4.1.3 振荡的稳定条件一、振幅稳定条件二、相位稳定条件OfT(f)f0A 若T 具有随 f 增大而减小的特性则可阻止上述频率的变化。通过不断的反馈，最终回到原平衡状态。实际电路中T 在 f0 处的

6、变化率主要由选频网络决定，通常能满足之。LC回路Q值越高，相位稳定度越好，频率也越稳定4.1.3 振荡的稳定条件4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器以LC谐振回路作选频网络的反馈振荡器称为LC正弦波振荡器正弦波振荡器按选频网络不同分：RC振荡器LC振荡器石英晶体振荡器 1MHz,Po较大 fo 精确稳定LC振荡器变压器反馈式电感三点式电容三点式主要要求：了解变压器反馈式振荡器的工作原理和分析方法掌握三点式振荡器的组成原则和工作原理掌握电感三点式和电容三点式振荡器的典型电路、工作原理、工作特点和分析方法。4.2 LC正弦波振荡器了解集成LC振荡器变压器反馈式振荡器一、电路组成 三极管、LC谐振回

7、路构成选频放大器，变压器Tr构成反馈网络。放大器在小信号时工于甲类，以保证起振时有较大的环路增益。二、工作原理LC+C CB BE E变压器反馈式振荡器交流通路N N1 1N N2 2MM+二、工作原理 起振时放大器工作于甲类，T1。随着振荡幅度的增大，放大器进入非线性状态，且由于自给偏置效应进入乙类或丙类非线性工作状态，使T减小，直至T=1，进入平衡状态LC+C CB BE E变压器反馈式振荡器交流通路N N1 1N N2 2MM+在回路谐振频率上构成正反馈，满足了振荡的相位条件。振荡电路起振工作状态的变化三、振荡条件的分析LC+C CB BE E变压器反馈式振荡器交流通路N N1 1N N

8、2 2MM+为集电极电流基波分量；Z 为回路对基波电流呈现的阻抗。三、振荡条件的分析LC+C CB BE E变压器反馈式振荡器交流通路N N1 1N N2 2MM+Yfe 为晶体管的正向传输导纳三、振荡条件的分析LC+C CB BE E变压器反馈式振荡器交流通路N N1 1N N2 2MM+r 为电感线圈L的等效损耗电阻。忽略r 时，。如互感为全耦合，则 说明忽略r 时，为实数，fe0；且 为常数。三、振荡条件的分析LC+C CB BE E变压器反馈式振荡器交流通路N N1 1N N2 2MM+故 即 在小信号时为常数，在大信号非线性工作状态时，随振荡幅度增大而减小，故能满足T的频率特性要求。

9、三、振荡条件的分析 实际电路中，fe 和f 都很小，故相位平衡条件可近似为可得该振荡器相位平衡条件为 因此采用LC谐振回路作选频网络的振荡器，其振荡频率约等于回路谐振频率。当 LC回路调谐于f0上时，即可满足此条件。4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理三点式振荡器的基本工作原理三个电抗元件组成LC谐振回路 谐振回路既是负载，又构成正反馈选频网络。三点式振荡器组成原则：与放大器同相输入端相连的为同性质电抗，不与同相输入端相连的为异性质电抗。X1X2X3三点式振荡器基本结构_X1X2X3BCE三点式振荡器基本结构 与E相连的为同性质电抗，不与E端相连的为异性质电抗。？只有这样，才能构成正反馈！4

10、.2.1 三点式振荡器的基本工作原理X1X2X3BCE三点式振荡器基本结构 为便于说明，忽略电抗元件的损耗及管子输入、输出阻抗的影响。时，当X1+X2+X3=0回路谐振，回路等效为纯电阻，得到 与 反相。因此 必须与 反相，才能构成正反馈。通常Q值很高，故回路谐振电流远大于B、C、E极电流 并联谐振回路谐振时，回路电流为输入电流的Q倍4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理X1X2X3BCE三点式振荡器基本结构 为便于说明，忽略电抗元件的损耗及管子输入、输出阻抗的影响。时，当X1+X2+X3=0回路谐振，回路等效为纯电阻，得到 与 反相。因此 必须与 反相，才能构成正反馈。通常Q值很高，故回路谐

11、振电流远大于B、C、E极电流故，为使 和 反相，要求X1和X2 必须同性质。而X3必须与X1、X2异性质。4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理X1X2X3BCE三点式振荡器基本结构 有电感三点式和电容三点式两种4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理4.2.2 电感三点式振荡器电感三点式振荡器 (Hartley 哈脱莱哈脱莱)哈脱莱电路交流通路4.2.2 电感三点式振荡器 (Hartley 哈脱莱)优点：易起振，频率易调（调C）缺点：高次谐波成分较大，输出波形差。交流通路4.2.3 电容三点式振荡器电容三点式振荡器 (Colpitts 考毕兹考毕兹)考毕兹电路考毕兹电路 增大 C1/C2，可增

12、大反馈系数，提高输出幅值，但会使三极管输入阻抗的影响增大，使Q值下降，不利于起振，且波形变差，故C2/C1不宜过大，一般取0.10.5。4.2.3 电容三点式振荡器电容三点式振荡器 (Colpitts 考毕兹考毕兹)考毕兹电路优点：高次谐波成分小，输出波形好。缺点：频率不易调（调L，调节范围小）4.2.3 电容三点式振荡器电容三点式振荡器 (Colpitts 考毕兹考毕兹)4.2.4 改进型电容三点式振荡器改进型电容三点式振荡器 (Clapp 克拉泼克拉泼)考毕兹电路 考毕兹电路中，晶体管极间电容与回路电容并联，会使振荡频率偏移，且极间电容随晶体管工作状态而变，会使振荡频率不稳定。4.2.4

13、改进型电容三点式振荡器改进型电容三点式振荡器 (Clapp 克拉泼克拉泼)C3 C1 ，C3 C2 说明极间电容的影响很小，且调节反馈系数时基本不影响频率实际振荡频率必定略高于 f 0，因为要使L、C3支路呈感性克拉泼电路的改进 调频率时，不调C3，调 C4。故调频率时谐振回路反映到晶体管C、E间的等效阻抗变化很小，对放大器增益影响不大，从而保持振荡幅度的稳定。西勒（Seiler）振荡器 一般C4与C3相同数量级，且都远大于C1 、C2，故4.2.5 集成LC正弦波振荡器nMC1648/MC12148为单片集成振荡器，外接LC谐振回路就可以构成正弦波LC振荡器，MC1648最高振荡频率可达225MHz，MC12148最高振荡频率可达1.1GHz