3.1-正弦波振荡器工作原理2013wgt.ppt

第三章 正弦波振荡器 重点： (1)产生振荡的条件 (2)各种类型振荡器的典型电路分析、相位条件的判断、起振条件的分析与计算 难点： (1)振荡的建立过程 (2)相位平衡条件的判断、起振条件的分析与计算 分类： 按输出波形 按选频回路元件 按原理、性质 振荡器的定义： 振荡器是一种能自动的将直流电源的能量转变为特定频率和振幅的正弦交变能量的电路。 用途： （1）正弦波振荡器可以用来产生运载信息的载波和接收机在混频或解调时所需的本地振荡信号 （2）医用电疗仪中，用于高频加热源 3.1 反馈型振荡器的基本原理 3.1.1 振荡的产生 一、并联谐振回路中的自由振荡现象 图3.3.1 中， 并联回路的谐振电阻。 在ｔ＝0 以前，开关S接通１, 使 。 在ｔ＝0时, 开关S很快断开１, 接通２。 3.1.1 图3.1.1 并联谐振回路的自由振荡现象 （a）RLC并联谐振回路 是 在 的情况下， 以后, 并联回路两端 电压的表达式, 即回路在欠阻尼情况下的零输入响应为： 其中振荡角频率 衰减系数 可见, 当谐振电阻较大时, 并联谐振回路两端的电压变化是一个振幅按指数规律衰减的正弦振荡。其振荡波形如图3.1.1(b)所示。 3.1.1 图3.1.1 （b）阻尼振荡波形 二、产生无阻尼振荡的方法 RLC并联谐振回路中自由振荡衰减（产生阻尼振荡）的原因在于损耗电阻的存在。 若回路无损耗, 即 →∞，则衰减系数 →０， 回路两端电压为 （等幅正弦振荡） 产生无阻尼（无损耗）振荡的方法是： 正反馈的方法：利用正反馈不断地适时给回路补充能量，使之刚好与电阻上损耗的能量相等，那么就可以获得等幅的正弦振荡了 负阻法：在电路中引入一个具有负阻特性的器件，使其等效电阻与电路的损耗电阻大小刚好相等，相互抵消，以获得一个等幅的正弦振荡 3.1.1 3.1.2 反馈型振荡器的原理分析 反馈振荡器的组成框图如图3.1.2。 反馈振荡器:由主网络和反馈网络组成 主网络:由放大器件和选频网络组成的放大器 反馈网络:一般由无源器件组成 图3.1.2 反馈型振荡器组成框图 3.1.2 3.1.2 反馈型振荡器的原理分析 举例，图3.1.3为变压器耦合反馈 LC 振荡器。 3.1.2 图3.1.3 变压器耦合反馈振荡器 (a)原理电路 (b)交流通路 + - + - + 一、振荡的建立过程 电路中的初始扰动将产生微弱的电信号 ， 如此周而复始下去，其过程用下列循环表示： 反馈，产生 ， 被反送到放大器的输入端作为新的输入 ； 3.1.2 放大后，主网络输出 , 再经过反馈网络 由放大器 (1)信号由小变大过程 3.1.2 当 增长到高于一定值时， 晶体管将将进入饱和、截止区，并随着输入信号的变大， 使放大器的放大倍数不断降低，从而使输出电压（即反馈电压）增长变缓。 最终使 保持恒定不变， 形成等幅持续振荡。 当 高于平衡时的值时， 晶体管将出现更严重的饱和、截止，使放大器的放大倍数 进一步降低，从而出现下面的循环过程： (3)过大信号到平衡的过程 最终使 保持恒定不变，形成等幅持续振荡。 (2)增长到平衡的过程 由图3.1.2知，各信号电压具有如下关系 故： 环路增益： 3.1.2 图3.1.2 反馈型振荡器组成框图 二、环路增益 3.1.3 反馈振荡的条件 一、起振条件 由振荡建立过程的起振循环得出，使振幅不断增长的条件（起振条件）是 即起振条件为： 或 或表示为 或 （注：n =0,1,2,…） 3.1.3 二、平衡条件 持续振荡。所以，维持等幅振荡的平衡条件为 或表示为 3.1.3 当 时（非线性阶段）， 电路维持等幅 而环路增益的相位 则必须维持在 上，即保证为正反馈。 图3.1.4 满足起振条件和平衡条件的环路增益特性 3.1.3 根据振幅起振条件和平衡条件，环路增益的模值 应该具有随振幅 增大而下降的特性, 如图3.1.4。 一般放大器的增益特性曲线均具有图3.1.4示的形状，所以这一条件很容易得到满足的，只要保证起振时环路增益幅值大于１即可。 结论：振荡器起振时， 迅速增长，而后 图3.1.5 振荡建立过程的波形 3.1.3 下降， 的增长速度变慢，直到 时， 停止增长，振荡器进入平衡状态。在相应的振幅