通信电子电路正弦波振荡器讲述.ppt

通信电子电路 文凤 书山有路勤为径 学海无崖苦作舟 第四章 正弦振荡器的结构与实现 4.1 概述 4.2 反馈型正弦振荡器的原理 4.3 反馈型LC振荡电路分析 4.4 振荡器的频率稳定性分析 4.5 石英晶体振荡电路分析 4.6 RC电路的分析 4.7 振荡频率可调的压控振荡器 4.1 概述 一、振荡器的概念 振荡器是一种将直流电能转换为所需的交流电能的能量转换器。放大器也是能量转换器，振荡器与放大器的区别在于： 放大器：它激，必须在输入信号控制下，才能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。（应防止自激现象产生） 振荡器：自激，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。 其输出信号的频率、波形和幅度仅由电路本身的参数决定。 二、正弦波振荡器的应用 1．作信号源(本章将讨论) 正弦波信号源：电子测量仪器； 载波信号：无线发射机； 本振信号：超外差接收机； 时钟信号：数字系统。 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．正弦交变能源(本章不讨论) 用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。 要求：功率足够大，高效。 三、振荡器的分类 1.按振荡原理分类 反馈振荡器：利用正反馈原理构成，应用广泛。 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。 工作于微波段。 2.按输出波形分类 本章主要讨论反馈型的正弦波振荡器。 反馈型振荡器的工作原理 正弦波振荡器 非正弦波振荡器： 矩形脉冲、三角波、锯齿波。 3.按选频回路元件分类 LC振荡器 RC振荡器 晶体振荡器 4.按振荡频率分类 低频振荡器 高频振荡器 4.2.1 反馈型正弦振荡器的原理 一、 组成： 由主网络和正反馈网络构成的闭合环路。 放大器——主网络： 负载为谐振回路的调谐放大器 (2) 反馈网络： 一般是由无源器件组成的线性网络。 反馈型振荡器方框图 主网络 反馈网络 能产生自激振荡一个基本的条件是必须构成正反馈回路，即反馈到输入端的信号vf和放大器输入信号vi相位相同。 二、 振荡条件分析及平衡条件 闭环电压放大倍数 反馈系统的环路增益 在某频率fosc处，若T=A(jfosc)F(jfosc)=1，即vf=vi，此时有Af(jfosc)→∞，即表明没有外加信号，也可以维持振荡输出。 维持振荡的基本条件： __振荡的平衡条件 振幅平衡条件： 相位平衡条件： 平衡条件 (n = 0，1，2，…) 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。 闭合环路成为反馈振荡器(Feedback Oscillator)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。 4.2.1 起振条件 返回 在刚接通电源时，电路中的各部分存在着各种电的扰动ui，这些扰动(电流突变或管子、电路中的固有噪声)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vf 和输入信号vi同相， 且vf vi ，经放大和反馈的循环振荡电压的振幅不断增长。 振荡器接通电源后，能够从小到大地建立起振荡的条件是： 振幅起振条件： 相位起振条件： 起振条件 (起振条件) 振荡开始时应为增幅振荡！ 稳定条件之振幅稳定条件 要维持振荡器稳定工作，只满足起振条件和平衡条件是不够的，还得保证平衡状态是稳定的。 因振荡电路中存在干扰(内部固有噪声、外部电源、温度等变化） 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。 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。 要使振幅稳定，振荡器在平衡点必须具有阻止振幅变化的能力，即在平衡点Vi=ViA附近，当不稳定因素使Vi的振幅Vi增大时，环路增益幅值|T(ωo)| 减小，使反馈电压振幅Vf减小，从而阻止Vi增大；反之，当不稳定因素使Vi的振幅Vi减小时，环路增益幅值|T(ωo)| 增