正弦波振荡器教学课件PPT.ppt

正弦波振荡器 第4章 2 本章知识点及结构 正弦波振荡器 工作原理 功能 如何实现功能 性能指标 有哪些 如何计算或评价 电路构成 有哪几部分 不同形式电路的优缺点比较 3 第4章正弦波振荡器 4 1概述4 2振荡器基本原理4 3lc振荡电路4 4改进型电容三端式电路4 5振荡器的频率稳定问题4 6石英晶体谐振器4 7石英晶体振荡器电路 4 本节问题 1 正弦波振荡器在无线收发系统中的位置 2 振荡器的实质 与放大器实质有何不同 3 评价振荡器性能的主要技术指标 4 1概述 4 振荡器的种类 5 4 1概述 6 2 振荡器的实质 能量转换器件 在没有外加信号的情况下 自动地将直流电源的能量转换为交流振荡能量的装置 自激振荡 放大器的实质 能量转换器件 在外加信号的激励下 将直流电源的能量转换为交流能量 比较 7 3 评价振荡器性能的主要技术指标 1 振荡频率 2 频率稳定度 8 不同类型的正弦波振荡器所适宜的工作频段 4 振荡器的种类 正弦波振荡器 非正弦波振荡器 从振荡波形分 反馈式振荡器 负阻式振荡器 从振荡器特性分 9 一 从调谐放大电路到自激振荡电路二 维持自激振荡的两个条件 即振荡的平衡条件 三 振荡的起振条件 即通电之初 振荡是如何建立起来的 四 振荡的稳定条件 4 2反馈型正弦波自激振荡器原理 10 正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成 一 从调谐放大电路到自激振荡电路 11 二 产生自激振荡的两个条件 振荡的平衡条件 12 三 振荡的起振条件 即通电之初 振荡是如何建立起来的 13 如果环路增益特性存在着两个平衡点a和b 其中 a点是稳定的 而b是不稳定点 四 振荡器的稳定条件 通过上述讨论可见 要使平衡点稳定 t o 必须在uia附近具有负斜率变化 14 小结 15 一 电容反馈三点式振荡器 考毕兹振荡器 二 电感反馈三点式振荡器 哈特莱振荡器 三 三点式lc振荡器相位平衡条件的判断准则 4 3三点式lc振荡器 16 一 电容反馈三点式振荡器 考毕兹振荡器 二 电感反馈三点式振荡器 哈特莱振荡器 1 电路结构 2 验证相位平衡条件 1 电路结构 2 验证相位平衡条件 三 总结出 三点式lc振荡器相位平衡条件的判断准则 分析思路 17 2 相位平衡条件 3 起振条件 4 振荡频率 一 电容反馈三点式振荡器 考毕兹振荡器 1 电路结构 对应电路名称的来历 18 1 反馈系数 kf 1 3 起振条件 注 若考虑管子的输入 输出电容co ci 则 2 电压放大倍数 19 4 振荡频率 即谐振回路的谐振频率 注 若考虑管子的输入 输出电容co ci 则 20 2 相位平衡条件 1 电路结构 对应电路名称的来历 二 电感反馈三点式振荡器 哈特莱振荡器 3 起振条件 4 振荡频率 21 三 lc振荡器相位平衡条件的判断准则 x1 x2 x3 0 x1 x2 x3 1 晶体管发射极所接的两个电抗元件性质相同 而不与发射极相接的回路元件 其电抗性质与前者相反 2 谐振频率满足 x1 x2 x3 22 23 4 4改进型电容三端式振荡器电路 一 串联改进型电容三点式振荡器 克拉泼振荡器 二 并联改进型电容三点式振荡器 西勒振荡器 24 一 串联改进型电容三点式振荡器 克拉泼振荡器 若选c3 c1 c3 c2 则 反馈系数 1 如果c1 c2过大 则振荡幅度就太低 2 当减小c3来提高振荡频率f0时 振荡幅度显著下降 当c3减小到一定程度时 可能停振 因此 限制了f0的提高 3 用作频率可调的振荡器时 振荡幅度随频率增加而下降 在频段范围内幅度不平稳 频率覆盖系数不大 约为1 2 1 3 25 二 并联改进型电容三点式振荡器 西勒振荡器 1 振荡频率 若选c3 c1 c3 c2 则 当改变c 以改变频率时 不影响n 以及输出波形幅度 既保持了频率稳定的优点 还解决了幅度平稳和提高频率的问题 频率覆盖系数 1 6 1 8 2 26 27 4 5振荡器的频率稳定问题 一 振荡器的频率稳定度 二 造成频率不稳定的因素 三 稳频措施 28 1 绝对频率稳定度 2 相对频率稳定度 一 振荡器的频率稳定度 29 二 造成频率不稳定的因素 1 客观原因 外界温度变化 使lc参数 晶体管参数不稳定 电源不稳定 引起振荡器工作点变化 晶体管参数变化 2 主观原因 电路结构本身的不稳定 如 哈特莱振荡器的频率稳定性不如考毕兹振荡器 30 1 振荡器置于恒温箱内 或屏蔽振荡器 或使之远离干扰源 2 采用良好的稳压电源供电3 提高振荡回路的品质因数4 减小负载 或下一级电路 对振荡器的影响方法 振荡器后加缓冲级5 采用稳定性好的振荡电路 三 稳频措施 31 缓冲级 1 作用 隔离 或减弱 其后一级电路对其前一级电路的影响 2 构成电路 一般为射级跟随器 即共集电极放大器 因为该电路输入电阻高 可减小放大器从前级所取的信号电流 而 它的输出电阻低 可减小负载变动对前级的影响 32 4 6石英晶体谐振器 一 石英晶体谐振器的等效电路 二 石英晶体的阻抗特性 三 石英谐振器的频率温度特性 四 石英谐振器频稳度高的原因 33 一 石英晶体谐振器的等效电路 石英晶体的压电效应 当机械力作用于晶体片时 片的两面将产生电荷 反之 晶体片两面加不同极性的电压时 晶体的几何尺寸被压缩或伸张 则 当高频交流电压加于晶体片两端时 晶体片将随交变信号的变化而产生机械振动 当f外加 f固有 则产生谐振现象 34 2 石英晶体的在电路中的表示符号 3 等效电路 特点 等效电感lq非常大 等效电容cq和等效电阻rq非常小 非常高 35 1 串谐频率2 并谐频率3 两者的关系 二 石英晶体的阻抗特性 两者相差很小 36 4 电抗特性 rq 0 37 三 石英谐振器的频率温度特性 p111 四 石英谐振器频稳度高的原因 温度系数小 即频率随温度变化小 2 q值非常高 在fs fp附近电抗曲线斜率很高 有利于稳频 3 当石英晶体与外部电路相连构成振荡器时 外电路参数变化对振荡频率的影响小 cq c0 若分布电容cn并在c0上 若外界电阻r并在c0上 r对q值影响小 38 4 7石英晶体振荡器电路 一 并联晶振电路 二 串联晶振电路 三 泛音晶振电路 晶体工作在并联谐振频率fp与串联谐振频率fs之间 在fp附近 晶体等效为电感 晶体工作在串联谐振频率fs 晶体等效为短路 晶体工作在谐波频率上 39 一 并联晶振电路 c b型电路 皮尔斯电路 晶体工作在并联谐振频率fp与串联谐振频率fs之间 在fp附近 晶体等效为电感 40 1 振荡频率 41 讨论 调节c可使f0产生微小的变动 若c很大 取c 得 若c很小 取c 0 得 2 频率微调问题 42 可见 无论如何调节c f0总是在fp与fs之间 一般 c取得较小 使f0工作在稍低于fp的数值 通过外加电容c 使晶体达到标称频率fn fs fn fpfn 标称频率 43 44 二 串联晶振电路 晶体工作在串联谐振频率fs 晶体等效为短路 45 本章总结 理解 振荡的平衡条件稳定条