第4章 正弦波振荡器

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1、第4章正弦波振荡器信息工程学院1本章基本要求掌握LC正弦波振荡器的基本原理、起振、平衡和稳定的条件，以及晶体振荡器和压控振荡器等的电路组成、工作原理、判别原则;熟悉VCO、振荡器的稳定性；了解晶体振荡器的基本原理。2信息工程学院4.1反馈型振荡器的基本原理与分析方法4.1.1从放大器到振荡器各种放大器都是在输入信号的控制下，将直流电源提供的电能转换成按输入信号规律变化的电信号，并馈送给负载。正弦波振荡器则是一种不需要外加输入信号，自动将直流电能转换成某一特定频率和适当幅度的正弦波电压的电路，实质上是由反馈

2、放大器演变而来。3信息工程学院(b)反馈振荡器图4-1-1反馈振荡器的组成（c）反馈振荡器的基本结构框图4信息工程学院4.1.2振荡的建立与稳定反馈型振荡器在接通电源后，振荡电压不会立即建立起来。其间要经历一段振荡电压从无到有、从小到大逐步增长的过程，直到电路进入平衡状态，电路输出一个幅度和频率保持不变的正弦电压。4.1.2.1起振过程电路接通电源瞬间会产生电流或电压的突变。根据频谱分析的结论，这些干扰和噪声具有连续频谱，包含了各种频率的正弦分量。由于谐振回路的选频作用，使得只有特定频率的反馈P信号与输入端的

3、初始信号保持同相的关系。经过放大－选频—反馈－再放大－再选频—再反馈的循环过程后，幅度不断增长，自激振荡终于建立起来。5信息工程学院i/mACiC/mAi/mACICQ1u/VCEtQ2uBE/V0UUCECC0000u/Vu/VCEBEt(a)t(b)振荡的建立、稳定与稳幅6信息工程学院正弦波振荡器的振荡条件1．产生正弦波自激振荡的平衡条件..XAXidoXXid·o放大环节AXFXfo.Xf·若XfFAXidXid正反馈网络F正弦波振荡器的方框图则可以产生自激振荡7信息工程学院

4、....输入X输出Xo=AXidid·放大环节A·正反馈网络F...反馈Xf=FXo则为正反馈..若满足Xf=Xid可在输出端继续维持原有的输出信号8信息工程学院··..··由XfFXoAFXid··及XfXid知电路产生自激振荡的平衡条件为··AF1幅值平衡条件：AF1AF2n相位平衡条件：n0,1,29信息工程学院4.1.2.2稳幅过程在振荡建立的过程中，振荡信号幅度不可能无限增大。由于放大器件的非线性特性的限幅作用，使振荡幅度达到某个值后而稳定下来。许多电路中还采取了稳幅措施

5、。通过器件固有的非线性特性稳幅的，称为内稳幅。通过调节负反馈系数，改变放大倍数，也可通过其他外部电路实现稳幅。这种方法被称为外稳幅。10信息工程学院i/mACiC/mAi/mACICQ1u/VCEtQ2uBE/V0UUCECC0000u/Vu/VCEBEt(a)t(b)振荡的建立、稳定与稳幅11信息工程学院4.1.3振幅平衡条件和相位平衡条件将图4-1-1b中的Ａ点断开，同时在反馈网络的输出端口并联一个与谐振放大器输入阻抗相同的等效阻抗Z，则i电路的环路增益为UUUfofT()AFAF

6、UiUiUo通常反馈网络与选频网络合而为一。(b)反馈振荡器由图4-1-2及反馈放大器的原理，可得电路的闭环增益为12信息工程学院UUiUSoUAAAof(4-1-2)U1AFUsfF图4-1-2反馈放大器框图当AF1时,｜Af｜→∞,这就意味着即使输入信号Us0放大器仍然有输出电压，由图4-1-2可知，此时有UiUf电路已由放大器转变成振荡器。因此，反馈型振荡器的振荡平衡条件为AF＝1振幅平衡条件AF1φA＋φF＝2nπ(n=0,1,2,.

7、.....)相位平衡条件13信息工程学院由于初始信号是电路的干扰和噪声中被选频网络所选择出来的信号，幅度比较小，若电路的环路增益AF＝1，则电路输出信号的幅度不能达到所需电平。因此，实际的反馈振荡器必须有一个增幅振荡的过程，只有当反馈到输入端的信号大于初始信号时，才能建立起振荡。于是，可得到电路的起振条件：AF1AF2n(n=0,1，2，......)在振荡建立的过程中，振荡电路为时变参数电路。14信息工程学院4.1.4振荡器的分析方法反馈型正弦波振荡电路是含有电抗元件的非线性电路，采用严格的数学分

8、析方法比较困难，也没有必要。工程设计中，采用近似分析法，常用Y参数等效电路（振荡频率不太高时，也可用H参数等效电路）来分析振荡电路，以确定电路的振荡频率和起振条件。(1)画出交流通路和Y参数等效电路，该电路将构成一个反馈电路(2)自基本放大器的输入端将反馈环路拆开。拆环后电路的输出端口应并联一个与放大器输入阻抗相等的负载阻抗。(3)根据拆环后的等效电路，写出环路增益的表达式AF。