33反馈振荡器.PPT

第三章 正弦波谐振器 光学与电子信息工程学院 不需要输入信号控制就能自动将直流能量转换为特定功率和振幅的交变能量的电路。 3.1 反馈振荡器－原理 反馈振荡器： 决定振荡频率的选频网络+维持振荡的正反馈放大器 按照选频网络所采用元件的不同,分 LC振荡器 --高频正弦波 RC振荡器 --低频正弦波 晶体振荡器 --高频正弦波 正反馈放大器既可以由晶体管、 场效应管等分立器件组成, 也可以由集成电路组成, 但前者的性能可以比后者做得好些, 且工作频率也可以做得更高。本章介绍高频振荡器时以分立器件为主, 介绍低频振荡器时以集成运放为主。 3.1 反馈振荡器－原理 反馈振荡器组成 3.1 反馈振荡器－原理 起振过程与起振条件 3.1 反馈振荡器－原理 平衡过程与平衡条件 随着振幅的增大, 放大器逐渐由放大区进入非线性区,其增益逐渐下降。当放大器增益下降而导致环路增益下降到１时, 振幅的增长过程将停止, 振荡器达到平衡, 进入等幅振荡状态。 振荡器进入平衡状态以后, 直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。 3.1 反馈振荡器－原理 稳定条件： 振幅稳定条件 相位稳定条件 3.1 反馈振荡器－原理 为了保证相位稳定, 要求振荡器的相频特性?T(ω)在振荡频率点应具有阻止相位变化的能力. 3.1 反馈振荡器－原理 反馈振荡电路判断 判断一个反馈振荡电路能否正常工作, 需考虑的几点： 可变增益放大器件应有正确的直流偏置, 开始时应工作在甲类状态, 便于起振 起振时, T应大于1。由于反馈网络通常由无源器件组成, 反馈系数F小于1, 故A必须大于1。共射、共基电路都可以满足 环路应是正反馈 选频网络应具有负斜率的相频特性。 在振荡频率点附近, 可认为放大器件本身的相频特性为常数, 而反馈网络通常由变压器、 电阻分压器或电容分压器组成, 其相频特性也可视为常数。所以相位稳定条件应该由选频网络实现。 注意LC并联回路阻抗的相频特性和LC串联回路导纳的相频特性是负斜率, 而LC并联回路导纳的相频特性和LC串联回路阻抗的相频特性是正斜率。  3.2 反馈振荡器－LC正弦波振荡器 3.2 反馈振荡器－LC正弦波振荡器 三点式振荡电路的原理电路（交流环路） 电容三点式电路（ Colpitts电路）(a)图 电感三点式电路（Hartely电路） (b)图 3.2 反馈振荡器－LC正弦波振荡器 电路组成法则 三个电抗元件X1，X2，X3分别与三极管的发射级、基极和集电极相连， 如果忽略三极管输入阻抗和输出阻抗，且回路品质因数足够高 3.2 反馈振荡器－LC正弦波振荡器 三点式振荡器实际电路 3.2 反馈振荡器－LC正弦波振荡器 3.2 反馈振荡器－LC正弦波振荡器 3.2 反馈振荡器－LC正弦波振荡器 电容三点式与电感三点式振荡器各有优缺点。 ①线路简单，易起振。 ②电容三点式优点： 反馈电压取自Ｃ2, 而电容对高次谐波呈现低阻抗, 所以反馈电压中高次谐波分量很小, 因而输出波形好, 接近于正弦波。 缺点：反馈系数因与回路电容有关, 如果用改变回路电容的方法来调整振荡频率, 必将改变反馈系数, 从而影响起振。 ③ 电感三点式优点：便于用改变电容的方法来调整振荡频率, 而不会影响反馈系数 缺点：反馈电压取自L2, 而电感线圈对高次谐波呈现高阻抗, 所以反馈电压中高次谐波分量较多, 输出波形较差。 3.2 反馈振荡器－LC正弦波振荡器 3.2 反馈振荡器－LC正弦波振荡器 3.2 反馈振荡器－LC正弦波振荡器 例：分析各电路能否起振，并讨论满足起振所需的相位条件，P79例3.2-1 3.3 反馈振荡器－振荡器的频率稳定度 影响频率稳定的因素 改善频稳度的措施 3.3 反馈振荡器－振荡器的频率稳定度 改进型的电容三点式电路：克拉泼（clapp）电路 3.3 反馈振荡器－振荡器的频率稳定度 3.3 反馈振荡器－振荡器的频率稳定度 西勒振荡器(Seiler) 3.3 反馈振荡器－石英晶体振荡器 石英晶振 固有频率十分稳定 振动具有多谐性, 即除了基频振动外, 还有奇次谐波泛音振动 基频晶体 泛音晶体 通常在工作频率大于6 MHz时采用泛音晶体 3.3 反馈振荡器－石英晶体振荡器 安装电容C0 约1pF～10pF 动态电感Lq 约10-3H～102 H 动态电容Cq 约10-4pF～10-1pF 动态电阻rq 约几十?到几百? 3.3 反馈振荡器－石英晶体振荡器 3.3 反馈振荡器－石英晶体振荡器 并联型晶体振荡电路（Parallel-Mode Crystal Oscillator） 3.3 反馈振荡器－石英晶体振荡器 3.3 反馈振荡器－石英晶体振荡器 串联型晶体管振荡电路（Series-Mod