第七章 正弦波振荡器(高频电子技术)

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1、高频电子技术第七章正弦波振荡器§7.1概述振荡器：是不需要外信号激励，自身可将直流电能转换为交流电能的装置。应用：发射机的主振荡器、接收机的本地振荡器、信号发生器、数字频率计等。分类：反馈式振荡器：利用放大电路的正反馈产生振荡；负阻式振荡器：将一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振电路连接，产生振荡。振荡器通常工作于丙类，因此工作状态是非线性的，为了方便分析，将振荡器用甲类线性工作来分析，可以获得与实际工作近似的情况。§7.2LCR回路中的瞬变现象图7.2.1（P276）LCR自由振荡电路开关S置1时，电容充电至电压V，然后开关S置2，电容C通过电感L和R放电。列电流方程：上式微分一次得线

2、性微分方程其中设回路衰减系数，回路固有角频率代入初始条件：，，解为分为三种情况：(1)过阻尼(,,)(其中sinh为双曲正弦函数)图7.2.2（P276）此时不能产生振荡。(2)临界阻尼()图7.2.3（P277）仍然不能振荡。(3)欠阻尼()此时回路中的电流作周期性变化，产生自由振荡。振荡频率：电阻为正时，产生衰减振荡；电阻为零时，产生等幅振荡；电阻为负（正反馈）时，产生增幅振荡。图7.2.4（P278）由于回路总是存在正电阻，因此必须引入负电阻，抵消回路的正电阻。引入负电阻的方法，一种是引入正反馈，就等效于引入负电阻；另一种是利用有源器件本身的负阻特性。机械运动解释：电容相当于势能，

3、电感相当于动能，能量在电容和电感间流动，相当于能量在势能和动能之间的转化。回路电阻较小时，电流每循环一次，就损失一次功率，振荡为衰减振荡；电阻增大到一定程度，电容放点一次，电阻就将能量全部消耗掉，因此电路不会振荡。瞬变现象：振荡器接通电源后，电路中产生瞬变电流，这种电流包含的频带很宽，但通过选频网络的作用，仅需要的谐振频率信号保留了下来，其他频率分量则被滤掉。在正反馈的作用下，谐振频率信号逐渐变强，形成稳定的振荡。通过稳幅措施，就可以使信号变为等幅振荡。§7.3LC振荡器的基本工作原理构成振荡器必须具备的条件：(1)一套振荡回路，其中包含两个以上的储能元件，当一个释放能量时，另一个接收能

4、量，往复进行，频率决定于元件的数值；(2)一个能量来源（如直流电源等），补充回路中电阻造成的能量损失；(3)一个控制设备（如晶体管），使电源功率在正确的时刻对电路补充能量，以维持等幅振荡。图7.3.1(a)（P280）互感耦合调集振荡器（电路为共基接法）LC回路为振荡回路，与L1，M组成晶体管正反馈电路；图中电阻为晶体管各极偏置电阻，Cb为旁路电容，滤除交流分量，Ce为隔直电容，隔离直流；电感L和L1的耦合，同名端分别接到晶体管的c，e端，以保证是正反馈（可以由微分方程的系数得到解释）。根据晶体管的h参数模型，得到电路的交流等效模型：图7.3.1(b)（P280）由等效电路得到(7.3.

5、1)(7.3.2)(7.3.3)(7.3.4)的方程组，消去相关变量可得微分方程：和微分方程做对比，可得，（谐振频率）考察自由振荡产生条件（欠阻尼条件下）下的电流表达式若电路产生等幅振荡，则表达式中必为常数，即必须有，则，由此得到振荡条件式中可看成是由于互感M与晶体管的正反馈作用所产生的负电阻成分，显然M与hfb越大，越容易起振。*注：这种方法确定的振幅完全取决于起始条件，即振荡器得到的第一次冲击，冲击大，振幅大，冲击小，振幅也小。§7.4由正反馈的观点来解决振荡条件图7.4.1（P282）反馈振荡器方框图(1)S断开（没有反馈），输入信号为时，集电极输出为，经由反馈网络输出反馈电压，如

6、果反馈电压与原输入信号完全相同，此时如果接通S1，去掉外加信号，则将代替变成基极的输入，放大器也将继续维持工作。由于此时已没有外加输入信号，故电路变为振荡器。根据电压间的相互关系有：，当产生振荡时，应有，即因此得振荡条件：，或由模电相关知识可得反馈放大器的闭环增益，当时，，放大器产生振荡。例7.4.1（P282）图7.4.2（P282）调集振荡器的交流等效电路电路为共基接法：集电极电压加在谐振回路上，由于耦合线圈同名端在同一方向，故输出的反馈电压与集电极电压输出同相；而共基接法中输入信号应与输出信号同相，且反馈电压正向加在共基电路输入端，即相当于输出通过反馈正向加在输入端，因此为正反馈。

7、共基放大器电压增益（h参数）：，其中为集电极负载回路输出电压L1两端的感应电压（反馈电压）则反馈系数将以上结果代入到振荡条件中得谐振时上式中虚部为0，得即根据振荡条件得负电阻的值等于正电阻的值，即实部也为0，得即可见，无论由瞬变观点还是正反馈观点，所得到的振荡条件都是一样的，一般正反馈的方法来分析振荡器要简易些。§7.5振荡器的平衡与稳定条件振荡器起振后，在正反馈的作用下振幅越来越大，在达到一定数值后，慢慢稳定下来，形成稳定的震荡，