《高频电路原理与分析》教案04 正弦波振荡器.pdf

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1、第4章正弦波振荡器振荡器是能量转换器，将直流能量转换为交流能量。常作为信号源。主要技术指标：振荡频率和频率稳定度。4.1反馈振荡器的原理凡是致使X′X的反馈称为正反馈。iiii图4.1反馈放大器方框图图4.2自激反馈4.1.1负反馈X&=A&X&'=A&(X&−X&)oiif=A&(X&−FX&&)io=A&X&−A&FX&&ioX&A&∴A&=o=FX&1+A&F&i'当A&F&=−1，代入上式,得X&=0，X&=X&，构成负反馈自激振荡。即iif&&&&iargA&F&AF=

2、AF

3、e=−1∴振荡平衡

4、条件：①振幅

5、A&F&

6、=1②相位argA&F&=ϕ+ϕ=±2(n+)1πAF4.1.2正反馈A&A&=F&&1−AF'当A&F&=1，同样得X&=0，X&=X&，构成正反馈自激振荡。即iif&&&&iargA&F&U&AF=

7、AF

8、e=1（记为T(jω)=A&F&=F，称为环路增益）U&i∴振荡平衡条件：①振幅

9、A&F&

10、=1②相位argA&F&=ϕ+ϕ=±2nπAF&&要使振荡器自行起振，环路增益必须

11、AF

12、>1，所以起振条件为4－1⎧

13、A&F&

14、>1⎨ϕ+ϕ=±2nπ⎩AF4.1.3振荡器平衡状态的稳定条件1、振幅的稳定条件图4.3晶

15、体管放大特性和反馈特性放大器网络一般采用晶体管，它为非线性网络。放大系数随着输入信号的增大而减小；反馈网络为线性网络，反馈系数大小F不随输入信号改变。∂A振幅平衡的稳定条件<0∂Ui2相位的稳定条件f(t)=sin(ωt+ϕ)=sinϕ0dϕ=ωω↑,ϕ↓才能使得sin的函数值不变。dt∂ϕ相位平衡的稳定条件<0∂ω2ΔωLC并联回路刚好满足此特性：φ=−arctanQzω04－2图4.4并联LC的相位特性4.1.4振荡线路举例——互感耦合振荡器4.2LC振荡器4.2.1振荡器的组成原则根据谐振回路的性质，谐振时回路应呈纯电阻性，因而有X1

16、+X2+X3=0(4-21)所以电路中三个电抗元件不能同时为感抗或容抗，必须由两种不同性质的电抗元件组成。图4-5三端式振荡器的组成4－3一般情况下，回路Q值很高，因此回路电流I&远大于晶体管的基极电流、集电极电流以及发射极电流，故由图4-5有又U&和U&反相。故X1、X2应为同性质的电抗元件。bc三端式振荡器能否振荡的原则为(1)X1和Ｘ2的电抗性质相同;(2)X3与X1、X2的电抗性质相反。图4-6两种基本的三端式振荡器(a)电容反馈振荡器；(b)电感反馈振荡器4.2.2电容反馈振荡器图4-8电容反馈振荡器电路　(a)实际电路；(b)交

17、流等效电路；(c)高频等效电路在分析计算振荡器的振荡频率时可以近似用回路的谐振频率来表示4－41ω=0LC反馈系数F(jω)的大小为工程上一般采用上式估算反馈系数的大小。反馈系数F的大小一般取0.1~0.5。4.2.3电感反馈振荡器1ω=0LC式中的L为回路的总电感，由图4-9有L=L1+L2+2M工程上在计算反馈系数时不考虑gie的影响，反馈系数的大小为在讨论了电容反馈的振荡器和电感反馈的振荡器后，对它们的特点比较如下:(1)两种线路都简单，容易起振。电感反馈振荡器只要改变线圈抽头位置就可以改变反馈值F，而电容反馈振荡器需要改变C1、C2

18、的比值。(2)由于晶体管存在极间电容，对于电感反馈振荡器，极间电容与回路电感并联，在频率高时极间电容影响大，有可能使电抗的性质改变，故电感反馈振荡器的工作频率不能过高；电容反馈振荡器，其极间电容与回路电容并联，不存在电抗性质改变的问题，故工4－5作频率可以较高。(3)振荡器在稳定振荡时，晶体管工作在非线性状态，在回路上除有基波电压外还存在少量谐波电压(谐波电压大小与回路的Q值有关)。对于电容反馈振荡器，由于反馈是由电容产生的，所以，高次谐波在电容上产生的反馈压降较小；而对于电感反馈的振荡器，反馈是由电感产生的，所以，高次谐波在电感上产生的反

19、馈压降较大，即电感反馈振荡器输出的谐波较电容反馈振荡器的大，因此电容反馈振荡器的输出波形比电感反馈振荡器的输出波形要好。(4)改变电容能够调整振荡器的工作频率。电容反馈振荡器在改变频率时，反馈系数也将改变，影响了振荡器的振幅起振条件，故电容反馈振荡器一般工作在固定频率；电感反馈振荡器改变频率时，并不影响反馈系数，工作频带较电容反馈振荡器的宽。需要指出的是，电感反馈振荡器的工作频带不会很宽，这是因为改变频率，将改变回路的谐振阻抗，可能使振荡器停振。综上所述，由于电容反馈振荡器具有工作频率高、波形好等优点，在许多场合得到了应用。4.2.4两种改

20、进型电容反馈振荡器1.克拉泼振荡器用电感L和可变电容Ｃ3的串联电路代替原电容反馈振荡器中的电感构成的，且C3<