《正弦波振荡器》ppt课件

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1、４.１概述４.２反馈振荡原理４.３LC振荡器４.４改进型电容三点式４.５频率稳定问题４.６石英晶体谐振器４.７石英晶体振荡器４.８章末小结第4章正弦波振荡器4.1概述振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。它与放大器的区别在于,无需外加激励信号,就能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号。根据所产生的波形不同,可将振荡器分成正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波,后者能产生矩形波、三角波、锯齿波等。本章仅介绍正弦波振荡器。常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选

2、频网络和维持振荡的正反馈放大器组成,这就是反馈振荡器。按照选频网络所采用元件的不同,正弦波振荡器可分为ＬＣ振荡器、ＲＣ振荡器和晶体振荡器等类型。其中ＬＣ振荡器和晶体振荡器用于产生高频正弦波,ＲＣ振荡器用于产生低频正弦波。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。另外还有一类负阻振荡器,它是利用负阻器件所组成的电路来产生正弦波,主要用在微波波段,本书不作介绍。4.2反

3、馈式振荡的基本原理图3.1示出的是一个反馈式放大器的框图。它由放大器和反馈网络组成，图中，是放大器输出电压复振幅，是放大器输入电压复振幅，是反馈网络输出反馈电压复振幅，是外加电压复振幅，放大器的增益为(3.1―1)图3.1反馈放大器φA为超前相角。反馈网络的反馈系数为(3.1―2)φF为超前相角。图中，(3.1―3)由此可得闭环的放大器增益为4.2.2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(3.1―4a)另一个是

4、相位方程式，称其为相位平衡条件，可表示为(3.1―4b)1.振幅平衡条件振幅平衡条件A·F=1中，A=Uo/Ui，即Uo=AUi，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即图3.2放大特性曲线这就是说，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

5、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。图3.3Uo与Uf的关系曲线图3.4振荡器产生的电压幅值2.相位平衡条件根据相位平衡条件φA+φF=2nπ，说明反馈电压与输入电压同相，即正反馈，正反馈是通过振荡器电路来保证的。φA是超前的相位，当放大器是一个非线性工作的晶体管放大器时，输出电压为(3.1―5)是集电极电流基波分量，是集电极负载阻抗，则(3.1―6)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。因此相位平衡条件又可写为(3.

6、1―7)若令φY+φF=φE，则(3.1―8)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。负载的相角φZ与负载的形式有关，图3.5LC并联振荡回路负载相角与频率的关系若采用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随频率变化的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的平衡点，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

7、了振荡器的工作频率。为了保证振荡器的工作频率是惟一的，满足相位平衡条件的平衡点只能有一个。图3.5LC并联振荡回路负载相角与频率的关系4.2.3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.振幅稳定条件从图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

8、间，=0,Ui=0，由于外界电磁感应在放大器输入端感应一个ΔUi电压，在此电压作用下，放大器输出Uo1电压，经过反馈网络，反馈电压为Uf1，由于Uf1>ΔUi，振荡器就会脱离开原点而振荡起来。图3.6θ≥90°时的放大特性与反馈特性由上面对平衡点稳定性的分析可知，在满足振幅稳定的平衡点P上，都具有放大特