山西综合职业技术学院——模拟电子线路（二）项目三正弦波振荡器.DOC

项目三 正弦波振荡器 主要内容： 基础知识 模块介绍 项目训练 1 基础知识 1.1 振荡器基本知识 一、 振荡器的概述 在无需外加激励信号的情况下，将直流电源的能量转换成按特定频率变化的交流信号能量的电路，称为振荡器或振荡电路。 振荡器与放大器都是能量转换装置，它们都是把直流电源的能量转换为交流能量输出，但是，放大器需要外加激励，即必须有信号输入，而振荡器不需要外加激励。因此，振荡产生的信号是自激信号，常称为自激振荡器。 二、 振荡器分类 三、反馈振荡器的含义与用途 1 . 含义： 凡是从输出信号中取出一部分反馈到输入端作为输入信号，无需外部提供激励信号，能产生等幅正弦波输出的电路称为正反馈振荡器。 2 . 用途： （1）无线发射机中的载波信号源，超外差接收机中的本振信号源，电子测量仪器中的正弦波信号源，数字系统中的时钟信号源等。 要求：振幅尤其是振荡频率的准确性和稳定性。 （2）高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。 要求：高效产生足够大的正弦交变功率，对振荡频率的准确性和稳定性要求不高。 3．分类（按组成原理） 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。主要工作于微波段。二者工作原理一致。 1.2 反馈振荡器的工作原理 主要要求： 1．掌握反馈振荡器的组成和基本工作原理。 2．掌握反馈振荡器的起振条件和平衡条件。 3．掌握反馈振荡器能否振荡的判断方法。 一、反馈式正弦波振荡器构成框图 图3-1反馈放大器和振荡器的框图 图中，为输入信号，为净输入信号，为反馈信号，为输出信号。 比较(a)和(b)两图,很容易看出负反馈放大电路与正反馈振荡电路的区别： 负反馈时放大器的闭环增益 正反馈时放大器的闭环增益 显然，当时，，正反馈产生振荡 ，此后振荡电路的输入信号，所以。 因此，产生自激振荡的条件为 应该指出： （1）为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。 如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。 反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。 （2）为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。 因此，一个完整的正弦波发生电路应该由放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅电路组成，图3-2给出了反馈式正弦波振荡器的组成框图，图中未画出选频网络和稳幅环节。 图3-2 反馈式正弦波振荡器组成框图 二、反馈式正弦波振荡器工作原理 分析： （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。 故闭合环路成为反馈式振荡器（Feedback Oscillator）需满足三个条件： （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。 1、平衡条件 （是指振荡已经建立，为维持等幅振荡所要满足的条件） 当1时为负反馈放大器，因此 ，放大器转换为振荡器。所以，振荡器平衡条件： 注意：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，振幅平衡条件确定振荡输出信号的幅值。 2、起振条件 凡是振荡电路，均没有外加输入信号，那么，电路接通电源后是如何产生自激振荡的呢？这是由于在电路中存在着各种电的扰动（如通电时的瞬变过程、无线电干扰、工业干扰及各种噪声等），使输入端有一个扰动信号。这个不规则的扰动信号可用傅氏级数展开成一个直流和多次谐波的正弦波叠加。如果电路本身具有选频、放大及正反馈能力，电路会自动从扰动信号中选出适当的振荡频率分量，经正反馈，再放大，再正反馈，使 ，即，从而使微弱的振荡信号不断增大，自激振荡就逐步建立起来，如图3-3所示。 图3-3 自激振荡起振过程 图3-4 振荡的建立过程 当振荡建立起来之后，这个振荡电压会不会无限增大呢？由于基本放大电路中三极管本身的非线性或反馈支路自身输出与输入关系的非线性，当振荡幅度增大到一定程度时或便会降低，使自动转变成，振荡电路就会稳定在某一振荡幅度。因此，振荡环路中必须包含具有非线