第五章 正弦波振荡器.ppt

第5章正弦波振荡器 反馈式振荡器的工作原理LC正弦波振荡器石英晶体振荡器RC振荡器负阻正弦波振荡器 主要内容 5 1反馈式振荡器的工作原理 1 组成与分类 1 组成 2 分类 2 平衡条件与起振条件 1 振荡的建立过程 5 1反馈式振荡器的工作原理 当接通电源时 回路内的各种电扰动信号经选频网络选频后 将其中某一频率的信号反馈到输入端 再经放大 反馈 放大 反馈的循环 该信号的幅度不断增大 振荡由小到大建立起来 随着信号振幅的增大 放大器将进入非线性状态 增益下降 当反馈电压正好等于输入电压时 振荡幅度不再增大进入平衡状态 2 平衡条件与起振条件 5 1反馈式振荡器的工作原理 振幅平衡条件 2 平衡条件 为维持等幅振荡所需满足的条件 因为 所以 又因为平衡时有 所以 因而可得 AF A F 1 相位平衡条件 AF 1 A F 2n n 0 1 2 3 2 平衡条件与起振条件 5 1反馈式振荡器的工作原理 3 起振条件 起振条件 为了振荡起来必需满足的条件 由振荡的建立过程可知 为了使振荡器能够起振 起振之初反馈电压Uf与输入电压Ui在相位上应同相 即为正反馈 在幅值上应要求Uf Ui 即 A F 2n n 0 1 2 AF 1 3 稳定条件平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡 振荡器工作时要处于稳定平衡状态 5 1反馈式振荡器的工作原理 振幅稳定条件 AF与Ui的变化方向相反 相位稳定条件 相位与频率的变化方向相反 振荡频率的稳定度 5 1反馈式振荡器的工作原理 4 频率准确度与稳定度 1 频率准确度 绝对频率准确度 相对频率准确度 f f f0 2 频率稳定度 5 2LC正弦波振荡器 a 判断Uf和Ui是否同相b 判断是否为正反馈 1 变压器反馈式正弦波振荡器 相位条件 起振条件 振荡频率 优点 结构简单 易起振 输出幅度大 调节方便 集电极调谐型 电路特点 缺点 频率稳定性差 适用于中 短波段不是很高的场合 电路的三种形式 发射极调谐型 基极调谐型 2 三点式振荡器 5 2LC正弦波振荡器 X1与X2电抗性质相同X3与X1 或X2 电抗性质相反 1 三点式振荡器一般组成原则 设回路谐振时有电流 在流动 则有 jX1 jX2 jX3 0 即 X1 X2 X3 0 根据 得三点式的一般组成原则 一般形式 2 电容三点式 Colpitts 考毕兹电路 优点 高次谐波成份小 波形好 缺点 调节频率影响反馈系数 受三极管等效输入电容和输出电容影响 三极管三极分别与电容的三个引出端相连 反馈电压取自C2上 交流通路的基本形式 振荡频率 反馈系数 电路特点 3 电感三点式 Hartley 哈特莱电路 优点 易起振 调节频率基本不影响反馈系数 缺点 采用电感反馈 输出波形差 谐波成份多 交流通路的基本形式 三极管三个电极分别与电感三个引出端相连 反馈电压取自L2上 振荡频率 反馈系数 电路特点 其中 优点 振荡频率和反馈系数互不影响 缺点 调节C3改变频率时影响振幅 一般用于固频振荡器 5 2LC正弦波振荡器 3 改进型电容三点式振荡器 交流通路的基本形式 1 克拉泼 Clapp 振荡器 电感L支路中串联了小电容C3 振荡频率 电路特点 具有克拉泼振荡器频率和反馈系数独立的优点 频率基本上仅由C3和C4及L决定 调节C4时不影响电路增益 输出幅度稳定 2 西勒 Seiler 振荡器 交流通路的基本形式 在L两端又并联了一可调电容C4 振荡频率 电路特点 5 3石英晶体振荡器 3 晶体特点 振荡频率稳定振动的多谐性并联负载电容 1 石英晶体及其特性 1 结构及外形 2 符号及等效电路 根据输入信号的频率不同 石英晶体具有串联谐振特性和并联谐振特性 5 3石英晶体振荡器 2 串联谐振频率与并联谐振频率 晶体的电抗频率特性曲线 等效为串联谐振时的串联谐振频率 等效为并联谐振时的并联谐振频率 典型电路举例 5 3石英晶体振荡器 3 串联型石英晶体振荡器 基本原理 晶体所在的正反馈支路发生串联谐振 使正反馈最强而满足振荡 图 二 中晶体工作于本身串联谐振点上 图 一 中晶体和负载电容发生串联谐振 4 并联型晶体振荡器 5 3石英晶体振荡器 几种电路形式 交流等效 晶体一般工作在fs和fp之间 在电路中等效一特殊电感 基本原理 皮尔斯 Pierce 电路 密勒 Miller 电路 5 3石英晶体振荡器 分析 设晶体的基频为1MHZ 为了获得五次 5MHZ 泛音振荡 LC谐振频率在3 5MHZ之间 对于五次泛音频率 LC呈容性 电路满足振荡条件 可以振荡 而对于基频和三次泛音 LC呈感性 电路不符合三点式组成原则 不能振荡 5 泛音晶体振荡器 基本原理 利用晶体的泛音振动 泛音晶体 来实现 有串联型和并联型两种 一种并联型泛音晶体振荡器举例 5 4RC振荡器 1 RC串并联网络的频率特性 分析可得 图中电压传输系数为 幅频特性 相频特性 2 基本RC桥式振荡器 5 4RC振荡器 对于运放来说Au远大于3 为保证能够进入平衡 引入文氏电桥振荡器 1 相位条件 2 振幅条件 3 振荡频率 根据AuFu 1 而谐振时Fu 1 3 则 与 反相 同相 处 则 与 满足相位条件 在 与 同相 振幅起振条件 Au 3振幅平衡条件 Au 3 外稳幅原理 通过非线性器件Rf2自动调整反馈强弱 5 4RC振荡器 3 文氏电桥振荡器 由图根据起振条件有 因而可得 振幅起振条件 振幅平衡条件 可见 要求Rf2在起振过程中要由 2Rf1 2Rf1 即要求Rf2具有负温度系数 随着时间进行 电路温度上升 则Rf2将减小 并最终达到平衡状态 1 负阻器件的伏安特性 5 5负阻正弦波振荡器 负阻器件就是交流电阻 或微变电阻 为负值的器件 其伏安特性有一负斜率的线段 负阻器件分为两大类 电压控制型 如隧道二极管 和电流控制型 如单结晶体管 5 5负阻正弦波振荡器 2 负阻振荡原理 串联型负阻振荡器要求负阻器件的rn具有随着振荡幅度Im的增大而减小的非线性特性 因此它只能采用电流控制型的负阻器件 并联型负阻振荡器要求负阻器件的rn具有随着振荡幅度Um的增大而增大的非线性特性 因此它只能采用电压控制型的负阻器件 5 5负阻正弦波振荡器 2 负阻正弦波振荡器电路 图中VCC和分压电阻R1 R2组成隧道二极管的直流供电电路 提供合适的静态工作点 由于R2较小 故等效的直流电源内阻很小 又C1是高频旁路电容 则电压控制型的隧道二极管便获得低内阻的电源供电 振荡频率为 反馈式正弦波振荡器主要由放大器 反馈网络 选频网络和稳幅环节组成 有LC RC和晶体振荡器 振荡器必须满足振荡的平衡条件和起振条件及平衡稳定条件 LC振荡器分为变压器反馈式 电容三点式和电感三点式 常见的有克拉泼振荡