【精品】高频电路原理与分析第4章正弦波振荡器

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1、第4章正弦波振荡器4・1反馈振荡器的原理4・2LC振荡器4.3频率稳定度4・4LC振荡器的设计考虑4・5石英晶体振荡器4・6振荡器中的几种现象4Back4.1反馈振荡器的原理4.1.1反馈振荡器的原理分析反馈型振荡器的原理框图如图4一1所示。由图可见，反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路，放大器通常是以某种选频网络（如振荡回路）作负载，是一调谐放大器，反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。图4-1反馈型振荡器原理框图/(s)〃s(s)由I得S)其中T(s)二(s)=S(s)0(s)ua(4-1)(4-

2、2)(4-3)(4-4)dd心)1—K(s)F(s)1-7(5)K(s)F(s)=SO)5)(4-5)(4-6)(4-7)自激振荡的条件就是环路增益为1,即7M)=K(M)F(M)=1通常又称为振荡器的平衡条件。由式(4-5)还可知(4—8)，

3、T(M)

4、>1,p；(s)

5、>M(s)I，形成增幅振荡IT(j^<1口⑶•⑶，形成减幅振荡4・1・2平衡条件振荡器的平衡条件即为(4—9a)一T(ja))=K(je)F(j4=也可以表示为r(ja))=KF=1(pT=(pK+(pF=2n7in=0丄2…(4—9b

6、)式(4—9a)和(4—9b)分别称为振幅平衡条件和相位平衡条件。现以单调谐谐振放大器为例来看K(jo>)与F(je)的意义。若Uo=Uc,Ui=I^式(4一2)可得(4-10)(4-11)(4-12)K(je)=—=—=——=(M)Z厶UoUbUbIc式中,Zl为放大器的负载阻抗uZL=-^=RLeJ^A瓯劲为晶体管的正向转移导纳。■YfU^=^=Yfej

7、FfU^=1振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为YfRLFf=l(pf+0厶+0；=In71(4-13)(4-14)(4-15a)(4-15b)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

8、T(j^)

9、=YfRLFf>l(4-16a)(pT=(pf+(pL+(pF.=2nnn-0,1,2,••-(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

10、件即为正反馈条件。（方）图4—2振幅条件的图解表不4・1・4稳定条件振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。振幅稳定条件为刃,詁（4T7）I由于反馈网络为线性网络，即反馈系数大小F不随输入信号改变，故振幅稳定条件又可写为dKIdU~)<0(4—18)一个正弦信号的相位0和它的频率e之间的关系相位稳定条件为G)=0=S(PL5coco=co^<0(4-19a)(4一19b)(4一20)4.1.5振荡线路举例一互感耦合振荡器图4—4是一厶C振荡器的实际电路，图中反馈网络由厶和厶间的互感M担任，因而称为互感耦合式的

11、反馈振荡器,或称为变压器耦合振荡器。图4—4互感耦合振荡器4.2LC振荡器421振荡器的组成原则基本电路就是通常所说的三端式（又称三点式）的振荡器，即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路，如图4一5所示。［—kV+A-—II——1—图4一5三端式振荡器的组成根据谐振冋路的性质，谐振时回路应呈纯电阻性，因而有Xj+X2+X3=O(4-21)一般情况下，回路Q值很高，因此回路电流远大于晶体管的基极电流4、集电极电流ic以及发射极电流ie，故由图4一5有••U=jX2I(4-22a)••Uc——jX、I(

12、4—22b)因此乙、X2应为同性质的电抗元件。三端式振荡器有两种基本电路，如图4一6所示。图4一6(a)中X］和X?为容性,X3为感性，满足三端式振荡器的组成原则，反馈网络是由电容元件完成的，称为电容反馈振荡器，也称为考必兹(Colpitts)振荡器禺LII厶r>r>r(勿(◎图4—6两种基本的二端式振荡器(a)电容反馈振荡器；(b)电感反馈振荡器图4—7是一些常见振荡器的咼频电路，读者不妨自行判断它们是由哪种基本线路演变而来的。卄/图4一7几种常见振荡器的高频电路422电容反馈振荡器图4—8(a)是一电容反馈振

13、荡器的实际电路，图⑹是其父流等效电路。oEceLe图4—8电容反馈振荡器电路(a)实际电路;⑹交流等效电路;(c)高频等效电路图4—8电路的振荡频率为69]=C为回路的总电容C.+C2（4-23）（4一24）（4一25）由图4一8(c)可知，当不考虑gie的影响时,反馈系数F(jco)的大小为TTr匕=

14、F(M)

15、二才=十=芒(4-26)coC