高频电子线路二版 曾兴雯 第四章 正弦波振荡器.pptVIP

第四章 正弦波振荡器 4.1 反馈振荡器的原理 4.2 LC振荡器 4.3 振荡器的频率稳定度 4.4 石英晶体振荡器 4.1 反馈振荡器的原理 4.1.1 反馈振荡器的原理分析 反馈型振荡器的原理框图如图 4-1 所示。由图可见： 反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路。 放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作负载, 是一调谐放大器。反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。 为了能产生自激振荡，必须保证是正反馈（反馈到输入端的信号和放大器输入端的信号相位相同 以 带入上式得稳态下的传输系数和环路增益： 自激振荡的条件就是环路增益为 1, 即 讨论： ⑴ 结论：为了能获得稳定的正弦波输出，对给定的频率ω0，必须满足： 即 4.1.2 振荡器的平衡条件 振荡器的平衡条件即为 与F( jω)反号的反馈系数F ( jω) 4.1.3 振荡器的起振条件 为了使振荡过程中输出幅度不断增加, 应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大, 即振荡开始时应为增幅振荡, 因而由式(4-8)可知 振荡器的起振是幅值增长的过程，但不可能是无止境地延续。因为随着振幅的增加，放大器逐渐由线性区进入非线性区，其增益逐渐下降（限幅特性），当放大器增益下降而导致环路增益 T( jω0) = 1 时，振荡器输出的幅值为等幅—平衡状态。 4.1.4 稳定条件 振荡器在工作过程中难免地要受到各种干扰，当扰动去除后振荡器能回到原稳定状态，则原平衡点是稳定的，否则原平衡点为不稳定平衡点。 在其平衡点上必须具有阻止振幅变化的能力为振幅稳定，其条件为 对式（4-17）或（4-18）的理解是不难的，即： 当扰动使振荡器输出的幅度↑时，环路增益T(ω0)↓，形成减幅振荡，从而阻止幅度的↑→平衡。 当扰动使振荡器输出的幅度↓时，环路增益T(ω0)↑，形成增幅振荡，从而阻止幅度的↓→ 平衡。 相位稳定条件： 欲保证相位稳定，即要求振荡器的相频特性φT(ω0)在振荡频率上具有阻止相位变化的能力，即φT(ω0)在ω0附近应为负斜率。 图4-3 振荡器稳定时回路的相频特性曲线 4.1.5 振荡线路举例--互感耦合振荡器 图4-4是一 LC振荡器的实际电路, 图中反馈网络由 L和 L1 间的互感 M 担任, 因而称为互感耦合式的反馈振荡器, 或称为变压器耦合振荡器。设振荡器的工作频率为回路的谐振频率，当基极加有信号ùb时，因集电极输出电压ùc与输入电压ùb反相 ，根据图中两线圈上所标的同名端，可以判断出反馈线圈L1两端的电压ù`b与ùc反相，故ù`b与ùb同相，该反馈为正反馈。只要在工作时满足ù`b= ùb，在输出端就会获得正弦波输出。 4.2 LC 振 荡 器 4.2.1 振荡器的组成原则 基本电路就是通常所说的三端式(又称三点式)的振荡器, 即 LC 回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路, 如图 4-5 所示。 ? 根据谐振回路的性质, 谐振时回路应呈纯电阻性, 因而有 三端式振荡器有两种基本电路, 如图4-6所示。在图 (a)中 X1和 X2为容性, X3 为感性, 满足三端式振荡器的组成原则, 反馈网络是由电容元件完成的, 称为电容反馈振荡器, 也称为考必兹(Colpitts)振荡器；在图 (b)中 X1和 X2为感性, X3 为容性,称为电感反馈振荡器。 图 4-7是一些常见振荡器的高频电路, 读者不妨 自行判断它们是由哪种基本线路演变而来的。 4.2.2电容反馈振荡器 图 4-8(a)是一电容反馈振荡器的实际电路, 图(b) 是其交流等效电路。 图4-8电路的振荡频率为 将gie折算到放大器输出端, 有 4.2.3 电感反馈振荡器 图4-9是一电感反馈振荡器的实际电路和交流等 效电路。