Chapter 4正弦波振荡器

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1、Chapter4正弦波振荡器§4.1概述§4.2反馈型振荡器基本工作原理§4.3振荡条件分析§4.4反馈型LC振荡器线路§4.5振荡器的频率稳定问题§4.6石英晶体振荡器§4.1概述定义：振荡信号就是指具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变信号。而振荡器就是能自动的将直流电源的能量转化成这种交流电能的装置。功放等称为他激式振荡，振荡器称为自激式振荡。用途：1。在无线信息传输系统中作为一种载体，即载波。2。在各类电子测量、电子控制设备中为系统提供时钟信号。本章主要内容：反馈型正弦波振荡器的基本工作原理;电路起振、平衡、稳定的条件；三端式振荡电路相位平衡的判断准则；各种振荡电路形式、

2、特点；频率稳定度问题等。振荡器的分类：按振荡波形分：正弦波振荡器和非正弦波振荡器按工作方式分：负阻型振荡器和反馈型振荡器按选频网络所采用的原件分：LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型§4.2反馈型振荡器基本工作原理一.自激振荡建立的物理过程Question1：我们最关心的问题，电路是如何产生振荡的？实际上反馈式振荡器是由反馈放大器演变而来的，我们假设一个实验来分析反馈型振荡器起振的物理过程。实验步骤如下：17.3振荡电路中的正反馈17.3.1自激振荡放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象。开关合在“1”为无反馈放大电路。开关合在“2”为有反馈放大

3、电路开关合在“2”时,去掉ui仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。自激振荡状态1SA2F自激振荡的条件(1)幅度条件：(2)相位条件：n是整数相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足够的反馈量(可以通过调整放大倍数A或反馈系数F达到)。自激振荡的条件17.3.2正弦波振荡电路正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。常用的正弦波振荡器LC振荡电路:输出功率大、频率高。RC振荡电路:输出功率小、

4、频率低。石英晶体振荡电路：频率稳定度高。应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。正弦波振荡电路的组成(1)放大电路:放大信号(2)反馈网络:必须是正反馈，反馈信号即是放大电路的输入信号(3)选频网络:保证输出为单一频率的正弦波即使电路只在某一特定频率下满足自激振荡条件(4)稳幅环节:使电路能从AuF>1，过渡到AuF=1，从而达到稳幅振荡。Question2：振荡器要求自动起振，那最开始的激励信号从何而来？事实上，电源在接通的时候，电路中有瞬变的电流产生，其在集电极LC振荡回路中激起振荡；又由于选频网络是Q值很

5、高的并联谐振回路，带宽极窄，在回路两端产生与谐振频率相同的正弦信号，并通过互感耦合变压器反馈到基级回路，这就是激励信号。振荡信号开始比较微弱，但是由于正反馈的作用，信号经过一个反馈放大选频再反馈再放大的多次循环，幅度逐渐的变大，其频率与谐振回路频率相同。到这里，一个具有一定频率、一定幅度的自激振荡就建立起来了，完成了将直流能量转化成交流能量的过程。Question3：振荡信号的幅度是否会无限的增大下去？答案是否定的，这是由晶体管特性的非线性决定的，输入信号幅度增大，晶体管的增益下降，这样，振幅会自动稳定到一定的幅度。而不会无限增大。反馈型自激振荡器的电路构成必须由三部分组

6、成：1)振荡回路：包含两个(或两个以上)储能元件。释放和接收能量在元件间往返进行，其频率决定了振荡器输出信号的频率。2)能量来源：用来补充由振荡回路电阻损耗的能量。此来源为直流电源3)控制能量补充的设备：使能量在正确的时间适当的补充到电路中，以维持等幅恒频的振荡。由有源器件和正反馈电路来完成。二.自激振荡电路的基本构件§4.3振荡条件分析基本反馈环如右图：可以看到，在时，此时即使没有输入信号(vi=0)时，放大器仍有输出，电压放大器变为振荡器。要维持一定振幅的振荡，反馈系数F应设计得大一些。一般取，这样就可以使得在时的情况下起振。一、振荡器的起振条件式中A0为开环增益，F为反馈系

7、数由上分析知，反馈型正弦波振荡器的起振条件是：即分别称为振幅起振条件和相位起振条件。相位起振条件的含义是要求环路保持正反馈。振幅起振条件可以用下图来说明。4.1.3起振条件为了使振荡过程中输出幅度不断增加,应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大,即振荡开始时应为增幅振荡,因而由式(4─8)可知称为自激振荡的起振条件,也可写为(4─16a)(4─16b)式(4─16a)和(4─16b)分别称为起振的振幅条件和相位条件,其中起振的相位条件即为正反馈条件。自激振荡的条件就是环路增益为