通信电子线路第3章_正弦波振荡器.ppt

第3章 正弦波振荡器 3.1 反馈式振荡的基本原理 3.2 LC正弦波振荡器 3.3 RC正弦振荡器 3.4 振荡器的频率稳定度 3.5 石英晶体振荡器 3.6 负阻型LC正弦波振荡器 3.7 振荡器中的寄生振荡和间歇振荡 3.1 反馈式振荡的基本原理 振荡器是一种无需外部输入信号而自行产生输出信号的电路。 图3.1示出的是一个反馈式放大器的框图。它由基本放大器A和反馈网络F组成，图中， 是放大器输出电压复振幅， 是基本放大器输入电压复振幅， 是反馈网络输出的反馈电压复振幅， 是反馈放大器输入电压复振幅，其中基本放大器增益 φA为 超前 的相角, φF为 超前 的相角。 3.1.1 平衡条件 根据式(3.1―3)可见，振荡条件是 ，这是振荡的必要条件。它是一个复数方程，因此可以写成两个方程，一个是振幅方程式，称为振幅平衡条件，可表示为 1.振幅平衡条件 振幅平衡条件A·F=1中，A=Uo/Ui，即Uo=AUi，根据第2章所学知识可知，Uo与Ui的关系由放大特性曲线决定，如图3.2所示。反馈系数F=Uf/Uo，由于反馈网络常由恒参数线性网络构成，所以，Uo、Uf的关系曲线为一直线，如图3.3所示。这组曲线称为反馈特性曲线。 根据A、F表示式，振幅平衡条件又可写成 这就是说，振幅平衡条件是反馈电压的幅值等于放大器输入电压幅值。由此将图3.2、图3.3画在一个坐标上，凡是满足Uf=Ui的点即为满足振幅平衡条件的平衡点，对应这些点的输出电压Uo值，就是振荡器产生的电压幅值，如图3.4所示。 2.相位平衡条件 根据相位平衡条件φA+φF=2nπ，（n为零和整数）说明反馈电压 与输入电压 同相，即正反馈。当放大器是一个非线性工作的晶体管选频放大器时，输出电压为 其中φA=φY+φZ, φY是晶体管集电极电流基波分 量 超前输入电压 的相角，φZ是负载的相角， 即 超前 的相角。因此相位平衡条件（n取零） 又可写为 相位是频率的函数，在晶体管的特征频率fT远大于振荡器工作频率时，可近似认为φY与频率无关，且数值很小。反馈网络的相移φF通常在窄带范围内也可认为与频率无关，所以φE为一常数。 负载的相角φZ与负载的形式有关，若采用LC并联振荡回路，它的相角与频率的关系如图3.5中曲线①所示。 将φE和LC并联振荡回路相频特性曲线同时画在一个坐标中，两条曲线的相交点即满足相位平衡条件。如图3.5所示，A点即为相位平衡点，对应的角频率ωg即为振荡器的工作频率，所以，相位平衡条件决定了振荡器的工作频率。正弦波振荡器的工作频率是唯一的，所以满足相位平衡条件的平衡点只能有一个。 另外注意，振荡器的工作频率ωg 在考虑了φE这个因素之后，不等于 LC回路的谐振频率ω0 3.1.2 稳定条件 由于振荡电路中存在各种干扰，如温度变化、电压波动、噪声、外界干扰等，这些干扰会破坏振荡的平衡条件，因此，为使振荡器的平衡状态能够存在，只有使它成为稳定的平衡——具有返回原先平衡状态能力的平衡。鉴于此，除了平衡条件外还必须有稳定条件。稳定条件同样分成振幅稳定条件和相位稳定条件。 1. 起振过程与起振的幅度条件 从图3.6可以看出，当θ≥90°时，放大特性与反馈特性有两个交点O、A。当电源接通瞬间， =0, =0，由于外界电磁感应或者在电路的瞬态电流冲击下,在放大器输入端产生一个微小的Ui1电压，此电压经放大后，输出为Uo1，经过反馈网络，反馈电压为Uf1，如果Uf1与Ui1同相并且大于Ui1，则放大器又产生幅度大于Uo1的第二 次输出Uo2,如此不断循环,振荡器就会脱离开原点而振荡起来。 可见起振的幅度条件为 UfUi 即FA1 稳定过程: 在Uo到达A点后(Uo=UoA),若振荡器受到干扰后 UoUoA,根据两条不同特性的曲线,则UfUi,故Uo要增大或者说减少了Uo小于UoA的程度;反之则Uo要