2022年《高频》教案正弦波振荡器

1、第4章 正弦波振荡器振荡器是能量转换器,将直流能量转换为沟通能量；常作为信号源；主要技术指标：振荡频 率和频率稳固度；4.1 反馈振荡器负反馈 ；凡是致使的反馈称为 正反馈；的原理凡是致使的反馈称为图4.1 反馈放大器方框图图4.2 自激反馈4.1.1 负反馈当振幅 相位4.1.2 正反馈当要使振荡器自行起振,环路增益必需,所以起振条式,得,代入上,构成负件为反馈自激振荡；即振荡平 衡条件：,同样得,构成正振荡平反馈自激振荡；即（记为,称为环路增益）衡条件： 振幅 相位4.1.3 振荡器平稳状态的稳固条件1、振幅 的稳固条件图4.3 晶体管放大特性和反馈特性放大器网络一般采纳晶体管,它为非线性

2、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不随输入信号转变；振幅平稳的稳固条件2相位的稳固条件相位平稳的稳固条件LC并联回路刚好满意此特性：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LC 振荡器4.2 4.2.1 振荡器的组成原就 依据谐振回路的性质,谐振时回路应呈纯电阻性,因而有 X1+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,必需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远大于 晶体管的一般情形下,回路Q值很高,因此回基极电路电流流、集电又和反相；故X1、 X2应为同

3、性质的极电流以电抗元件；及发射极三端式振荡器能否振荡的原就为抗性质相反；电流,故1 X1和 2的电抗性质相同; 由图 4-52 X3与X1、 X2的电有图 4-6 两种基本的三端式振荡器图 4-8 电容反馈振荡器电路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a 实际电路；b 沟通等效电路； c 高频等效电路在分析运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反馈系数 Fj 的大小4-9有为工程上一般采纳上式估算反馈系数的大小；反 馈 系 数 F 的 大 小 一 般 取0.10.5；4.2.3 电感反馈振荡器式中的 L 为回路的总电感,由图L=L1+L2+2M 工程

4、上在运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 简洁,简洁起振；电 感反馈振荡器只要 转变线圈抽头位置 就可以转变反馈值F,而电容反馈振荡 器需要转变 C1、 C2 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转变,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,不存在电抗性质转变的问题,故工作 频率可以较高；3 振荡器在稳固振荡时,晶体管工作在非线性状态,在

5、回路上除有基波电压外仍存在少量 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 转变电容能够调整振荡器的工作频率；电容反馈振荡器在转变频率时,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

6、感反馈振荡 器的工作频带不会很宽,这是由于转变频率,将转变回路的谐振阻抗,可能使振荡器停振；4.2.4 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, 在很多场合得到了应用；两种改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 3的串联电路代替原电容反馈振荡器中的电感构成的,且 C3C1、C2；只要 L和C3串联电路等效为一电感 在振荡频率上 ,该电路即满意三端式振荡器的组成原就,而且属于电容反馈式振荡器；回路的总电容为回路的总电容 C将主要由 C3打算,而极间电容与C1、C2并联,所以极间电容对总电容的影响就很小；并且 C1、C2只是回路的一部分,晶体管以部分接入的

7、形式与回路连接,减弱了晶体管与回路之间的耦合；接入系数 p为回路的谐振电阻C1、C2的取值越大,接入系数p越小,耦合越弱；因此,克拉泼振荡器的频率稳固度得到了提高；但C1、C2不能过大,假设电感两端的电阻为Ro即,就由图 4-10可知等效到晶体管ce两端的负载电阻RL为注：晶体管输出端的接入系数；4-37 因此, C1过大,负载电阻 RL很小,放大器增益就较低,环路增益也就较小,有可能使振荡器停振；振荡器的振荡频率为反馈系数的大小为2. 西勒振荡器就是与电感 L并联一可变电容 C4；与克拉泼振荡器一样,图中 C3C1、C2,因此晶体管与回路之间耦合较弱,频率稳固度高；与电感 L并联的可变电容

8、C4是用来转变振荡器的工作波段,而电容 C3是起微调频率的作用；回路的总电容为振荡器的振荡频率为由于转变频率主要是通过调整C4完成的, C4的转变并不影响接入系数p由图 4 - 10和图 4-11可知,西勒振荡器的接入系数与克拉泼振荡器的相同 4.2.6 压控振荡器,所以波段内输出幅度较平稳；广泛应用于频率调制器、锁相环路,以及无线电发射机和接收机中；4-40 4.4 LC 振荡器的设计考虑见p120 4.5 石英晶体振荡器石英晶体谐振器具有很高的标准性和极高的品质因数,因此石英晶体振荡器具有较高的频率稳固度；4.5.1 石英晶体振荡器频率稳固度1 石英晶体谐振器具有很高的标准性；2 石英晶体

9、谐振器与有源器件的接入系数 p很小3 石英晶体谐振器具有特别高的 Q值；4.5.2 晶体振荡器电路晶体振荡器归为两大类 : 并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器；在并联型晶体振荡器中,晶体起等效电感的作用；在串联型晶体振荡器中,振荡器工作在邻近 路,即晶体起选频短路线的作用；1.并联型晶体振荡器（石英作电感）C-B：皮尔斯 . B-E：密勒 . 图 4-17 皮尔斯振荡器fq处,晶体以低阻抗接入电图 4-20 密勒振荡器2.串联型晶体振荡器（选频、短路）在串联型晶体振荡器中,晶体接在振荡器要求低阻抗的两点之间,通常接在反馈电路中；4.7 RC 振荡器介绍为什么要采纳 RC振荡器；4.7.1 RC

10、网络1超前型移相网络传输系数为其模值和相角分别为式中 0=1/RC；2滞后型移相网络 传输系数为其模值和相角分别为4-62 式中 0=1/ RC；3. 串并联型选频网络 传输系数为4.7.2 RC振荡器,相移网络也必需供应180 相移；由晶体管以及由集成运放构成的反相放大器由于 RC相移电路的选频特性不抱负,又是采纳内稳幅,因而 大,频率稳固度低,只能用在性能不高的设备中；补充：移相式振荡电路图5.12 移相式振荡电路图 5.13 三节 RC电路的相频特性注：运算放大器的 + -两端等电位；对于一节 RC,输入并在 RC,从 R两端输出,就 三节,就90度；,可求得 相位 0270度；RC相移振荡器的输出波形失真,相位 0是正弦波振荡器的一种最常用的电路；桥形4.7.3 文氏桥振荡器就起振条RC网