大连海事大学非线性电子线路课件第3章 正弦波振荡器（1）.1.ppt

* 第 3 章 正弦波振荡器 概 述 3.1 反馈振荡器的工作原理 3.2 LC 正弦波振荡器 3.3 LC 振荡器的频率稳定度 3.4 晶体振荡器 3.5 RC 正弦波振荡器 概 述 1. 与功放的比较(从能量角度) (1) 功率放大器：在输入信号控制下，把直流电源提供的直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。 　　(2) 正弦波振荡器(Sinewave Oscillator)：不需要输入信号控制，自动地将直流能量转换为频率和振幅特定的正弦交变能量。 2. 正弦波振荡器的应用 (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。 要求：振荡频率和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不作过高要求。 本章只讨论前一类用途的振荡器 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。工作于微波段。二者工作原理是一致的。 3.1 反馈振荡器的工作原理 1. 组成 由主网络和反馈网络构成的闭合环路。 例：变压器耦合反馈振荡器(交流通路) (1) 主网络——负载为谐振回路的谐振放大器 (2) 反馈网络——与 L 相耦合的线圈 Lf。 2. 工作原理 讨论该闭合环路产生等幅持续振荡的条件。 (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。 闭合环路成为反馈振荡器(Feedback Oscillator)的三个条件： (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。 3.1.1 平衡和起振条件 一、平衡条件 将闭合环路在×处拆开，并按所标极性定义它的环路增益为 同相又等幅，即 若在某一频率 上， 与 ，或 (3-1-1) 则当环路闭合后： ，角频率为 (1) 主网络将输出正弦振荡电压 。 因而式 (3-1-1) 即为振荡器的平衡条件。 令 (2) 所需输入电压 全部由反馈电压 提供，无需外加输入电压。 则平衡条件改写为： (1) 振幅平衡条件：环路增益的模 (2) 相位平衡条件：环路增益的相角 (n = 0，1，2，…) (1) 在刚接通电源时，电路中的各部分存在着各种电的扰动，这些扰动(电流突变或管子、电路中的固有噪声)具有很宽的频谱。 (2) 谐振回路具有选频功能，只有角频率为 ?osc 的分量(?osc ? ?0)才能在谐振回路两端产生较大的电压。 (3) 变压器绕向正确，可保证反馈信号 与输入信号 同相，经放大和反馈的循环，振荡电压的振幅不断增长。 二、起振条件 若说明等幅持续振荡能否在接通电源后从无到有地建立起来，还需讨论起振条件。以变压器耦合反馈振荡器来说明。 可见，振荡器接通电源后，能够从小到大地建立起振荡的条件是： (1) 振幅起振条件： (2) 相位起振条件： 或 (n = 0，1，2，…) 这就是反馈振荡器的起振条件。 三、讨论 1. 起振过程 作为反馈振荡器，要满足起振条件，又要满足平衡条件。为此： (1) 起振时 ， 迅速增长； 下降， (2) 而后 的增长速度变慢； 时， (3) 到 停止增长，振荡器进入平衡状态，在相应的平衡振幅 ViA 上维持等幅振荡。 即电源接通后，环路增益的模值 必须具有随振荡电压振幅